CN211603051U - 一种相控阵超声探头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种相控阵超声探头，该相控阵超声探头包括外壳、阵列探头和配合块，外壳具有配合槽，阵列探头为两个，两个阵列探头间隔分布在配合槽内，且每个阵列探头的两端分别可转动地连接在配合槽的相对设置的两个侧壁上，每个阵列探头上设有呈线性阵列分布的多个探头晶片，配合块的上表面包括第一斜面和第二斜面，两个阵列探头分别可拆卸的配合在第一斜面和第二斜面上。该相控超声相控探头对焊缝缺陷具有较高的敏感度，从而提升了焊缝检测精度。

Description

一种相控阵超声探头

技术领域

本实用新型涉及焊缝检测设备领域，尤其涉及一种相控阵超声探头。

背景技术

钢材质的小径管焊缝传统上采用射线检测，由于射线检测存在管排间距较小，大多数时候只能透照一次，有效检测范围受限，存在检测盲区；受裂纹检出角的限制，对裂纹不敏感；射线检测有辐射伤害，无法与其他工种同时作业，需要占用工期。需要消耗底片，相对其他检测方法，成本较高等问题。

目前，由于相控阵超声技术具有采用电子方法控制声束聚焦和扫描，检测速度快；具有良好的声束可达性，能对薄壁工件进行探查；通过优化控制焦点尺寸、聚焦深度和声束方向，可使检测分辨力、信噪比和灵敏度得到提高；具有仿真成像技术，可直观表现缺陷的真实特征位置，检测结果直观；可实现检测数据全记录。相控阵超声检测技术已逐步取代射线检测技术，成为小径管检测的最佳方法。

然而，采用相控阵超声检测技术对奥氏体钢焊缝进行检测，目前检测技术存在以下问题：奥氏体钢焊缝材质晶粒粗大，对超声波的散射和衰减系数很大，造成信噪比较低，从而使得在检测奥氏体钢焊缝时会造成检测精度不高，对缺陷不敏感等。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种相控超声检测探头，该相控超声相控探头对焊缝缺陷具有较高的敏感度，从而提升了焊缝检测精度。

为实现上述技术效果，本实用新型的相控超声检测探头的技术方案如下：

本实用新型公开了一种相控阵超声探头，包括：外壳，所述外壳具有配合槽；阵列探头，所述阵列探头为两个，两个所述阵列探头间隔分布在所述配合槽内，且每个所述阵列探头的两端分别可转动地连接在所述配合槽的相对设置的两个侧壁上，每个阵列探头上设有呈线性阵列分布的多个探头晶片；配合块，所述配合块的上表面包括第一斜面和第二斜面，所述第一斜面和所述第二斜面在远离彼此的方向上向下倾斜，两个所述阵列探头分别可拆卸的配合在所述第一斜面和所述第二斜面上。

在一些实施例中，所述配合块的下表面为圆弧面。

在一些可选的实施例中，所述配合块的下表面的声束入射角为b，b的取值范围为：21°≤b≤23°。

在一些可选的实施例中，所述阵列探头的频率为2.5MHz-5MHz。

在一些的实施例中，所述配合块内设有隔声板，所述第一斜面和所述第二斜面位于所述隔声板的两端。

在一些具体的实施例中，所述第一斜面和所述第二斜面关于所述隔声板对称设置，两个所述阵列探头关于所述隔声板对称设置。

在一些实施例中，每个所述阵列探头上的相对设置的两个侧壁上均有第一连接孔，所述外壳上设有分别与两个所述第一连接孔对应设置的两个第一配合孔，每个所述阵列探头通过穿设在所述第一连接孔和所述第一配合孔内的第一连接件与所述外壳相连。

在一些可选的实施例中，所述第一连接件包括连接螺钉、销钉、铆钉中的任何一种。

在一些实施例中，每个所述阵列探头上设有第二连接孔，所述配合块上设有与所述第二连接孔对应设置的第二配合孔，所述配合块通过穿设在所述第二连接孔和所述第二配合孔内的第二连接件与所述阵列探头相连。

在一些可选的实施例中，所述第二连接件包括连接螺钉、销钉、铆钉中的任何一种。

本实用新型实施例的相控阵超声探头，由于两个阵列探头中，一个用于激发声束，另一个用于接收焊缝反射的声束，降低了草状回波信号的强度，提高信噪比，提升了相控阵超声探头对缺陷的敏感程度，从而提升了相控阵超声探头的检测精度；由于每个阵列探头均设有呈线性阵列分布的多个探头晶片，提高了焊缝的检测效率；由于每个阵列探头均可拆卸的配合在配合块上，方便了整个相控阵超声探头检测不同形状的带检测件上的焊缝。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的相控阵超声探头的结构示意图。

图2是本实用新型实施例提供的相控阵超声探头的另一结构示意图。

图3是本实用新型实施例提供的相控阵超声探头拆去配合块的结构示意图。

附图标记：

1、外壳；11、配合槽；

2、阵列探头；21、探头晶片；

3、配合块；31、第一斜面；32、第二斜面；33、隔声板；

4、第一连接件；

5、第二连接件。

具体实施方式

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，用于区别描述特征，无顺序之分，无轻重之分。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面参考图1-图3描述本实用新型实施例的相控阵超声探头的具体结构。

如图1-图3所示，本实用新型实施例的一种相控阵超声探头包括外壳1、阵列探头2和配合块3，外壳1具有配合槽11，阵列探头2为两个，两个阵列探头2间隔分布在配合槽11内，且每个阵列探头2的两端分别可转动地连接在配合槽11的相对设置的两个侧壁上，每个阵列探头2上设有呈线性阵列分布的多个探头晶片21，配合块3的上表面包括第一斜面31和第二斜面32，两个阵列探头2分别可拆卸的配合在第一斜面31和第二斜面32上。

可以理解理解的是，在实际检测过程中，将相控阵超声探头放在待检测件上，由于第一斜面31和第二斜面32在远离彼此的方向上向下倾斜，一个阵列探头2发出声束后撞击到焊缝后会被另外一个阵列探头2接收到。因此，在检测时将两个阵列探头2，设置为一个阵列探头2激发声束，另一个阵列探头2接收声束，激发声束的阵列探头2的噪声信号不会被接收声束的阵列探头2接收到，但是缺陷信号可以被接受声束的阵列探头2接收到，这样可降低草状回波信号的强度，提高信噪比。与此同时，由于每个阵列探头2均可拆卸的配合在配合块3上，由此在实际实用中可以根据待检测件的形状不同更换配合块3，从而方便整个相控阵超声探头检测焊缝。具体来说，当待检测件的表面为平面时，可以选用下表面为平面的配合块3与阵列探头2相连。当检测件的表面为弧面上，可以选用下表面为弧面的配合块3与阵列探头2相连。当然，当检测件的表面固定时，通过更换配合块3的形状能够实现两个阵列探头2的聚焦深度发生改变，从而实现检测不同深度的焊缝或者同一个焊缝的不同深度处的目的。

此外，由于每个阵列探头2均设有呈线性阵列分布的多个探头晶片21。由此，在实际检测中，呈线性阵列分布的多个探头晶片21能够发出的声束覆盖整个焊缝，从而提高焊缝的检测效率。

本实用新型实施例的相控阵超声探头，由于两个阵列探头2中，一个用于激发声束，另一个用于接收焊缝反射的声束，降低了草状回波信号的强度，提高信噪比，提升了相控阵超声探头对缺陷的敏感程度，从而提升了相控阵超声探头的检测精度；由于每个阵列探头2均设有呈线性阵列分布的多个探头晶片21，提高了焊缝的检测效率；由于每个阵列探头2均可拆卸的配合在配合块3上，方便了整个相控阵超声探头检测不同形状的带检测件上的焊缝。

有利地，奥氏体钢小径管焊缝厚度一般在4mm-16mm之间，阵列探头2的探头晶片21为16个，探头晶片21尺寸单个为0.5mm×5mm，线性阵列尺寸为8mm，这样的探头阵列尺寸保证了声束的一次波(即阵列探头2发出的声束)对焊缝的全覆盖。阵列数和频率保证了缺陷的检测灵敏度和分辨力，从而达到了检测灵敏度要求发现壁厚10％大小的缺陷的要求。当然，在本实用新型的其他实施例中，阵列探头2的尺寸可以根据实际焊缝的需要做出选择，并不限于上述范围。

在一些实施例中，如图2所示，配合块3的下表面为圆弧面。由此，本实施例的相控阵超声探头能够方便检测表面为圆弧面的待检测零件。为了进一步保证检测精度，配合块3的圆弧面的直径可以大于管径并且与管径的差值不超过管径的10％。当然，在本实用新型的其他实施例中，配合块3的下表面可以根据待检测表面的形状选择，并不限于本实施例的圆弧形。

在一些可选的实施例中，如图3所示，配合块3的下表面的声束入射角为b，b的取值范围为：21°≤b≤23°。可以理解的是，声束入射角是指阵列探头1发出的声束方向与过声束的入射点的配合块3的下表面的法线方向之间的夹角。由此，此时钢中纵波声束折射角度在60到70度之间,能够使得声波在钢中产生折射纵波，纵波在奥氏体钢中声束衰减率比横波低，有利于提高检测信噪比。也就是说，b的取值范围为：21°≤b≤23°有利于小径管的奥氏体焊缝检测。当然，在本实用新型的其他实施例中，b的取值可以根据焊缝的参数以及待检测零件的参数选择。

在一些可选的实施例中，阵列探头2的频率为2.5MHz-5MHz。由此，有利于阵列探头2的检测。

在一些的实施例中，如图2所示，配合块3内设有隔声板33，第一斜面31和第二斜面32位于隔声板33的两端。可以理解的是，第一斜面31和第二斜面32位于隔声板33的两端，也就是说两个阵列探头2位于隔声板33的两端，这样能够确保发射声束与反射声束互不影响，从而避免了由于发射声束和反射声束之间的相互影响导致的检测误差。

在一些具体的实施例中，如图2所示，第一斜面31和第二斜面32关于隔声板33对称设置，两个阵列探头2关于隔声板33对称设置。由此，能够确保发射声束经过焊缝的反射后稳定地被用于接收声束的探头接收，从而避免了接收遗漏导致的检测误差。

在一些实施例中，如图1所示，每个阵列探头2上的相对设置的两个侧壁上均有第一连接孔，外壳1上设有分别与两个第一连接孔对应设置的两个第一配合孔，每个阵列探头2通过穿设在第一连接孔和第一配合孔内的第一连接件4与外壳1相连。由此，既能够保证在需要更换配合块3时阵列探头2能够相对壳体转动，又能保证测试过程中阵列探头2的稳定性，从而既方便了阵列探头2的调整，又避免了阵列探头2晃动导致的检测误差，提升了焊缝检测精度。

在一些可选的实施例中，第一连接件4包括连接螺钉、销钉、铆钉中的任何一种。可以理解的是，采用螺钉、销钉、铆等标准件作为第一连接件4，降低了相控阵超声探头的生产成本。当然，阵列探头2与壳体还可以通过卡柱配合卡孔等连接结构，并不限于本实施例的采用第一连接件4的连接结构。

在一些实施例中，如图3所示，每个阵列探头2上设有第二连接孔，配合块3上设有与第二连接孔对应设置的第二配合孔，配合块3通过穿设在第二连接孔和第二配合孔内的第二连接件5与阵列探头2相连。由此，既能够保证在需要更换配合块3时能够方便拆卸，又能保证测试过程中阵列探头2的稳定性，从而既方便了更换阵列探头2，又避免了阵列探头2晃动导致的检测误差，提升了焊缝的检测精度。

在一些可选的实施例中，第二连接件5包括连接螺钉、销钉、铆钉中的任何一种。可以理解的是，采用螺钉、销钉、铆等标准件作为第二连接件5，降低了相控阵超声探头的生产成本。当然，阵列探头2与配合块3还可以通过卡柱配合卡孔等连接结构，并不限于本实施例的采用第而连接件的连接结构。

实施例：

下面参考图1-图3描述本实用新型一个具体实施例的相控阵超声探头的结构。

如图1-图3所示，本实施例的相控阵超声探头包括外壳1、阵列探头2和配合块3，外壳1具有配合槽11，阵列探头2为两个，两个阵列探头2间隔分布在配合槽11内，且每个阵列探头2的两端分别可转动地连接在配合槽11的相对设置的两个侧壁上，每个阵列探头2上的相对设置的两个侧壁上均有第一连接孔，外壳1上设有分别与两个第一连接孔对应设置的两个第一配合孔，每个阵列探头2通过穿设在第一连接孔和第一配合孔内的第一连接件4与外壳1相连。每个阵列探头2上设有呈线性阵列分布的多个探头晶片21。配合块3的上表面包括第一斜面31和第二斜面32，配合块3内设有隔声板33且配合块3的下表面为圆弧面，第一斜面31和第二斜面32位于隔声板33的两端。两个阵列探头2分别可拆卸的配合在第一斜面31和第二斜面32上。每个阵列探头2上设有第二连接孔，配合块3上设有与第二连接孔对应设置的第二配合孔，配合块3通过穿设在第二连接孔和第二配合孔内的第二连接件5与阵列探头2相连。

在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容仅为本实用新型的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种相控阵超声探头，其特征在于，包括：

外壳(1)，所述外壳(1)具有配合槽(11)；

阵列探头(2)，所述阵列探头(2)为两个，两个所述阵列探头(2)间隔分布在所述配合槽(11)内，且每个所述阵列探头(2)的两端分别可转动地连接在所述配合槽(11)的相对设置的两个侧壁上，每个阵列探头(2)上设有呈线性阵列分布的多个探头晶片(21)；

配合块(3)，所述配合块(3)的上表面包括第一斜面(31)和第二斜面(32)，所述第一斜面(31)和所述第二斜面(32)在远离彼此的方向上向下倾斜，两个所述阵列探头(2)分别可拆卸的配合在所述第一斜面(31)和所述第二斜面(32)上。

2.根据权利要求1所述的相控阵超声探头，其特征在于，所述配合块(3)的下表面为圆弧面。

3.根据权利要求2所述的相控阵超声探头，其特征在于，所述配合块(3)的下表面的声束入射角为b，b的取值范围为：21°≤b≤23°。

4.根据权利要求1所述的相控阵超声探头，其特征在于，所述阵列探头(2)的频率为2.5MHz-5MHz。

5.根据权利要求1所述的相控阵超声探头，其特征在于，所述配合块(3)内设有隔声板(33)，所述第一斜面(31)和所述第二斜面(32)位于所述隔声板(33)的两端。

6.根据权利要求5所述的相控阵超声探头，其特征在于，所述第一斜面(31)和所述第二斜面(32)关于所述隔声板(33)对称设置，两个所述阵列探头(2)关于所述隔声板(33)对称设置。

7.根据权利要求1所述的相控阵超声探头，其特征在于，每个所述阵列探头(2)上的相对设置的两个侧壁上均有第一连接孔，所述外壳(1)上设有分别与两个所述第一连接孔对应设置的两个第一配合孔，每个所述阵列探头(2)通过穿设在所述第一连接孔和所述第一配合孔内的第一连接件(4)与所述外壳(1)相连。

8.根据权利要求7所述的相控阵超声探头，其特征在于，所述第一连接件(4)包括连接螺钉、销钉、铆钉中的任何一种。

9.根据权利要求1所述的相控阵超声探头，其特征在于，每个所述阵列探头(2)上设有第二连接孔，所述配合块(3)上设有与所述第二连接孔对应设置的第二配合孔，所述配合块(3)通过穿设在所述第二连接孔和所述第二配合孔内的第二连接件(5)与所述阵列探头(2)相连。

10.根据权利要求9所述的相控阵超声探头，其特征在于，所述第二连接件(5)包括连接螺钉、销钉、铆钉中的任何一种。

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