一種用于粗晶材質(zhì)大曲率工件檢查的超聲雙晶縱波斜探頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于核電站粗晶材質(zhì)小徑管內(nèi)壁堆焊層的超聲檢驗及其它行業(yè)小徑 管內(nèi)壁超聲檢查技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種用于粗晶材質(zhì)大曲率工件檢查的超聲雙晶縱波斜 探頭。
【背景技術(shù)】
[0002] 核電站容器上的接管內(nèi)壁一般都堆焊一層不誘鋼耐蝕層，按照美國ASME規(guī)范和 法國RCCM標(biāo)準(zhǔn)要求需從堆焊層側(cè)進行超聲檢驗，對于大口徑接管的內(nèi)壁堆焊層的空間尺 寸一般可W滿足超聲探頭從內(nèi)壁接近的要求，超聲探頭可W采用常規(guī)尺寸和結(jié)構(gòu)，但對于 小徑管內(nèi)壁堆焊層的情況則空間尺寸大大縮小，常規(guī)探頭無法放置于接管內(nèi)壁，并且探頭 還需要多種角度，特別是由于小徑管內(nèi)壁曲率大，雙晶縱波探頭的超聲傳播規(guī)律與平面工 件有很大的不同，會發(fā)生聲波散射、入射點偏移、折射角度變化大等一系列問題，與常規(guī)的 雙晶縱波探頭技術(shù)參數(shù)有很大的不同，更難控制超聲探頭的技術(shù)參數(shù)指標(biāo)。
[0003] 針對粗晶材質(zhì)小徑管內(nèi)壁堆焊層的超聲檢驗，按照檢驗法規(guī)要求，需要檢驗堆焊 層與母材結(jié)合面的情況及堆焊層內(nèi)部質(zhì)量情況，一般堆焊層厚度為6~8mm，堆焊層又為粗 晶材料，常規(guī)的探頭和檢驗技術(shù)無法滿足要求。
[0004] 對于從接管內(nèi)壁掃查的超聲檢驗技術(shù)，一般是采用自動掃查裝置進行，但適合小 徑管內(nèi)壁掃查的探頭在國內(nèi)相關(guān)行業(yè)還未見到相關(guān)的應(yīng)用報道，因此，在利用自動掃查裝 置的基礎(chǔ)上開發(fā)專用的超聲探頭技術(shù)是解決問題關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本實用新型的目的在于提供一種用于粗晶材質(zhì)大曲率工件檢查的超聲雙晶縱波 斜探頭，W滿足上述需求。
[0006] 為達到上述目的，本實用新型所采取的技術(shù)方案為：
[0007] 一種用于粗晶材質(zhì)大曲率工件檢查的超聲雙晶縱波斜探頭，包括探頭組件和探 頭內(nèi)巧；探頭組件包括探頭本體、探頭殼、探頭壓板、堵頭、壓縮彈黃；探頭本體為圓柱形結(jié) 構(gòu)，周向均布有=個與探頭殼匹配的槽，探頭殼安裝于槽中，探頭殼通過壓縮彈黃自動向外 彈出；堵頭安裝在探頭本體內(nèi)部空腔前端；探頭壓板通過螺釘固定于探頭本體上，用于限 制探頭殼向外彈出的行程；每個探頭殼內(nèi)至少包括一個探頭內(nèi)巧。
[000引所述探頭內(nèi)巧為雙晶縱波斜探頭結(jié)構(gòu)，由參數(shù)完全相同的兩個模塊對稱并排布 置，發(fā)射晶片和接收晶片也對稱并排布置在模塊上，從各自晶片分別將信號線引至探頭插 座。
[0009] 所述模塊屋頂角0與小徑管內(nèi)壁曲率的變化關(guān)系是；曲率越大，自聚焦效應(yīng)越明 顯，同一聚焦深度的模塊屋頂角0的數(shù)值越小，并且數(shù)值從小的數(shù)值往大的數(shù)值變化。
[0010] 對于S種曲率〇27mm，〇44臟，〇56mm的內(nèi)壁掃查探頭，雙晶縱波45。斜探頭的 設(shè)計聚焦深度6mm時，相應(yīng)的模塊屋頂角0為-0.2°，3.1°，4.1°，曲率越大時反向補償 值越大。
[0011] 在內(nèi)壁周向掃查時，雙晶縱波35°的折射角在聲束晶片方向上能量的分布具有最 優(yōu)效果；周向探頭在內(nèi)壁掃查時探頭的入射點與工件曲率中屯、同屯、并保持在一直線上。
[0012] 所述模塊有兩個方向的角度，該兩個角度對探頭的參數(shù)影響與軸向探頭相同，在 聚焦深度6mm時，模塊屋頂角0按照雙晶0°縱波探頭的聚焦參數(shù)設(shè)計，晶片中屯、的間距同 雙晶0°縱波探頭的聚焦參數(shù)一致。
[0013] 本實用新型所取得的有益效果為：
[0014] 為對堆焊層進行有效的檢驗，采用不同角度的雙晶縱波斜探頭和雙晶縱波直探頭 從內(nèi)壁堆焊層進行軸向和周向掃查。針對小徑管的內(nèi)壁檢查，從設(shè)計原理上進行了創(chuàng)新， 掌握了此類探頭的特殊聲傳播路徑規(guī)律，通過理論計算和實際應(yīng)用，驗證了探頭的設(shè)計，達 到了預(yù)期的使用效果。小徑管內(nèi)壁堆焊層探頭技術(shù)參數(shù)與正常探頭的技術(shù)參數(shù)變化規(guī)律一 致，符合雙晶探頭的性能特點，可應(yīng)用于相類似的工件結(jié)構(gòu)中。
【附圖說明】
[0015] 圖1為探頭組件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖2為探頭組件C-C剖視圖；
[0017] 圖3為平面雙晶縱波探頭模塊參數(shù)示意圖；
[001引圖4為軸向探頭設(shè)計示意圖；
[0019] 圖5為周向探頭設(shè)計示意圖；
[0020] 圖中：1、探頭本體；2、探頭殼；3、探頭壓板；4、堵頭；5、壓縮彈黃。
【具體實施方式】
[0021] 如圖1、圖2所示，本實用新型所述探頭包括探頭組件和探頭內(nèi)巧；探頭組件包括 探頭本體1、探頭殼2、探頭壓板3、堵頭4、壓縮彈黃5,探頭本體1為圓柱形結(jié)構(gòu)，周向均布 有=個與探頭殼2匹配的槽，探頭殼2安裝于槽中，探頭殼2通過壓縮彈黃5自動向外彈出， 保證探頭與工件接觸良好。探頭本體1內(nèi)部空腔用于探頭信號電纜和禪合劑供給水路的走 線，堵頭4安裝在探頭本體1內(nèi)部空腔前端。探頭壓板3通過螺釘固定于探頭本體1上，用 于限制探頭殼2向外彈出的行程；每個探頭殼2內(nèi)至少包括一個探頭內(nèi)巧，如圖3所示。探 頭殼2內(nèi)的探頭內(nèi)巧可分別設(shè)計成為不同角度，增加了應(yīng)用的靈活性。
[0022] 如圖3所示，探頭內(nèi)巧為雙晶縱波斜探頭結(jié)構(gòu)，由參數(shù)完全相同的兩個模塊對稱 并排布置，發(fā)射晶片和接收晶片也對稱并排布置在模塊上，從各自晶片分別將信號線引至 探頭插座。模塊有兩個方向的角度，一個角度是斜射聲束投影到水平面時與模塊平面之間 的夾角，該個角度就是模塊入射角，模塊入射角決定在工件中的聲束折射角度。另一個角度 是垂直斜射聲束在水平面的投影與模塊平面之間的夾角。該個角度就是模塊屋頂角0，模 塊屋頂角0決定聲束在工件中的交叉范圍，也就是通常說定義的"聚焦范圍"。該兩個角度 是設(shè)計雙晶縱波斜探頭的關(guān)鍵參數(shù)。
[0023] 如圖4所示，在內(nèi)壁掃查的雙晶縱波斜探頭與平面雙晶縱波斜探頭的區(qū)別是接觸 面為凸弧面結(jié)構(gòu)，該種結(jié)構(gòu)與平面雙晶縱波斜探頭的最重要的變化在于聲束的自聚焦現(xiàn) 象。在模塊屋頂角0為0° (理論上聲束不聚焦）時，實際聲束會發(fā)生聚焦，因此必須將模 塊屋頂角0值反向變化w抵消自聚焦對理論設(shè)計焦距的影響。同時影響焦距的因素還有 晶片中屯、間距，一般晶片中屯、間距越遠(yuǎn)，聲束的自聚焦越明顯，理論聚焦深度變淺，實際中 反向補償模塊屋頂角0的程度就越大。
[0024]小徑管內(nèi)壁曲率也影響實際聲束的自聚焦程度，曲率與模塊屋頂角0的變化關(guān) 系是；曲率越大，自聚焦效應(yīng)越明顯，同一聚焦深度的模塊屋頂角0的數(shù)值越小，并且數(shù)值 從小的數(shù)值往大的數(shù)值變化，該是與平面雙晶縱波斜探頭的最大區(qū)別。
[002引 種曲率巫27mm，044mm，056mm的內(nèi)壁掃查探頭為例（見表1)，對于雙晶縱 波45。斜探頭的設(shè)計聚焦深度6mm時，相應(yīng)的模塊屋頂角0為-0.2。，3.r,4.r，可W看出，曲率越大時反向補償值越大。另外對于雙晶縱波70°斜探頭也有此規(guī)律。
[0026] 表1 ;探頭模塊屋頂角0參數(shù)變化規(guī)律表
[0027] 在內(nèi)壁周向掃查時，雙晶縱波斜探頭的入射角是W晶片中屯、向晶片聲束方向兩側(cè) 連續(xù)變化，該樣導(dǎo)致有多個折射角度在工件中傳播，因此需要控制探頭
[002引
【主權(quán)項】
1. 一種用于粗晶材質(zhì)大曲率工件檢查的超聲雙晶縱波斜探頭，其特征在于：包括探頭 組件和探頭內(nèi)芯；探頭組件包括探頭本體（1)、探頭殼（2)、探頭壓板（3)、堵頭（4)、壓縮彈 簧（5);探頭本體⑴為圓柱形結(jié)構(gòu)，周向均布有三個與探頭殼⑵匹配的槽，探頭殼⑵安 裝于槽中，探頭殼（2)通過壓縮彈簧（5)自動向外彈出；堵頭（4)安裝在探頭本體（1)內(nèi)部 空腔前端；探頭壓板（3)通過螺釘固定于探頭本體（1)上，用于限制探頭殼（2)向外彈出的 行程；每個探頭殼（2)內(nèi)至少包括一個探頭內(nèi)芯。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于粗晶材質(zhì)大曲率工件檢查的超聲雙晶縱波斜探頭，其特 征在于：所述探頭內(nèi)芯為雙晶縱波斜探頭結(jié)構(gòu)，由參數(shù)完全相同的兩個楔塊對稱并排布置， 發(fā)射晶片和接收晶片也對稱并排布置在楔塊上，從各自晶片分別將信號線引至探頭插座。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于粗晶材質(zhì)大曲率工件檢查的超聲雙晶縱波斜探頭，其特 征在于：楔塊的屋頂角0與小徑管內(nèi)壁曲率的變化關(guān)系是：曲率越大，自聚焦效應(yīng)越明顯， 同一聚焦深度的楔塊屋頂角0的數(shù)值越小，并且數(shù)值從小的數(shù)值往大的數(shù)值變化。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于粗晶材質(zhì)大曲率工件檢查的超聲雙晶縱波斜探頭，其特 征在于：對于三種曲率027111111，?44mm，?56mm的內(nèi)壁掃查探頭，雙晶縱波45°斜探頭的設(shè) 計聚焦深度6_時，相應(yīng)的楔塊屋頂角0為-0.2°，3.1°，4.1°，曲率越大時反向補償值 越大。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于粗晶材質(zhì)大曲率工件檢查的超聲雙晶縱波斜探頭，其特 征在于：在內(nèi)壁周向掃查時，雙晶縱波35°的折射角在聲束晶片方向上能量的分布具有最 優(yōu)效果；周向探頭在內(nèi)壁掃查時探頭的入射點與工件曲率中心同心并保持在一直線上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于粗晶材質(zhì)大曲率工件檢查的超聲雙晶縱波斜探頭，其特 征在于：所述楔塊有兩個方向的角度，這兩個角度對探頭的參數(shù)影響與軸向探頭相同，在聚 焦深度6_時，楔塊屋頂角0按照雙晶0°縱波探頭的聚焦參數(shù)設(shè)計，晶片中心的間距同雙 晶0°縱波探頭的聚焦參數(shù)一致。
【專利摘要】本實用新型屬于核電站粗晶材質(zhì)小徑管內(nèi)壁堆焊層的超聲檢驗及其它行業(yè)小徑管內(nèi)壁超聲檢查技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于粗晶材質(zhì)大曲率工件檢查的超聲雙晶縱波斜探頭。包括探頭組件和探頭內(nèi)芯；探頭組件包括探頭本體、探頭殼、探頭壓板、堵頭、壓縮彈簧；探頭本體為圓柱形結(jié)構(gòu)，周向均布有三個與探頭殼匹配的槽，探頭殼安裝于槽中，探頭殼通過壓縮彈簧自動向外彈出；堵頭安裝在探頭本體內(nèi)部空腔前端；探頭壓板通過螺釘固定于探頭本體上，用于限制探頭殼向外彈出的行程；每個探頭殼內(nèi)至少包括一個探頭內(nèi)芯。為對堆焊層進行有效的檢驗，采用不同角度的雙晶縱波斜探頭和雙晶縱波直探頭從內(nèi)壁堆焊層進行軸向和周向掃查。
【IPC分類】G01N29-24, G01N29-04
【公開號】CN204594939
【申請?zhí)枴緾N201420869157
【發(fā)明人】何海, 周禮峰, 蔡家藩, 丁冬平, 邱進杰, 張益成
【申請人】中核武漢核電運行技術(shù)股份有限公司, 核動力運行研究所
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2014年12月30日