专利名称：周向组合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周向组合超声波探伤探头，主要用于大型回转形工件，如圆
柱状，圆环状工件的无损探伤。
背景技术：
在目前我国的重要工业装备中，大型回转形工件的用量越来越大，如铁路的车轮 和轮箍、大型发电机和汽轮机轴、加氢反应器、石化和化工企业的裂解塔、电站的护环、大型 承压管道等等。由于这些大型回转形锻件都是在高压、高速的状态下工作的， 一旦其自身的 质量出现问题，所造成的后果显然不会是件小事故。因此，在这些大型锻件投入使用之前对 其进行严格的缺陷检测是至关重要的，目前此项检测的主要手段是利用超声波进行无损探 伤。 大型回转形工件一般都是锻造件；其材料内部的结构缺陷通常都形成于铸钢中的 冷热交换过程，而在锻造加工过程中这些缺陷会变得奇形怪状。有关对这些缺陷的检测通 常都是在工件经粗加工后进行的，现行检测的具体模式是用纵波沿圆周方向检测工件中间 部位的夹层缺陷，用纵波在圆状工件端头检测垂直于端头的缺陷。而对工件在顺直方向的 径向缺陷，尤其是工件内部的径向缺陷如何检测，至今仍然是制造业没能很好解决的一个 难题。由于这种径向缺陷潜在的危害性更大，因此探讨从圆、环状工件的端头检测大型锻件 的径向缺陷的有效手段是一项极为重要，又十分迫切的研究课题。
发明内容本实用新型有解决的技术问题是提供一种适用于从回转形工件的端头检测大型 锻件的径向缺陷的周向组合超声波探伤探头。 本实用新型的设计原理是由于回转件的外壁为圆形，对超声波的能量具有聚拢 作用，因此让超声波进入工件以弦向穿入工件，通过外壁发生折射；这中间的能量损耗会很 小，使得超声波经多次折射传播得更远一些。如果采用组合式的超声波发生装置，折射区间 会显著增大，这样就能够让声场覆盖更宽的检测厚度，从而大大地提高检测功能和效率。 本实用新型所采提出的技术方案是该周向组合超声波探伤探头的主要组成部分 有探头外壳、超声波发生装置、阻尼材料和探头插座。超声波发生装置由超声波折射契块、 主发收晶片和折射晶片及正、负电极、谐振电感线圈构成。 超声波发生装置中的超声波折射契块为立位狭宽长方体，两侧分别带有主发收斜 面和折射斜面的有机玻璃块，两侧斜面的角度根据需要设定。在本设计的探头中，超声波折 射契块可以为单块，也可以为多块的粘接组合。在组合式结构中，所有的超声波折射契块一 侧的折射斜面完全相同且平齐粘贴固定在一起，另一侧的主发收斜面的角度可以相同，也 可以采用梯度设计，具体方式由声场的覆盖面需要确定。 本设计中使用的超声波晶片最少为两片，数量根据选用晶片的频率、面积所产生 的扩散角确定。超声波晶片分为主发收晶片和折射晶片，主发收晶片纵向粘贴在主发收斜
3面上，折射晶片横向粘贴在折射斜面的中部。在多块超声波折射契块粘接组合中，主发收晶
片的数量由超声波折射契块的数量确定，折射晶片只设一片。折射晶片的长度应覆盖对面
多块主发收晶片的宽度区间，宽度为对面主发收晶片宽度的1/2或1/3。 折射晶片为无电极晶片，在每片主发收晶片的一个对侧边缘上分别焊有正电极和
负电极。在多块超声波折射契块粘接组合中，几片主发收晶片的正电极和负电极分别并联
在一起。 上述的超声波发生装置安装在探头外壳内，在探头外壳上还设有探头插座，并联 后的正电极负电极连接在探头插座的正、负极上。经过调试的谐振电感线圈由橡皮泥包裹， 设置在探头外壳内，谐振电感线圈的两极线也分别连接探头插座的正、负极上，在探头外壳 内超声波发生装置与谐振电感线圈之间，乃至所有的的剩余空间内填充有阻尼材料。 本实用新型的有益效果是由于在超声波经圆大型工件外壁的折射过程中声能量 损失小，因此能探测较远的距离；由于多个晶片组合在工件内建立起了超声波通道，可以实 现周向无盲区探伤；由于组合角度使得扫查范围减少，大大的提高探伤工作效率和可靠性； 由于使圆状大型工件横波探伤出现底波，简化了探伤工作，减轻了劳动强度；通过用橡皮泥 包裹还能提高电感线圈信噪比。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型加以详细说明。
图1为本实用新型实施例1的结构示意图 图2为实施例2的原理简图 图中标号 1、探头外壳2、超声波发生装置3、阻尼材料4、探头插座 5、超声波折射契块6、主发收晶片7、折射晶片8、正电极 9、负电极10、谐振电感线圈11、主发收斜面 12、折射斜面 13、橡皮泥
具体实施方式例1 如图1所示，本设计的周向组合超声波探伤探头的主要组成部分有探头外壳1、超 声波发生装置2、阻尼材料3和探头插座4。超声波发生装置2由超声波折射契块5、主发收 晶片6和折射晶片7及正、负电极8、9、谐振电感线圈10构成。 超声波发生装置中的超声波折射契块5为立位扁长方体，两侧分别设有主发收斜 面11和折射斜面12的梯形有机玻璃块。两侧斜面的角度根据需要设定。在本设计的探头 中，超声波折射契块5为三块的粘接组合。所有的超声波折射契块5 —侧的折射斜面12完 全相同且平齐粘贴固定在一起，另一侧的主发收斜面11的角度采用梯度设计，本例中分别 采用62、67、74度。 超声波晶片分为主发收晶片6和折射晶片7，三块主发收晶片6纵向分别粘贴在主 发收斜面11上，折射晶片7横向粘贴在折射斜面12的中部。折射晶片7的长度以覆盖对 面多块主发收晶片6的宽度区间为准，宽度为对面主发收晶片6宽度的1/3。[0024] 折射晶片7为无电极晶片，在每片主发收晶片6的一个对侧边缘上分别焊有正电 极8和负电极9。并且几片主发收晶片6的正电极8和负电极9分别并联在一起。 上述的超声波发生装置2安装在探头外壳1内，在探头外壳1上还设有探头插座 4，并联后的主发收晶片6正、电极负电极8、9连接在探头插座4的正、负极上。经过调试的 谐振电感线圈10由橡皮泥13包裹，设置在探头外壳1内，谐振电感线圈10的两极线也分 别连接探头插座1的正、负极上，在探头外壳1内超声波发生装置2与谐振电感线圈10之 间，乃至所有的的剩余空间内填充有阻尼材料3 。 例2 图2所示的是铁路再用机车轮箍的超声波探伤设计，铁路机车轮箍分为两大系 列，分为电力机车和内燃机车；轮箍的直径和厚度不同，电力机车轮箍直径是1250mm，厚度 90mm ;内燃机车轮箍直径1050mm，厚度75mm ;以电力机车为例使用62、67、74度的组合探 头，62度的晶片主声速在6lmm深通过，67度的晶片主声速在40mm深通过，74度的晶片主 声速在20mm深通过；用2MHZ的晶片建立超声波通道；超声波在轮箍内经过多次折射，实现 了机车轮箍探伤；电力机车轮箍的一周弦长约3900mm，在超声波仪器的屏幕显示1950mm有 底波出现；实验证明这个底波，是三个组合晶片发射的超声波，沿机车轮箍一周被单个晶片 接收到的回波；单个晶片没焊接电极，只能起到反射超声波作用，经过有机玻璃契块底部折 射到三个晶片接收；这个底波对轮箍探伤很有意义一个意义是证明仪器、探头、探头线都 是好的；二是证明被探伤的轮箍透声良好，超声波沿轮箍折射一周了 ；三是证明没有大的 缺陷，如果有大的缺陷底波就被遮挡住了 ；探头可以前后两个方向，在一次声程的扫查范围 内，实现不用动车状态下轮箍探伤，防止崩箍的险性事故发生，保证机车运输安全。
权利要求一种周向组合超声波探伤探头，其特征是该探头由探头外壳(1)、超声波发生装置(2)、阻尼材料(3)和探头插座(4)组成，超声波发生装置(2)由超声波折射契块(5)、主发收晶片(6)和折射晶片(7)及正、负电极(8、9)、谐振电感线圈(10)构成；超声波折射契块(5)为一块立位扁长方体的梯形有机玻璃块，两侧分别带有主发收斜面(11)和折射斜面(12)；超声波折射契块(5)设置一块，超声波晶片为两片，分别为主发收晶片(6)和折射晶片(7)，主发收晶片(6)纵向粘贴在主发收斜面(11)上，折射晶片(7)横向粘贴在折射斜面(12)的中部；折射晶片(7)的长度应覆盖对面主发收晶片(6)的宽度区间，宽度为对面主发收晶片(6)宽度的1/2或1/3；折射晶片(7)为无电极晶片，主发收晶片(6)的一个对侧边缘上分别焊有正电极(8)和负电极(9)；上述的超声波发生装置(2)安装在探头外壳(1)内，在探头外壳(1)上还设有探头插座(4)，并联后的主发收晶片(6)连接在探头插座(1)的正、负极上；经过调试的谐振电感线圈(10)由橡皮泥(13)包裹，设置在探头外壳(1)内，谐振电感线圈(10)的两极线也分别连接探头插座(4)的正、负极上，在探头外壳(1)内超声波发生装置(2)与谐振电感线圈(10)之间，乃至所有的的剩余空间内填充有阻尼材料(3)。
2. 根据权利要求1所述的周向组合超声波探伤探头，其特征是所述的超声波折射契 块(5)为多块的粘接组合，所有的超声波折射契块(5)的折射斜面(12)完全相同且平齐粘 贴定位，主发收斜面(11)的角度可以相同，也可以采用梯度设计；主发收晶片(6)的数量由 超声波折射契块(5)的数量确定，折射晶片(7)只设一片；折射晶片(7)的长度应覆盖对面 多块主发收晶片(6)的宽度区间，宽度为对面主发收晶片(6)宽度的l/2或l/3;几片主发 收晶片(6)的正电极(8)和负电极(9)分别并联在一起。
专利摘要本实用新型公开了一种周向组合超声波探伤探头，该周向组合超声波探伤探头的主要组成部分有探头外壳、超声波发生装置、阻尼材料和探头插座。超声波发生装置由超声波折射楔块、主发收晶片和折射晶片及正、负电极、谐振电感线圈构成；有益效果是由于在超声波经圆大型工件外壁的折射过程中声能量损失小，因此能探测较远的距离；由于多个晶片组合在工件内建立起了超声波通道，可以实现周向无盲区探伤；由于组合角度使得扫查范围减少，大大的提高探伤工作效率和可靠性；由于使圆状大型工件横波探伤出现底波，简化了探伤工作，减轻了劳动强度；通过用橡皮泥包裹还能提高电感线圈信噪比。
文档编号G01N29/24GK201464430SQ20092010045
公开日2010年5月12日 申请日期2009年7月20日 优先权日2009年7月20日
发明者范军 申请人:范军