专利名称：空心车轴超声波探伤探头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种空心车轴超声波探伤探头，属于无损检测技术领域。
背景技术：
本实用新型所涉及的空心车轴超声波探伤探头，具体地讲是涉及一种用于铁道车辆空心车轴运行疲劳裂纹检测的超声波探伤探头。
空心车轴是一种新型车轴结构，主要用于时速200km的高速列车。在列车运行过程中，空心车轴可能会产生疲劳裂纹，而直接影响到行车安全。避免发生这种严重问题的一个重要手段，就是对空心车轴作定期的在役探伤，目前国际上已采用超声波探伤方法对列车空心车轴进行检测。如日本开发了一种可移动式全自动超声波探伤装置，该装置装有2个声束方向不同的斜探头，以6mm螺距、200r/min的转速在车轴内部作螺旋状移动，由计算机对检测结果进行处理和图像显示。由于这种探伤装置因采用旋转式探头而使探伤装置的灵敏度受到影响，同时由于探头移动不平稳，而降低了检测的精度。日本专利JP2002082099公开了一种使用非旋转式探头的空心车轴裂纹超声波自动探伤装置。这种探头可以在空心车轴内部沿车轴方向移动，从而克服了所说旋转式探头所存在的缺憾。但是JP2002082099日本专利所主张的探头的超声波振动子(通称压电元件、压电晶片)的形状为凸透镜状。无疑，这种呈凸透镜状的超声波振动子所发射的超声波声强得到了有效提升，但也不可避免地缩小了超声波振动子所发射声波对车轴的覆盖范围，也就是说会形成探头对车轴超声波检测的盲区，从而产生空心车轴漏检问题。这对于空心车轴的在役探伤检测来说是不能被允许的。中国专利公开的诸如公告号CN2648445Y、CN2365669Y和申请号03246797.4的已有技术所给出的超声波探伤探头的压电元件(晶片、陶瓷)的形状均为平板状。无疑这种存在于具有曲率的空心车轴内呈平板状的超声波振动子压电元件，所发射的源于压电元件中心部位的超声波，由于其发射至车轴的声距长而声强小，而源于压电元件其它部位例如说两侧的超声波，由于其发射至车轴的声距短而声强大。而这种不均匀声强，将会明显降低超声波探伤检测的精度。因此，已有技术呈平板状的压电晶片，对于具有曲率的空心车轴的探伤检测是明显不合适的。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种车轴的每一点都能被超声波所覆盖的空心车轴超声波探伤探头，以克服已有技术的不足，进一步提高空心车轴探伤检测的灵敏度和精度。
本实用新型实现其目的所采取的技术方案是，一种空心车轴超声波探伤探头，包括与空心车轴内孔相匹配的探头外壳、楔块、与楔块贴合的压电晶片、吸声背材、信号进出线和可与超声波探伤设备连接的接线柱；楔块镶嵌在探头外壳内腔的上部；吸声背材填充在探头外壳内腔且位于楔块的下部；信号进出线的一端分别与压电晶片的两极连接，信号进出线的另一端分别与接线柱的两极连接；接线柱与探头外壳固定联结且其接线头部伸入吸声背材的内部，其改进点在于探头外壳可与探头架互呈径向滑动配置；楔块与空心车轴的内孔相接触的圆面与空心车轴内孔相匹配适合，楔块的置贴压电晶片的圆面为锥形圆面；压电晶片呈扇形汉瓦状；压电晶片的圆面与楔块的锥形圆面相吻合。
由以上所给出的技术方案可以明了，本实用新型由于采用了楔块的圆面与空心车轴内孔相匹配适合；压电晶片呈汉瓦状且与楔块的锥形圆面相吻合的技术方案，有效保证了被检测范围内车轴的每一点都能被超声波所覆盖，发射至车轴每一点的声强差异不大于所被允许的范围，从而有效提高了空心车轴探伤检测的灵敏度和精度，实现了本实用新型的目的。
本实用新型的进一步改进点在于所说的压电晶片的数量在1～16个范围内且并排布置。也就是说本实用新型可以包括1个或1个以上的压电晶片。当采用2个或2个以上压电晶片时，则压电晶片并排布置与楔块贴合。而所说压电晶片的数量多少，可以根据实际需要而定，例如说，当由探头和探头架组合而成的组合探头只用2个探头哈夫对合而成时，则所说压电晶片就可以用4～8个。
所说的探头外壳可与探头架互呈径向滑动配置是，探头外壳设有可与探头架所设的凸键/键槽相配置的键槽/凸键，所说凸键与键槽互呈滑动配合；与探头外壳固定联结的接线柱可设置在探头架的径向长孔内且可沿径向滑动。其目的显然在于令探头可以沿径向作伸缩位移，以满足空心车轴在内孔大小不可避免存在不一致的条件下探头的轴向移动，以全面完成对空心车轴的整体探伤。事实上，这一进一步改进点所给出的是键、键槽配合副径向滑动结构。当然采用圆柱销、长槽配合副径向滑动结构，或者采用直线轴承、导向槽配合副径向滑动结构等，都是完全适合的。
楔块的锥形圆面的斜度α在40°～60°范围内。斜度α实际上是探头折射角。反复试验结果提示，斜度α大小要适当，α过大会使声程增加，导致探伤灵敏度降低，α过小则会导致厚度方向缺陷的检测率减小。本实用新型特别推荐的楔块的锥形圆面的斜度α为50°。
呈扇形汉瓦状的压电晶片的大端弦长为10～15mm，宽度为6～8mm，厚度为0.5mm。这是本实用新型经过反复试验所优选的，这不只是给出的尺寸，而是进一步限定了压电晶片的形状。所给出的压电晶片的形状，不但完全吻合铁道车辆空心车轴内孔的实际，而且也方便压电晶片的在探头内的布置。也就是说，每个探头可以布置压电晶片1个或1个以上，以进一步提高探伤检测的灵敏度和精度。特别是这种形状大小的压电晶片，在保证其应有的声能条件下，在其加工过程中的成品率最高，这对于节降生产制造成本，是很有利的。
上述技术方案得以实施后，本实用新型所具有的结构合理简单，制备简易，空心车轴探伤检测灵敏度和精度高等特点，是显而易见的。
图1是本实用新型一种具体实施方式
的主视图；图2是图1的A-A剖视图；图3是图1的右视图；图4是图1的左视图；图5是如图1所示的压电晶片的主视图；图6是图5的俯视图；图7是一种可与如同图1所示的本实用新型配装的探头架的主视剖视图；图8是图7的B-B剖视图；图9是图7的C-C剖视图；图10是如图1所示的本实用新型在探伤设备上的安装状态参考图。
具体实施方式
由以上所给出的附图，已经可以明了本实用新型实现其目的的技术方案。以下对照附图通过具体实施方式
的描述对本实用新型作进一步说明。
具体实施方式
，请参读附图1至6。一种空心车轴超声波探伤探头，包括与空心车轴内孔相匹配的探头外壳1、有机玻璃楔块2、与有机玻璃楔块2贴合的2个并排布置的压电晶片3、吸声背材4、信号进出线5和可与超声波探伤设备连接的接线柱6；有机玻璃楔块2镶嵌在探头外壳1内腔的上部；吸声背材4填充在探头外壳1内腔且位于有机玻璃楔块2的下部；信号进出线5的一端分别与压电晶片3的两极连接，信号进出线5的另一端分别与接线柱6的两极连接；接线柱6与探头外壳1固定联结且其接线头部伸入吸声背材4的内部，探头外壳1可与探头架7互呈径向滑动配置；有机玻璃楔块2与空心车轴的内孔相接触的圆面2a与空心车轴内孔相匹配适合，有机玻璃楔块2的置贴压电晶片3的圆面2b为锥形圆面；压电晶片3呈扇形汉瓦状；压电晶片3的圆面3a与有机玻璃楔块2的锥形圆面2b相吻合。所说的探头外壳1可与探头架7互呈径向滑动配置是，探头外壳1的一侧设有可与探头架7一侧所设的凸键7a相配置的键槽1a，所说凸键7a与键槽1a互呈滑动配合；与探头外壳1另一侧固定联结的接线柱6可设置在探头架7另一侧的径向长孔7b内且可沿径向滑动。有机玻璃楔块2的锥形圆面2b的斜度α为50°。呈扇形汉瓦状的压电晶片3的大端弦长为12mm，宽度为6mm，厚度为0.5mm。
使用本实用新型的空心车轴探伤设备的整机结构和结构联结方式请参见附图10。空心车轴疲劳裂纹的超声波探伤设备除了电气控制系统和机械传动系统外，还包括探头架7、超声波探头组，耦合剂输送装置和位置检测装置等组成。探头组共有32个本实用新型所组成，将32个探头分二组排列，每组16个，一组朝前，一组向后，组成二个圆周，其圆心与探头架的中心线重合。探头与车轴成50°的角度发射超声波，前面一组向后发射，后面一组向前发射。超声波的发射通过一组超声发射控制系统以一定的顺序分别对每一个探头发射高压脉冲来激发超声波，每次同时对同一组中的多个探头发射高压脉冲，以激发探头向车轴发射超声波。当探头架在空心车轴内沿车轴轴向移动时，超声波在车轴内部向车轴圆周发射，保证车轴的每一点都能被超声波所覆盖以完成对车轴的探伤。
本实用新型小试样品，在空心车轴探伤设备上应用，其效果是很好的，其超声波探伤精度和灵敏度均达到或超过铁道部相关标准。
本实用新型同样适用于其它管状件内孔的超声波探伤检测。
权利要求1.一种空心车轴超声波探伤探头，包括与空心车轴内孔相匹配的探头外壳(1)、楔块(2)、与楔块(2)贴合的压电晶片(3)、吸声背材(4)、信号进出线(5)和可与超声波探伤设备连接的接线柱(6)；楔块(2)设在探头外壳(1)内腔的上部；吸声背材(4)填充在探头外壳(1)内腔且位于楔块(2)的下部；信号进出线(5)的一端分别与压电晶片(3)的两极连接，信号进出线(5)的另一端分别与接线柱(6)的两极连接；接线柱(6)与探头外壳(1)固定联结且其接线头部伸入吸声背材(4)的内部，其特征在于a、探头外壳(1)可与探头架(7)互呈径向滑动配置；b、楔块(2)与空心车轴的内孔相接触的圆面(2a)与空心车轴内孔相匹配适合，楔块(2)的置贴压电晶片(3)的圆面(2b)为锥形圆面；c、压电晶片(3)呈扇形汉瓦状；压电晶片(3)的圆面(3a)与楔块(2)的锥形圆面(2b)相吻合。
2.根据权利要求1所述的空心车轴超声波探伤探头，其特征在于所说的压电晶片(3)的数量在1～16个范围内且并排布置。
3.根据权利要求1所述的空心车轴超声波探伤探头，其特征在于所说的探头外壳(1)可与探头架(7)互呈径向滑动配置是，探头外壳(1)设有可与探头架(7)所设的凸键/键槽(7a)相配置的键槽/凸键(1a)，所说凸键与键槽互呈滑动配合；与探头外壳(1)固定联结的接线柱(6)可设置在探头架(7)的径向长孔(7b)内且可沿径向滑动。
4.根据权利要求1所述的空心车轴超声波探伤探头，其特征在于楔块(2)的锥形圆面(2b)的斜度α在40°～60°范围内。
5.根据权利要求1所述的空心车轴超声波探伤探头，其特征在于呈扇形汉瓦状的压电晶片(3)的大端弦长为10～15mm，宽度为6～8mm，厚度为0.5mm。
专利摘要本实用新型公开了一种空心车轴超声波探伤探头，包括与空心车轴内孔相匹配的探头外壳、楔块、与楔块贴合的压电晶片、吸声背材、信号进出线和可与超声波探伤设备连接的接线柱；楔块设在探头外壳内腔的上部；吸声背材填充在探头外壳内腔且位于楔块的下部；信号进出线的两端分别与压电晶片的两极和接线柱的两极连接；接线柱与探头外壳固定联结且伸入吸声背材的内部，以其探头外壳可与探头架互呈径向滑动配置；楔块与空心车轴的内孔相接触的圆面与空心车轴内孔相匹配适合，楔块的置贴压电晶片的圆面为锥形圆面；压电晶片呈扇形汉瓦状；压电晶片的圆面与楔块的锥形圆面相吻合为主要特征。具有对空心车轴超声波探伤的灵敏度和精度高等特点。
文档编号G01N29/04GK2842420SQ20052007703
公开日2006年11月29日 申请日期2005年10月31日 优先权日2005年10月31日
发明者许赤峰, 邓嘉鸣, 杨延安 申请人:中国南车集团戚墅堰机车车辆工艺研究所