一种整体式多角度斜块结构的超声组合探头的制作方法

本实用新型属于用于多角度斜块结构检测的超声探头技术领域，具体涉及一种整体式多角度斜块结构的超声组合探头。

背景技术：

目前对于火车轮轴的超声波探伤，一般采取单探头人工探伤或把探头分布在车轴端面和轴身部位形成的多组合探伤。不仅如此，即使在一个小的组合中，探头的斜块也是一块一块地拚装在一起的，或者是做成一个一个的单探头然后拼装在探头架中形成组合探头。实践证明这样的设计对探伤而言并没有达到预期的效果，而且结构复杂、更换困难以及操作不便，尤其是晶片占比面积效率低、组合性能不稳定、覆盖面难于重叠而容易造成漏探和误报的重大事故，2018年9月份某公司产品就出现了这种重大问题而被铁路总公司暂停使用。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种具有整体式多角度斜块结构的超声组合探头，高效率地利用斜块布置更多的晶片个数或者面积，并且设计的部分斜块角度方向不通过车轴轴心线而指向车轴母线方向。此外本实用新型还能够与工件产生流畅的耦合，使得组合探头性能发挥稳定、高效，以达到最佳的探伤效果。

本实用新型通过以下技术方案解决上述技术问题，

一种整体式多角度斜块结构的超声组合探头，包括斜块和超声压电晶片，其特征在于，

所述斜块为底面为平面的立体结构，围绕斜块的中心分成至少四个区块；

每个区块的上表面为平面且与底面形成夹角βi，每个区块的夹角βi不等，且0°≤βi＜15°；

所述区块分成远端检测块和近端检测块；

所述远端检测块靠近斜块的中心为低端，远离斜块的中心为高端；

所述近端检测块靠近斜块的中心为高端，远离斜块的中心为低端；

在每个区块的上表面安装有至少一个超声压电晶片，

所述斜块的底面紧贴车轴的端面。

作为优化，所述斜块必有且仅有一个区块的夹角βi=0°；

作为优化，所述区块的夹角βi优选为0°≤βi≤13°；

作为优化，所述斜块优选为分成5-10个区块；

作为优化，所述斜块为有机玻璃或聚酰亚胺。

相对于其它各种设计方案，本方案既体现了好的传统设计思路，又对存在严重问题的方面采取了独特的设计方法，因而产生了极佳的探伤效果。本实用新型装置可用于对火车轮轴内部缺陷进行人工探伤、半自动和自动化探伤。

附图说明

图1为本实用新型实施例斜块结构的示意图；

图2为本实用新型实施例斜块A-A方向剖面图；

图3为本实用新型实施例探伤示意图；

图4为本实用新型实施例A端面透视图；

图中，1-斜块，2-超声压电晶片，3-区块α3，4-区块α6，5-车轴，51-轴身，6-轮座，7-轴径，8-车轴端面，9-超声组合探头组件，10-区块α3发射的超声波声束中心线，11-区块α6发射的超声波声束中心线，12-防尘板座，13-车轴端面中心孔，14-车轴端面上均布的三个螺纹孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步详细阐述本实用新型的内容。

根据附图1-4，本实施中的具有整体式多角度斜块结构的超声组合探头，包括斜块1和超声压电晶片2，

所述斜块1为底面为平面的立体结构，本实施例中为底面为圆形平面的柱体结构，围绕斜块1的中心分成七个区块α0-α6，所述斜块1为有机玻璃或聚酰亚胺材质；在具体实施方法中，根据待测样品可以选用底面为平面的其他立体结构；

每个区块α0-α6的上表面为平面且分别与底面形成夹角β0-β6，每个区块α0-α6的夹角β0-β6均不相等，且0°≤βi＜15°；其中，必有且仅有一个区块α0的夹角β0=0°；

所述区块分成远端检测块和近端检测块；

所述远端检测块靠近斜块的中心为低端，远离斜块的中心为高端；所述远端检测块发射的声束中心反向延长线与车轴的轴心线相交；

所述近端检测块靠近斜块的中心为高端，远离斜块的中心为低端；所述近端检测块发射的声束中心与车轴的轴心线相交；

在每个所述区块α0-α6的上表面安装有至少一片超声压电晶片2；

所述斜块1的底面紧贴车轴端面8，其中心在车轴的轴线上。

作为一种改进技术方案，所述区块的夹角βi优选为0°≤βi≤13°；

以检测车轴型号RE2B为例，本实用新型实施例中区块α0的夹角β0=0°，区块α1的夹角β1=12.7°，区块α2的夹角β2=10.1°，区块α3的夹角β3=8.2°，区块α4的夹角β4=11.8°，区块α5的夹角β5=6.9°，区块α6的夹角β6=4.1°；其中所述远端检测块包括区块α0和区块α6，区块α6靠近斜块的中心为低端，远离斜块的中心为高端，区块α6发射的声束中心反向延长线与车轴的轴心线相交；所述远端检测块发射的声束中心不直接与车轴的轴心线相交，其目的在于既使得主声束避开了车轴端面螺纹孔的阻挡又增加单声束的辐射长度和面积；

所述近端检测块包括区块α1-α5，区块α1-α5靠近斜块的中心为高端，远离斜块的中心为低端；区块α1-α5发射的声束中心与车轴的轴心线相交；所述近端检测块发射的声束中心直接与车轴的轴心线相交，其目的在于避开车轴端面较深螺纹孔对声束的阻挡而不至于产生探伤盲区。

本实施例中，专门针对轴径部位的为区块α1和区块α2，针对轮座部位的为区块α3-α5，针对轴身部位的为区块α6和区块α0，针对全轴穿透的也是区块α0。

如图3-4所示，所述车轴5包括轴身51、轮座6和轴径7；在轮座6和轴径7之间设有防尘板座；在车轴端面8上还有三个环绕车轴端面中心孔13均匀分布的螺纹孔14；本实用新型包括超声组合探头组件9和斜块1，所述斜块1的底面紧贴在车轴5靠近轴径7一侧的车轴端面8，所述斜块1的中心与车轴端面中心孔13重合，即所述斜块1的中心在车轴的轴线上。

其中距离车轴端面8较远的车轴部位如轴身51、轮座6、盘座部位等，区块α6的角度值以及角度方向的设计，将使得区块α6上的超声晶片发射的超声波声束中心线不需要与车轴的轴心线相交即可直接到达探伤部位，这样的布置可以使得主声束扫查的长度更长，覆盖面更大。

而距离车轴端面8较近的车轴部位如轴径7、轮座6，区块α1~α5角度值以及角度的方向设计仍采用传统方法，区块α1~α5上的超声晶片发射的超声波声束中心线与车轴的轴心线相交后到达各个探伤部位，这样的布置既使得主声束避开了车轴端面螺纹孔的阻挡又增加了单声束的辐射长度和面积，因而也避免了产生探伤盲区和照顾到探伤面击，相对于其它各种设计方案，本方案具有全面而独特的极佳探伤效果。上述两者的斜块角度成180º的反向。

本实用新型通过将多个超声晶片粘贴于整体结构的多角度斜块上，按照轴径、轮座和轴身等的探伤工艺规程的要求，主要探伤部位做到全覆盖，在同一个被探伤的部位，通过不同设计方案角度的大小可以不同以及晶片面积大小也不一定相同。

本实用新型整体式多角度斜块结构的优越性是利用率高，同样直径的圆上面可布置的晶片数量最多，晶片面积也最大，斜块与工件的耦合效果最佳，探伤时藕合面上的耦合剂保留时间更长，特别有利于连续探伤和反复检查可疑波形的研究确认，因而比其它各种方案更能达到比较理想的探伤效果。

本实用新型的另一个优点是，对距离车轴端面较远的部位例如轴身或部分轮座部位、盘座部位等，整体式多角度斜块上的晶片发射的主声束中心线不通过车轴轴心线，这样的布置可以使得主声束扫查的长度更长，覆盖面更大。而距离端面较近的部位例如轴径或部分轮座部位，斜块角度方向与上述相反，斜块的设计仍然采用传统的方法，使得晶片发射的超声波主声束中心线通过车轴的轴心线。

这样同一整体式多角度斜块上两种方向的布置，可以避免车轴端面较深的螺纹孔阻挡住主声束，因而也避免了产生探伤盲区，该斜块至少应包含四个角度，不过通常应为七至十二个角度，其中有专门针对轴径部位的角度为一个至三个，针对轮座部位的为两个至四个，针对轴身部位的为一个至三个，针对全轴穿透的为一个至两个。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内，例如将本实用新型中的所述区块α0-α6做成单独的独立结构，例如做成圆形或环形的均分七分之一形状的扇形，这样可以做若干个夹角βi依次递增或递减的区块，根据待检测的样品选择合适的独立区块，拼接组合成一个圆形或环形，再按本实用新型方法进行样品检测；上述的七分之一形状也仅仅是一个例子，并不限于七分之一形状。