动车组空心车轴超声波探伤探头的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种探头。更具体地说，本实用新型涉及一种动车组空心车轴超声波探伤探头。
【背景技术】
[0002]动车组空心车轴探伤是动车组运用检修体系的重要组成部分。探伤用探头是探伤设备的核心部件，其质量与性能直接关系到车轴探伤的准确性。探头的设计不仅需要考虑到被检测对象可能发生的缺陷类型、取向、大小，同时也需要考虑被检测对象的表面特征。动车组空心车轴探伤除了要求探头具备较好的性能外，同时也需要适合通过车轴中孔进行探伤的要求。另外，和谐系列动车组多种车型不同的车轴内孔直径也给设计和开发带来一定的难度。
[0003]随着我国高速铁路动车组大量上线运营，相应的动车组空心车轴探伤设备也随之配套运行。目前空心车轴探伤设备上使用的超声波探伤探头全部都是进口的，价格高昂、供货周期长，无法大量配置，而且其主要技术掌握在外国供应商手中，一旦出现缺货、停产、技术限制或其他因素引起的无探头可用的情况，将导致探伤作业全面停产的局面，届时将无法保障动车组安全、正常、持续地运行。因此需要立即着手国产化动车组空心车轴超声波探伤专用探头的研究、设计、开发、生产、测试和应用。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的是提供一种价格低廉、性能稳定、供货周期短、检测结果可靠的国产化动车组空心车轴超声波探伤专用探头，并提供至少后面将说明的优点。
[0005]为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，提供了一种动车组空心车轴超声波探伤探头，其包括:
[0006]探头外壳和楔块，所述楔块与所述探头外壳的限定一个密封的内部空间，其中，所述楔块设置为圆弧形，以便将探头伸入到车轴内孔进行检测，并且圆弧形的楔块能够与车轴紧密贴合，提高探伤能力；
[0007]以及压电晶片，其设置在所述内部空间内，且所述压电晶片采用压电复合材料制成，由于具有与普通陶瓷晶片不同的振动模式，本晶片具有高灵敏度、高机电耦合系数、窄脉冲宽度等特点。
[0008]优选的是，所述动车组空心车轴超声波探伤探头还包括声阻抗匹配层，所述声阻抗匹配层位于所述压电晶片和所述楔块之间，且所述声阻抗层的厚度为超声波1/4波长的奇数倍，且所述声阻抗层的阻抗为所述压电晶片和所述楔块阻抗的几何平均值，以消除所述楔块声阻抗与所述压电晶片之间的声阻抗差距，减小超声波的反射，并保证超声波传播过程的低损耗。
[0009]优选的是，所述压电晶片采用1-3型压电复合材料，并由切割-填充法制备，其中同一条件下普通陶瓷晶片探头回波电压和频带宽度分别为4.91Vss和1.55?2.62MHz，而复合探头为18.25Vss和1.12?2.9MHz，所述1_3型压电复合材料大大提高了系统的灵敏度。
[0010]优选的是，所述楔块采用有机玻璃制成，其声阻抗为3.2MRayl，以更好的与压电晶片进行声匹配，使得更多的声波传入楔块，从而提高灵敏度，并且具有耐磨，耐高温的特点。
[0011]优选的是，所述楔块为R15圆弧面，所述动车组空心车轴超声波探伤探头包含三个探头，所述压电晶片折射角分别为正轴向、负轴向45°、以及0°，其中正轴向、负轴向45°横波探头用于检测外表面的横向缺陷，并且方向垂直于车轴的中心线，0°双晶纵波直探头用于检测车轴内部的体积型缺陷。
[0012]优选的是，所述楔块为R29.5圆弧面探头，所述动车组空心车轴超声波探伤探头包含七个探头，其中三个探头所述压电晶片折射角度分别为正轴向、负轴向45°，0°，其中正轴向、负轴向45°横波探头用于检测外表面的横向缺陷，并且方向垂直于车轴的中心线，0°双晶纵波直探头用于检测车轴内部的体积型缺陷，另外四个探头中所述压电晶片折射角度为正轴向、负轴向70°和正径向、负径向70°，用于检测过渡圆弧处、近表面横向性缺陷、车轴外表面纵向缺陷。
[0013]优选的是，还包括探杆，在探杆上设置有弹簧组件，弹簧组件的一端固定在探杆上，另一端连接探头外壳，以将所述探头紧密贴合到车轴，增强所述探头的探伤能力。
[0014]优选的是，所述楔块和车轴内孔之间采用S32或S68号抗磨液压油作为耦合剂，可以使探头与车轴内孔表面的耦合声能损失降到最低水平，提升系统整体的灵敏度。
[0015]优选的是，所述动车组空心车轴超声波探伤探头的检测深度为纵向斜探头400_，横向斜探头200mm、直探头150mm，以使所述探头更加契合被测车轴
[0016]本实用新型至少包括以下有益效果:首先针对检测灵敏度高、检测范围广的需求，本实用新型包括有压电晶片和声阻抗匹配层，其中换能器晶片用于发射和接收超声波，并将之转化为相应的电脉冲信号。由于具有与普通陶瓷晶片不同的振动模式，本晶片具有高灵敏度、高机电耦合系数、窄脉冲宽度等特点，同一条件下普通陶瓷晶片探头回波电压和频带宽度分别为4.91Vss和1.55?2.62MHz，而复合探头为18.25Vss和1.12?2.9MHz。在此基础上，为压电晶片和楔块之间设计了具有特定厚度和声阻抗的声匹配层，使声能传播更加尚效，进一步提尚了系统的灵敏度。
[0017]其次，传统实心车轴超声波探伤检测在车轴端面实施，检测范围覆盖面积小，整体灵敏度非常低，可检测缺陷的类型少。而动车组车轴内孔是中空的，可以将探头伸入到车轴内孔进行检测，利用此特点，对探头的外形、尺寸、声束方向进行了改进，设计了具有不同圆弧面的有机玻璃楔块、并对探头晶片的安放位置作了调整。用于CRH3型动车组空心车轴检测的探头是采用R15圆弧面的有机玻璃楔块的，一套3个，分别是正轴向、负轴向45°横波探头、0°双晶纵波直探头，其中两个轴向横波探头用于检测外表面的横向缺陷，其方向垂直于车轴的中心线，0°双晶纵波直探头用于检测车轴内部的体积型缺陷；而用于CRH1、CRH2、CRH5型动车组空心车轴超声波探伤的探头的圆弧面半径是R29.5，一套七个，除了拥有R15圆弧面探头的功能外，还有两组四个探头用于检测过渡圆弧处、近表面横向性缺陷、车轴外表面纵向缺陷。
[0018]与车轴内孔孔径相对应的楔块圆弧面设计可以使探头与车轴内孔表面紧密贴合，再辅以S32或S68号抗磨液压油作为耦合剂，可以使探头与车轴内孔表面的耦合声能损失降到最低水平，提升系统整体的灵敏度，实践运用过程中可以有效的检测到Imm表面线性缺陷和Φ 2mm平底孔缺陷，其声程范围为8mm-120mm，并能发现0.5mm表面线性缺陷。
[0019]最后，晶片不同的安放位置可以使探头具有不同方向的声束，以达到检测缺陷类型多样化的目的。另外O度探头采用双晶片、面聚焦设计，近场盲区缩小到7_以内，可以有效检测到近表面的体积、面积型缺陷。
[0020]本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
【附图说明】
[0021]图1为本实用新型的正视图；
[0022]图2为普通陶瓷晶片和压电晶片3的回拨信号和频谱比较；
[0023]图3为本实用新型双晶纵波直探头的正视图；
[0024]图4为本实用新型双晶纵波直探头的俯视图；
[0025]图5为R15圆弧面楔块的设计示意图；
[0026]图6为R29.5圆弧面楔块的设计示意图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
[0028]实施例1
[0029]如图1所示，本实用新型提供一种动车组空心车轴超声波探伤探头，包括:
[0030]探头外壳1，所述探头外壳I在上部敞开；
[0031 ] 楔块2，所述楔块2位于所述探头外壳I的上部，并与所述探头外壳I保持密封，形成一个密封的内部空间，其中，所述楔块2设置为圆弧形，以便将探头伸入到车轴内孔进行检测，并且圆弧形的楔块2能够与车轴紧密贴合，提高探伤能力；
[0032]压电晶片3，所述压电晶片3设置于所述内