本發(fā)明涉及超聲波無損檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種實(shí)心車軸檢測用相控陣自聚集探頭、弧形晶片組和晶片。

背景技術(shù)：

國家逐有加大投資支持鐵路建設(shè)，鐵路投資建設(shè)是各個(gè)地方的督查重點(diǎn)。隨著高速和重載的快速發(fā)展，鐵路早已成為外交名片，成為中國聯(lián)系世界的新紐帶，鐵道設(shè)備與技術(shù)出口海外已成為現(xiàn)實(shí)。尤其是高鐵的開行給行車安全提出新的考驗(yàn)。轉(zhuǎn)向架關(guān)鍵部件如車軸、軸承等局部位置承受更大的應(yīng)力，要求檢測過程速度加快、檢測頻率變高、檢測范圍擴(kuò)大，給鐵路無損檢測領(lǐng)域提出更高的技術(shù)要求。壓裝部位在運(yùn)用中是全軸應(yīng)力分布的峰值部位，除了主要承受旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞載荷和通過彎道時(shí)的扭轉(zhuǎn)載荷作用外，還受到局部微動(dòng)摩擦腐蝕疲勞的控制，進(jìn)而導(dǎo)致壓裝部位產(chǎn)生裂紋，而影響這一主要原因的各因素未得到根本改進(jìn)，采用超聲波探傷技術(shù)是車軸疲勞缺陷檢測的主要技術(shù)之一，對掌握裂紋車軸的運(yùn)行情況及裂紋發(fā)展規(guī)律非常重要。事實(shí)上，在不退輪芯的情況下，除超聲波外，沒有其他方法具有足夠的靈敏度能探測這些裂紋。

常規(guī)超聲手工或自動(dòng)化檢測方法，通常采用小角度縱波探頭和橫波斜探頭對車軸壓裝部位進(jìn)行缺陷檢測。橫波斜角探傷一般是以37°～45°的折射角，從有曲率的車軸表面斜方向射入指向目標(biāo)位置的橫波超聲波，以檢查齒輪座、輪座、制動(dòng)盤座等壓裝部位。另外，由于超聲波射入的角度受到限制，某些在強(qiáng)度上極其重要的配合部位的探傷就難以進(jìn)行，如齒輪一側(cè)的部位。斜角探傷比局部探傷更能檢測出細(xì)小的傷痕，但是為便于探傷，必須把車軸表面打磨干凈?？v波斜角探傷一般是以10°～15°的折射角，從車軸的端面斜向射入目標(biāo)位置縱波超聲波。由于車軸結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且探頭可放置空間有限，需要在不同位置放置探頭進(jìn)行檢測，測試過程中需移動(dòng)探頭以完成整個(gè)鑲?cè)氩课坏母采w檢測，頻繁的更換和移動(dòng)探頭使得車軸檢測耦合效果不好、檢測效率低且容易產(chǎn)生漏檢。

如何提高檢測效果，是本領(lǐng)域技術(shù)人員目前需要解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種實(shí)心車軸檢測用相控陣自聚焦探頭、弧形晶片組和晶片，以提高檢測效果。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下方案：

一種晶片，用于車軸壓裝部位檢測，所述晶片的曲率為100mm-300mm。

一種弧形晶片組，包括多個(gè)晶片，建立XY平面坐標(biāo)系，所述晶片沿X軸方向彎曲，其曲率為100mm-300mm，所述晶片沿Y軸方向直線排列。

優(yōu)選的，上述晶片的個(gè)數(shù)為10-128個(gè)。

一種實(shí)心車軸檢測用相控陣自聚焦探頭，包括探頭本體，包括如上任意一項(xiàng)所述的弧形晶片組，所述探頭本體的表面彎曲且與所述晶片的曲率相同，所述探頭本體上設(shè)置有凹槽，所述凹槽與所述弧形晶片組的形狀相同，所述弧形晶片組內(nèi)置在所述凹槽中且所述弧形晶片組的表面與所述探頭本體的表面契合，所述探頭本體的頻率為1MHz-17MHz。

上述本發(fā)明所提供的實(shí)心車軸檢測用相控陣自聚焦探頭、弧形晶片組和晶片，其中，晶片的曲率為100mm-300mm，然后將多個(gè)晶片組成弧形晶片組，其排列方式為，建立XY平面坐標(biāo)系，所述晶片沿X軸方向彎曲，其曲率為100mm-300mm，所述晶片沿Y軸方向直線排列，在應(yīng)用時(shí)，安裝在相控陣自聚焦探頭上使用，相控陣自聚焦探頭包括探頭本體，還包括弧形晶片組，所述探頭本體的表面彎曲且與所述晶片的曲率相同，所述探頭本體上設(shè)置有凹槽，所述凹槽與所述弧形晶片組的形狀相同，所述弧形晶片組內(nèi)置在所述凹槽中且所述弧形晶片組的表面與所述探頭本體的表面契合，所述探頭本體的頻率為1MHz-17MHz。

本發(fā)明所提供的實(shí)心車軸檢測用相控陣自聚焦探頭即為弧形探頭，為了實(shí)現(xiàn)車軸的檢測(尤其是壓裝部位的檢測及檢測能力的提升)，為在車軸上達(dá)到好的檢測效果，進(jìn)行了針對性的設(shè)計(jì)，尤其是晶片的彎曲曲率的設(shè)計(jì)，根據(jù)國內(nèi)車軸的范圍(軸頸直徑100mm～300mm之間)，給出了最佳彎曲曲率，即曲率為100mm-300mm，可兼容所有車軸類型。注意區(qū)分設(shè)計(jì)的本發(fā)明所提供的相控陣自聚焦探頭與通用探頭的區(qū)別。本發(fā)明所提供的相控陣自聚焦探頭很好的提高了檢測效果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例所提供的弧形晶片組的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例所提供的實(shí)心車軸檢測用相控陣自聚焦探頭的正視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例所提供的實(shí)心車軸檢測用相控陣自聚焦探頭的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。

上圖1-3中：

晶片1、弧形晶片組2、探頭本體3。

具體實(shí)施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明方案，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

請參考圖1-圖3，圖1為本發(fā)明實(shí)施例所提供的弧形晶片組的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例所提供的實(shí)心車軸檢測用相控陣自聚焦探頭的正視結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例所提供的實(shí)心車軸檢測用相控陣自聚焦探頭的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。

術(shù)語解釋：

(1)壓裝部：車輪和車軸按規(guī)定壓力和規(guī)定尺寸緊壓配合組裝，配合部位即為壓裝部。

(2)曲率：曲線的曲率(curvature)就是針對曲線上某個(gè)點(diǎn)的切線方向角對弧長的轉(zhuǎn)動(dòng)率，通過微分來定義，表明曲線偏離直線的程度。

(3)相控陣：利用陣列換能器，通過控制各陣元發(fā)射的聲波的相位，實(shí)現(xiàn)對超聲波聲場的控制。

(4)自聚焦探頭(即弧形探頭)：能使超聲束自然聚焦的探頭。

本發(fā)明所提供的實(shí)心車軸檢測用相控陣自聚焦探頭、弧形晶片組2和晶片1，其中，晶片1的曲率為100mm-300mm，然后將多個(gè)晶片1組成弧形晶片組2，其排列方式為，建立XY平面坐標(biāo)系，晶片1沿X軸方向彎曲，其曲率為100mm-300mm，晶片1沿Y軸方向直線排列，在應(yīng)用時(shí)，安裝在相控陣自聚焦探頭上使用，相控陣自聚焦探頭包括探頭本體3，還包括弧形晶片組2，探頭本體3的表面彎曲且與晶片1的曲率相同，探頭本體3上設(shè)置有凹槽，凹槽與弧形晶片組2的形狀相同，弧形晶片組2內(nèi)置在凹槽中且弧形晶片組2的表面與探頭本體3的表面契合，探頭本體3的頻率為1MHz-17MHz。

本發(fā)明所提供的實(shí)心車軸檢測用相控陣自聚焦探頭即為弧形探頭，為了實(shí)現(xiàn)車軸的檢測(尤其是壓裝部位的檢測及檢測能力的提升)，為在車軸上達(dá)到好的檢測效果，進(jìn)行了針對性的設(shè)計(jì)，尤其是晶片1的彎曲曲率的設(shè)計(jì)，根據(jù)國內(nèi)車軸的范圍(軸頸直徑100mm～300mm之間)，給出了最佳彎曲曲率，即曲率為100mm-300mm，可兼容所有車軸類型。注意區(qū)分設(shè)計(jì)的本發(fā)明所提供的實(shí)心車軸檢測用相控陣自聚焦探頭與通用探頭的區(qū)別。本發(fā)明所提供的實(shí)心車軸檢測用相控陣自聚焦探頭很好的提高了檢測效果。

本發(fā)明所提供的實(shí)心車軸檢測用相控陣自聚焦探頭針對橫波斜探頭的缺點(diǎn)，用含有多個(gè)晶片1的相控陣探頭放置于車軸外露部分進(jìn)行車軸檢測，由于其擁有偏轉(zhuǎn)和聚焦的兩大特點(diǎn)，能以不同角度的超聲橫波實(shí)現(xiàn)車軸壓裝區(qū)域的掃查。相控陣車軸探傷因其聲束覆蓋范圍廣，縮短了檢測時(shí)間并大大提高了缺陷檢出率。

本發(fā)明所提供的實(shí)心車軸檢測用相控陣自聚焦探頭是一種特殊的相控陣探頭，其探頭內(nèi)部各個(gè)晶片1與現(xiàn)有普通商用線性相控陣探頭不同，不是平面長方形，而且具有一定的彎曲曲率，相控陣自聚集探頭的晶片數(shù)和晶片曲率，根據(jù)具體的檢測情況而可能不同，如晶片數(shù)在10～128，彎曲曲率在100mm～300mm，使用弧形晶片相控陣探頭，可以形成自聚焦，超聲波束可以在某一固定聲程區(qū)域聚焦，在聚焦區(qū)域內(nèi)的超聲波束能量增強(qiáng)并且分辨力得到提高。因此，對于車軸壓裝部位(如輪座、制動(dòng)盤座)的檢測來說，相控陣自聚集探頭相比于常規(guī)相控陣探頭有較好的檢測效果，主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

(1)抑制壓裝界面由應(yīng)力產(chǎn)生的雜波干擾；

(2)物理聚焦區(qū)域能量強(qiáng)，對裂紋缺陷靈敏度高。

(3)有效改善柵瓣和旁瓣現(xiàn)象，提高缺陷檢出率。

(4)提高超聲檢測結(jié)果成像質(zhì)量，降低車軸探傷缺陷漏報(bào)誤報(bào)風(fēng)險(xiǎn)。

(5)提升壓裝部位探傷能力，對防止斷軸事故、確保行車安全具有十分重要的意義。

本發(fā)明所提供的實(shí)心車軸檢測用相控陣自聚焦探頭，采用弧形相控陣檢測技術(shù)重點(diǎn)檢測車軸壓裝部位，可有效解決當(dāng)前車軸壓裝部位的檢測難點(diǎn)，提高缺陷檢測信噪比，提高壓裝部位缺陷的檢測能力，對防止斷軸事故、確保行車安全具有十分重要的意義。

本發(fā)明所提供的實(shí)心車軸檢測用相控陣自聚焦探頭用于車軸壓裝部位檢測，相控陣自聚焦探頭是一種具有特殊晶片結(jié)構(gòu)的相控陣探頭，包括帶有彎曲曲率的晶片1、其具有一定高度，呈線性陣列排布，探頭的參數(shù)根據(jù)具體的檢測需要而可能不同，如晶片曲率可為100mm～300mm、晶片數(shù)范圍10～128及探頭頻率1MHz～17MHz等。根據(jù)國內(nèi)車軸的范圍(軸頸直徑100mm～300mm之間)，給出了最佳彎曲曲率，可兼容所有車軸類型。

對于使用常規(guī)相控陣探頭會(huì)產(chǎn)生柵瓣和旁瓣現(xiàn)象，這些不希望出現(xiàn)的聲波會(huì)從被測工件的表面反射，并會(huì)使得圖像中出現(xiàn)虛假缺陷指示，嚴(yán)重影響缺陷的判斷。而采用本發(fā)明所提供的相控陣自聚焦探頭，將其放置在有曲率的車軸表面(如軸頸、防塵座或軸身等部位)斜方向射入探傷，以檢查壓裝部位，可以實(shí)現(xiàn)超聲聲束在適當(dāng)?shù)纳疃葏R聚在一起，聚焦區(qū)域聲束能量顯著增強(qiáng)，有效改善柵瓣和旁瓣現(xiàn)象。因此，采用相控陣自聚焦探頭，可有效改善壓裝部位固有界面反射干擾波對缺陷檢測的影響，提高缺陷檢出率和探傷靈敏度。

本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。