一种焊缝超声波检测换能器的制作方法

本实用新型涉及无损检测领域，特别是指一种焊缝超声波检测换能器。

背景技术：

电站锅炉的长期运行实践表明，影响其长周期运行安全的主要因素之一是水冷壁鳍片焊缝失效造成停炉抢修。比如，某电厂SG-2955/27.9-M530型塔式炉整套启动期间由于螺旋段水冷壁37处泄漏问题，造成机组启停14次；某电厂二期两台SG-3091/27.56-M54X型锅炉，其中5号锅炉在水压试验后泄漏17次，6号锅炉在水压试验后泄漏3次。诸如此类问题，已引起电力行业的高度关注。未来10-15年，将是电站锅炉运行事故的高发期。因此，为有效检测电站锅炉水冷壁鳍片的焊缝缺陷，针对其鳍片焊缝特点，研究有效的专用无损检测技术非常重要。目前，电站锅炉水冷壁大部分采用光管加扁钢的焊接模式，此结构为不全焊透的角焊缝形式，由于该角焊缝不直接承受锅炉内压，在制造和安装环节，水冷管壁鳍片角焊缝检测没有得到重视；同时由于水冷壁鳍片的结构特殊性，常规超声检测也不能对鳍片的角焊缝进行有效的探伤检测。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提出一种焊缝超声波检测换能器，能够专门性地对水冷壁鳍片的角焊缝进行无损检测，同时能够实现所述水冷壁鳍片的双侧焊缝缺陷的单边检测。

基于上述目的本实用新型提供的一种焊缝超声波检测换能器，包括：外壳、换能器盖板、BNC插头、前吸声层、背吸声层、压电晶片和楔块；所述外壳为空心无底柱体，所述楔块设置在所述外壳内，所述楔块的四周与所述外壳之间设有所述前吸声层；所述压电晶片通过环氧树脂胶固定贴合在所述楔块的斜面上，且所述压电晶片的上下表面分别通过导线与所述BNC插头相连接；所述BNC插头设置在所述换能器盖板上，与外部设备连接；所述换能器盖板安装在所述外壳顶部；所述换能器盖板与所述压电晶片间填充有所述背吸声层；所述楔块的底部与所述外壳的底部平齐，构成所述一种焊缝超声波检测换能器的底面，所述底面与待测材料表面贴合形成耦合界面，所述底面与所述待测材料表面间通过耦合剂耦合。

所述楔块的侧面与水平底面垂直，斜面与水平底面的夹角为α，所述夹角α满足第一临界角，即使得进入待测材料的超声波仅包含横波分量，根据不同材质的待测材料的检测需求，可设置具有不同α角度的所述楔块。

优选地，所述楔块的高度设置为，能够使由所述耦合界面反射的超声波无法被压电晶片接收的高度。

所述前吸声层和所述背吸声层采用钨粉与环氧树脂的混合物构成。

优选地，所述前吸声层和所述背吸声层中钨粉与环氧树脂的重量比为4:1。

优选地，所述前吸声层厚度为1-2mm，所述背吸声层厚度为8-10mm。

优选地，所述压电晶片为矩形，所述压电晶片的宽度为4mm。

通过调整所述一种焊缝超声波检测换能器相对于焊缝的水平位置，能够实现对双侧所述焊缝的单边检测。

优选地，所述外壳为矩形铝合金外壳。

优选地，所述压电晶片为矩形复合材料压电晶片。

本实用新型提供的一种焊缝超声波检测换能器设计精巧，操作简便，能够实现对微小尺寸原件的双侧焊缝的精确单边检测，检测精度高，能够有效检出微小尺寸焊缝中的缺陷，排除由一些焊缝缺陷造成的隐患；同时检测速度快，效率高，大大提升了对大量微小尺寸原件焊缝的检测效率。

附图说明

图1为本实用新型一种焊缝超声波检测换能器与水冷管径面平行剖面结构图；

图2为本实用新型一种焊缝超声波检测换能器与水冷管径面垂直剖面结构图；

图3为本实用新型实施例1一种焊缝超声波检测换能器步骤一示意图；

图4为本实用新型实施例1一种焊缝超声波检测换能器步骤二示意图；

图5为本实用新型实施例1一种焊缝超声波检测换能器沿鳍片长度方向工作方式示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。

如图1所示，为本实用新型一种焊缝超声波检测换能器与水冷管径面平行剖面结构图；如图2所示，为本实用新型一种焊缝超声波检测换能器与水冷管径面垂直剖面结构图。本实用新型一种焊缝超声波检测换能器包括：外壳6、换能器盖板1、BNC(Bayonet Nut Connector，卡扣配合型连接器)插头7、前吸声层2、背吸声层5、压电晶片4和楔块3。外壳6为空心无底柱体，楔块3设置在外壳6内，且楔块3的四周与外壳6之间设有前吸声层2；压电晶片4通过环氧树脂胶固定贴合在楔块3的斜面上，且压电晶片4的上下表面分别通过导线与BNC插头7相连接；BNC插头7设置在换能器盖板1上，与外部设备连接；换能器盖板1安装在外壳6顶部；换能器盖板1与压电晶片4间填充有背吸声层5；楔块3底部与外壳6底部平齐，构成所述一种焊缝超声波检测换能器的底面，所述底面与待测材料表面贴合形成耦合界面，所述底面与所述待测材料表面间通过耦合剂耦合。

楔块3的侧面与水平底面垂直，斜面与水平底面的夹角为α，所述夹角α亦即超声波在待测材料表面的入射角。所述夹角α满足第一临界角，即使得进入待测材料的超声波仅包含横波分量，有利于待测材料中细小缺陷的检出。根据不同材质的待测材料的检测需求，可设置具有不同α角度的楔块3。

楔块3的高度具有特殊设计，使得由所述耦合界面反射的超声波中的横波分量无法被压电晶片接收，避免所述耦合面反射的超声波对检测结果产生的不良影响；由于超声波中的纵波分量的反射角大于所述横波分量的反射角，因此当所述横波分量无法对检测结果产生影响时，所述纵波分量自然无法对检测结果产生影响。

所述压电晶体用于产生检测用超声波，并将焊缝反射的回波信号转化为电信号，如图1所示，压电晶片4的宽度(沿楔块3的斜面方向)若太宽，则检测时所述一种焊缝超声波检测换能器的左右调整距离受限，不能完成双侧焊缝的单边检测；若宽度过窄，则压电晶片4不能获取足够的回波声能，不能检测到有效的回波信号。优选地，压电晶片4的宽度(沿楔块3的斜面方向)设置为4mm；如图2所示，所述压电晶体的长度(沿水平方向)由所述压电晶体的面积和所述压电晶体的宽度决定，其中，所述压电晶体的面积与检测横波的近场长度有关，可根据实际需要进行设置。

前吸声层2和背吸声层5采用钨粉与环氧树脂的混合物构成，对超声波具有良好的吸收效果，能够有效吸收工作时产生的干扰波，消除干扰波对回波的影响，提高检测精度。前吸声层2厚度为1-2mm，背吸声层5厚度为8-10mm。

优选地，所述钨粉与所述环氧树脂以4:1的重量比混合。

BNC插头7用于与外部设备连接，接收由外部设备发出的检测信号传递至压电晶片4，使压电晶片4产生超声波；同时接收压电晶片4传回的回波信号，并输出至外部设备。

实施例1：

如图3所示，为本实用新型实施例1一种焊缝超声波检测换能器步骤一示意图；如图4所示，为本实用新型实施例1一种焊缝超声波检测换能器步骤二示意图；如图5所示，为本实用新型实施例1一种焊缝超声波检测换能器沿鳍片长度方向工作方式示意图。本实用新型实施例1一种焊缝超声波检测换能器采用聚砜塑料楔块、矩形复合材料压电晶片及铝合金矩形外壳；工作时，将本实用新型实施例1提供的一种焊缝超声波检测换能器设置在水冷管的鳍片8的一侧，所述的一种焊缝超声波检测换能器与所述鳍片间采用甘油耦合，BNC插头7与外部设备连接，通过两个步骤，实现对鳍片双侧焊缝的单边检测：

步骤一，调整所述一种焊缝超声波检测换能器的位置，使得由所述压电晶体产生的超声波射入所述耦合界面的对侧焊缝中，且所述压电晶体能够接收到所述对侧焊缝的反射回波，完成对所述对侧焊缝的超声波检测；

步骤二，向远离焊缝的方向水平移动所述一种焊缝超声波检测换能器，使得由所述压电晶体产生的超声波经所述鳍片的对侧表面的反射后射入耦合界面一侧的焊缝中，且所述压电晶体能够接收到所述耦合界面一侧的焊缝的反射回波，完成对所述耦合界面一侧的焊缝的检测。

利用所述一种焊缝超声波检测换能器对水冷壁的水冷管鳍片进行单一耦合面检测时，能够在宽度仅为15mm的狭长检测空间内对所述鳍片的焊缝进行准确有效的检测，缺陷回波的波幅高出噪音6dB以上，检测效率高，准确率高。

从上面所述可以看出，本实用新型提供的一种焊缝超声波检测换能器设计精巧，操作简便，能够实现对微小尺寸原件的双侧焊缝的精确单边检测，检测精度高，能够有效检出微小尺寸焊缝中的缺陷，排除由一些焊缝缺陷造成的隐患；同时检测速度快，效率高，大大提升了对大量微小尺寸原件焊缝的检测效率。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。