專利名稱：檢測焊縫的超聲雙斜探頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及焊接探傷設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種超聲波檢測設(shè)備，是一種發(fā)射和接收超聲波的檢測焊縫的超聲雙斜探頭。
背景技術(shù)：
超聲波是檢測板材和管材焊縫缺陷最常用的手段之一。當(dāng)超聲波入射到焊縫后， 遇到缺陷，就會產(chǎn)生反射回波，通過接收反射回波從而判斷缺陷情況。檢測焊縫最常用的檢測探頭有單晶斜探頭或一發(fā)一收模式的兩個(gè)單晶斜探頭。通常焊縫引起的缺陷與材料表面有一個(gè)角度，當(dāng)角度越大，越接近90度時(shí)，單探頭很難接收到缺陷的反射回波，這時(shí)可采用一發(fā)一收模式的兩個(gè)探頭進(jìn)行檢測，以便能發(fā)現(xiàn)缺陷。但發(fā)射探頭和接收探頭之間必須滿足適當(dāng)?shù)膸缀侮P(guān)系，如果調(diào)節(jié)不好，則無法接收到回波。中國專利01253844. 2公開了一種“鋼管超聲波探傷用雙向斜探頭”，它的晶片至少有兩組，固定在三角楔塊的兩側(cè)，其中一側(cè)為一組晶片，一組晶片與另一組晶片錯(cuò)開排列，兩組晶片對工件的入射角相同，兩組晶片一端通過導(dǎo)線分別與匹配線圈連接，另一端通過導(dǎo)線分別與兩組電極連接。這種雙向斜探頭一次探傷可以完成對鋼管的雙向檢測，提高了探傷效率。雖然這種探頭是采用雙晶片，但是這種探頭也只是單斜探頭，即晶片只在一個(gè)方向上傾斜，且只針對鋼管管體檢測，不針對焊縫檢測。中國專利02279996. 6公開了一種“鋼管超聲波探傷注油式雙向斜探頭”，該探頭由外殼、斜楔塊、兩組晶片、阻尼吸收塊和電極組成。帶圓弧斜楔塊兩側(cè)各裝有一組相互錯(cuò)開的晶片。在外殼對應(yīng)電極的另一側(cè)裝有儲油盒，儲油盒上部裝有注油管外接油管，儲油盒下部開有噴油嘴，噴油嘴為扁平形。該種探頭能將耦合劑(機(jī)油)噴涂在鋼管表面，保證鋼管探傷時(shí)探頭與鋼管有良好的耦合效果。但是這種探頭也只是單斜探頭，而且也只針對鋼管檢測，并不針對焊縫檢測。采用超聲檢測技術(shù)檢測焊縫時(shí)，通常焊縫引起的缺陷與材料表面有一個(gè)角度。檢測這類缺陷通常需要應(yīng)用兩個(gè)或兩個(gè)以上的超聲斜探頭，并且這些探頭之間必須滿足適當(dāng)?shù)膸缀侮P(guān)系。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種檢測焊縫的超聲雙斜探頭，實(shí)現(xiàn)縫缺陷檢測時(shí)提高信噪比和靈敏度的目的。超聲雙斜探頭利用縱波通過透明合成樹脂斜楔折射來產(chǎn)生所需要的超聲橫波。超聲雙斜探頭使幾何關(guān)系固定下來，使得在實(shí)際的檢測操作中可以避免復(fù)雜而且困難的幾何關(guān)系調(diào)整；采用不同尺寸的發(fā)射和接受晶片使得缺陷檢測的信噪比得到提高。同時(shí)，利用聲場的疊加效應(yīng)和聲電的匹配關(guān)系使得檢測靈敏度有所提高。本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是檢測焊縫的超聲雙斜探頭，主要由透明合成樹脂雙斜斜楔、壓電晶片A、壓電晶片B、隔聲層、背襯、匹配阻抗A、匹配阻抗B、同軸插座A、同軸插座B和金屬外殼組成。在金屬外殼的頂蓋上有一個(gè)斜面，在斜面上對稱固定有一個(gè)同軸插座A和一個(gè)同軸插座B，同軸插座A通過兩條導(dǎo)線與壓電晶片A連接；其中一條導(dǎo)線上串聯(lián)有匹配阻抗A ；同軸插座B通過導(dǎo)線與壓電晶片B連接；其中一條導(dǎo)線上串聯(lián)有匹配阻抗 B。在金屬外殼內(nèi)有隔聲層，隔聲層將金屬外殼內(nèi)腔分為相互對稱的兩部分；在隔聲層的兩側(cè)分別有一塊透明合成樹脂雙斜斜楔，兩個(gè)透明合成樹脂雙斜斜楔相互對稱；在兩個(gè)透明合成樹脂雙斜斜楔的斜面(工作面)上分別粘貼固定有尺寸大小不同和匹配電阻抗不同的壓電晶片，所述的壓電晶片分為矩形壓電晶片A和壓電晶片B，其發(fā)射超聲波的壓電晶片電阻抗匹配為高阻抗，接受超聲波的壓電晶片電阻抗匹配為50歐姆。所述的兩塊透明合成樹脂雙斜斜楔為長方體形，在上平面與一個(gè)側(cè)平面之間有一個(gè)斜面(工作面)，所述的斜面與上平面的夾角在30 60度之間，即向下傾斜；并且斜面與隔聲層的夾角在60 90度(90度對應(yīng)于沒有向內(nèi)傾斜)之間，即向內(nèi)傾斜。壓電晶片的材料使用的是高機(jī)電耦合系數(shù)材料，機(jī)電耦合系數(shù)大于0. 65。采用金屬外殼，不僅為了堅(jiān)固耐用，而且具有電磁屏蔽的作用。在金屬外殼內(nèi)的并在透明合成樹脂雙斜斜楔的上部充滿吸聲填充材料。所述的隔聲層的厚度為1毫米。在壓電晶片A和壓電晶片B的上部有背襯，背襯采用的是高聲阻抗高阻尼吸聲材料，可以是適當(dāng)配比的鎢粉環(huán)氧樹脂，也可以是適當(dāng)配比的錫基合金。雙斜探頭與超聲波探傷儀通過電纜連接。超聲波探傷儀的發(fā)射電路受觸發(fā)產(chǎn)生高頻窄脈沖，加至雙斜探頭，激勵(lì)雙斜探頭的發(fā)射晶片振動，通過斜楔和耦合劑在工件中產(chǎn)生超聲波。超聲波在工件中傳播，遇缺陷或底面發(fā)生反射，返回接收晶片，被接收壓電晶片轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)接收電路放大和檢波，加至示波管垂直偏轉(zhuǎn)板上，使電子束發(fā)生垂直偏轉(zhuǎn)， 在水平掃描線的相應(yīng)位置上產(chǎn)生缺陷波和底波。根據(jù)缺陷波的位置可以確定缺陷的埋藏深度，根據(jù)缺陷波的幅度可以估算缺陷當(dāng)量的大小。本實(shí)用新型的有益效果本實(shí)用新型檢測焊縫的超聲雙斜探頭，具有超聲檢測靈敏度、檢測信噪比高的特點(diǎn)，能很好的檢測發(fā)現(xiàn)焊縫中的裂紋型缺陷，是一種有效實(shí)用的焊縫檢測雙斜探頭。雙斜探頭特點(diǎn)是設(shè)計(jì)的透聲楔塊使特定的幾何關(guān)系固定下來，使得在實(shí)際的檢測操作中可以避免復(fù)雜而且困難的幾何關(guān)系調(diào)整，利用聲場的疊加效應(yīng)和聲電的匹配關(guān)系使得檢測靈敏度有所提高。發(fā)射超聲波和接收超聲波的壓電晶片的匹配電阻抗不同，使得檢測信噪比得到提高，發(fā)射超聲波的壓電晶片電阻抗匹配為高阻抗，接收超聲波的壓電晶片電阻抗匹配為50歐姆。壓電晶片的材料使用高機(jī)電耦合系數(shù)材料，機(jī)電耦合系數(shù)大于0. 65，可保證探頭有大的工作帶寬。

圖1是本實(shí)用新型檢測焊縫的超聲雙斜探頭結(jié)構(gòu)縱剖面示意圖。圖2是本實(shí)用新型檢測焊縫的超聲雙斜探頭結(jié)構(gòu)橫剖面示意圖。圖3是透明合成樹脂雙斜斜楔結(jié)構(gòu)圖。圖中1-透明合成樹脂雙斜斜楔，2-壓電晶片A，3_壓電晶片B，4_隔聲層，5-背襯，6-吸聲填充材料，7-匹配阻抗A，8-匹配阻抗B，9-匹配阻抗同軸插座A，10-匹配阻抗同軸插座B，11-金屬外殼。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1 以一個(gè)檢測焊縫的超聲雙斜探頭為例，對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。參閱圖1。本實(shí)用新型檢測焊縫的超聲雙斜探頭，雙斜探頭是主要由透明合成樹脂雙斜斜楔1、壓電晶片A2、壓電晶片B3、隔聲層4、背襯5、匹配阻抗A7、匹配阻抗B8、同軸插座A9、同軸插座BlO和金屬外殼11組成。在金屬外殼11的頂蓋上有一個(gè)斜面，在斜面上對稱固定有一個(gè)匹配阻抗同軸插座A9和一個(gè)匹配阻抗同軸插座B10，匹配阻抗同軸插座A9通過兩條導(dǎo)線與壓電晶片A2連接，其中一條導(dǎo)線上串聯(lián)有一個(gè)匹配阻抗A7。同軸插座BlO通過導(dǎo)線與壓電晶片B3連接， 其中一條導(dǎo)線上串聯(lián)有一個(gè)匹配阻抗B8。匹配阻抗是手工繞制的線繞電感，電感值在微亨量級，應(yīng)用示波器監(jiān)視調(diào)整電感值，使探頭具有合適的帶寬和靈敏度。在金屬外殼11內(nèi)有一個(gè)垂直下平面的隔聲層4，隔聲層4的厚度為1毫米。隔聲層4將金屬外殼11內(nèi)腔分為相互對稱的兩部分。在隔聲層4的兩側(cè)分別有一塊透明合成樹脂雙斜斜楔1，兩個(gè)透明合成樹脂雙斜斜楔1相互對稱。兩塊透明合成樹脂雙斜斜楔1為長方體形，在上平面與一個(gè)側(cè)平面之間有一個(gè)斜面(工作面)，所述的斜面與上平面的夾角是46度22分45秒(或46. 379度)，即向下傾斜；并且斜面與隔聲層4的夾角是82度，即向內(nèi)傾斜。參閱圖3。七面體AB⑶EFGHIJ是雙斜斜楔的一半。平面FGHIJF是雙斜斜楔的對稱面。雙斜斜楔的另一半與七面體ABCDEFGHIJ關(guān)于平面FGHIJF為對稱。雙斜斜楔的關(guān)鍵參數(shù)是角度α和角度β。它們決定了剪切波的傳播方向。角度α，即角R0P，決定著剪切波的入射角(折射定律，入射角在第I第II臨界角之間)。而角度β，即角Β0Ρ，決定著聲束交匯區(qū)域的深度(角度β，越小，聲束交匯區(qū)域的深度越深)。平面四邊形DEFJD是用于粘貼壓電晶片的工作面。在角度α和角度β確定后，線段re的長度決定了前沿距離的長度。平面TQHIJT是凹進(jìn)的一個(gè)槽縫，填充有隔聲材料，以隔離兩個(gè)之間的直達(dá)超聲波。槽縫總寬度約1毫米，兩邊各半毫米。斜面與上平面的夾角由橫波的折射角決定，該夾角是附圖中的α角；斜面與隔聲層4的夾角由檢測深度決定，該夾角是圖3中的面LOEFL與面LHGFL的夾角，這種描述方法比較直接；對后面的這個(gè)狀態(tài)換一種方式來描述會容易一些，即用‘斜面的垂直面與隔聲層 4的夾角’來描述，該夾角是附圖中的β角。在兩個(gè)透明合成樹脂雙斜斜楔1的斜面(工作面)上分別粘貼固定有一個(gè)壓電晶片，所述的壓電晶片分為壓電晶片Α2和壓電晶片Β3，壓電晶片Α2和壓電晶片Β3的形狀為矩形。在金屬外殼11內(nèi)的并在透明合成樹脂雙斜斜楔1的上部充滿吸聲填充材料6。在壓電晶片Α2和壓電晶片Β3的上部有背襯5，背襯5采用的是鎢粉環(huán)氧樹脂材料，重量比為10 1。
權(quán)利要求1.一種檢測焊縫的超聲雙斜探頭，主要由透明合成樹脂雙斜斜楔(1)、壓電晶片^^2)、 壓電晶片B(3)、隔聲層、背襯(5)、匹配阻抗A(7)、匹配阻抗B(8)、同軸插座A(9)、同軸插座B(IO)和金屬外殼(11)組成；在金屬外殼(11)的頂蓋上有一個(gè)斜面，在斜面上對稱固定有一個(gè)同軸插座A(9)和一個(gè)同軸插座B(IO)，同軸插座A(9)通過兩條導(dǎo)線與壓電晶片A (2)連接；其中一條導(dǎo)線上串聯(lián)有匹配阻抗A(7)；同軸插座B(IO)通過導(dǎo)線與壓電晶片 B(3)連接；其中一條導(dǎo)線上串聯(lián)有匹配阻抗B(8)；其特征在于在金屬外殼(11)內(nèi)有隔聲層G)，隔聲層(4)將金屬外殼(11)內(nèi)腔分為相互對稱的兩部分；在隔聲層的兩側(cè)分別有一塊透明合成樹脂雙斜斜楔(1)，兩個(gè)透明合成樹脂雙斜斜楔(1)相互對稱；在兩個(gè)透明合成樹脂雙斜斜楔(1)的斜面上分別粘貼固定有尺寸大小不同和匹配電阻抗不同的壓電晶片，所述的壓電晶片分為矩形壓電晶片A(2)和壓電晶片B(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測焊縫的超聲雙斜探頭，其特征是所述的兩塊透明合成樹脂雙斜斜楔(1)為長方體形，在上平面與一個(gè)側(cè)平面之間有一個(gè)斜面，所述的斜面與上平面的夾角在30 60度之間，向下傾斜；并且斜面與隔聲層的夾角在60 90度之間，向內(nèi)傾斜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測焊縫的超聲雙斜探頭，其特征是壓電晶片的材料使用的是高機(jī)電耦合系數(shù)材料，機(jī)電耦合系數(shù)大于0. 65。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測焊縫的超聲雙斜探頭，其特征是在金屬外殼(11)內(nèi)的并在透明合成樹脂雙斜斜楔(1)的上部充滿吸聲填充材料(6)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的檢測焊縫的超聲雙斜探頭，其特征是所述的隔聲層⑷的厚度為1毫米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的檢測焊縫的超聲雙斜探頭，其特征是在壓電晶片 A(2)和壓電晶片B(3)的上部有背襯(5)，背襯(5)采用的是高聲阻抗高阻尼吸聲材料、鎢粉環(huán)氧樹脂或錫基合金。
專利摘要檢測焊縫的超聲雙斜探頭，應(yīng)用于焊接探傷技術(shù)領(lǐng)域。在金屬外殼的頂蓋上有一個(gè)斜面，在斜面上對稱固定有一個(gè)同軸插座A和一個(gè)同軸插座B，同軸插座A通過兩條導(dǎo)線與壓電晶片A連接；其中一條導(dǎo)線上串聯(lián)有匹配阻抗A；同軸插座B通過導(dǎo)線與壓電晶片B連接；其中一條導(dǎo)線上串聯(lián)有匹配阻抗B；在金屬外殼內(nèi)有隔聲層，隔聲層將金屬外殼內(nèi)腔分為相互對稱的兩部分；在隔聲層的兩側(cè)分別有一塊透明合成樹脂雙斜斜楔；在兩個(gè)透明合成樹脂雙斜斜楔的斜面上分別粘貼固定有尺寸大小不同和匹配電阻抗不同的壓電晶片。效果是具有超聲檢測靈敏度、檢測信噪比高的特點(diǎn)，能很好的檢測發(fā)現(xiàn)焊縫中的裂紋型缺陷，是一種有效實(shí)用的焊縫檢測雙斜探頭。
文檔編號G01N29/04GK202066838SQ201120054078
公開日2011年12月7日 申請日期2011年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月3日
發(fā)明者姚歡, 巨西民, 羅華權(quán), 羅金恒, 蔣承君 申請人:中國石油天然氣集團(tuán)公司, 中國石油天然氣集團(tuán)公司管材研究所