一种用于钢轨道岔检测的相控阵探头的制作方法

本技术涉及超声检测探头，尤其涉及一种用于钢轨道岔检测的相控阵探头。

背景技术：

1、随着国家大力发展铁路基础设施建设，高速铁路、地铁、轨道交通等运营里程逐年大幅度增加，各铁路局对钢轨道岔的检测工作也随之增加。

2、目前对钢轨道岔的检测大多采用的是普通的常规超声检测，而常规超声检测是基于钢轨焊缝全断面探伤方法，采用k2.5、k1横波探头，0度纵波直探头进行探伤检测，其探伤原理是通过探头在钢轨各探测面全覆盖移动扫查检测，常规超声波探伤检测回波波形对探头的位置、角度、耦合及手法控制非常敏感，受人为因素影响比较大，该方法对道岔轨底部位探测时因道岔轨底扣件、轨撑、道岔锁闭框等工装结构联接零件遮挡影响，存在探伤扫查不到位，对遮挡部位无法进行探伤检测，因此为有效确保设备安全，探伤时需同步开展拆卸轨底扣件、道岔轨撑等辅助工作，探伤作业开展十分困难,并且效率非常低下，难以满足逐年增加的钢轨道岔检测工作。

3、相控阵超声检测是根据设定的延迟法则激发相控阵阵列探头各独立压电晶片(阵元)，合成声束并实现声束的移动、偏转和聚焦等功能，再按一定的延迟法则对接收到的超声信号进行处理并以图像的方式显示被检对象内部状态的超声检测方法。与常规超声检测技术相比，相控阵超声检测技术有很多优点：采用电子方法控制声束聚焦、偏转和扫描，可以在不移动或少移动探头的情况下进行快捷的扫查，提高检测速度，同时，具有良好的声束可达性，能对复杂几何形状的工件进行探测；通过优化控制焦点尺寸、焦区深度和声束方向，可使检测分辨力、信噪比和灵敏度等性能得到提高等。在钢轨道岔检测领域，目前还是以常规超声进行检测为主。而如果采用相控阵技术进行检测，将会带来不少优势。

4、钢轨道岔结构复杂，零件较多，现有的相控阵超声检测探头在钢轨道岔的检测过程中，现有的相控阵超声检测探头在接收反射波时，对检测部件的反射波、非检测零部件的反射波、以及探头晶片振动产生的背面超声波交错接收，影响探伤模块对检测部件的反射波的数据分析，影响检测结果；钢轨两侧除平面外还有20毫米直径的圆角弧面，现有的相控阵超声检测探头探测面为平面，无法在钢轨两侧的圆角弧面上使用，例如申请号为202022680013.1的中国实用新型专利，公开了一种用于检测钢轨核伤的一体式相控阵探头，包括：楔块，所述楔块包括与钢轨表面形状适配的底面以及与所述底面相对设置的第一斜面，所述第一斜面上设置相控阵探头，所述相控阵探头包括两片以上的晶片，两片以上的所述晶片沿着所述楔块的移动方向纵向铺设在所述第一斜面上；罩体，所述楔块设置在所述罩体内，所述罩体外设置脉冲激发接头，所述脉冲激发接头与所述相控阵探头电连接；这样的相控阵探头只能检测钢轨的平面，对于钢轨两侧的圆角弧面无法检测，存在钢轨检测不完整的情况。

技术实现思路

1、本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种用于钢轨道岔检测的相控阵探头。

2、本实用新型通过以下技术方案实现：

3、一种用于钢轨道岔检测的相控阵探头，包括探头壳体(1)和穿入探头壳体(1)内部的多芯线缆(2)，还包括：

4、角度揳块(3)，设置于探头壳体(1)底部，角度揳块(3)上设置有探头检测斜面(31)，角度揳块(3)用于使探头晶片(4)产生的超声波经过角度楔块后发射折射；

5、数个探头晶片(4)，排列设置于角度揳块(3)的探头检测斜面(31)上，其排列方向与探头检测斜面(31)的方向一致，数个探头晶片(4)用于发射或接收超声波信号，多芯线缆(2)的多根线芯分别连接数个探头晶片(4)；

6、匹配层(5)，设置于探头检测斜面(31)与数个探头晶片(4)之间，用于探头晶片(4)高声振动时与角度揳块(3)达到抗阻匹配；

7、阻尼吸声填充块(6)，设置于角度揳块(3)与探头壳体(1)之间，阻尼吸声填充块(6)位于数个探头晶片(4)背面，用于吸收探头晶片(4)振动产生背面超声波信号。

8、更进一步的方案是，所述的角度揳块(3)上设置有锯齿面(32)，探头检测斜面(31)、锯齿面(32)和角度揳块(3)的底面(33)形成三角的楔形结构，锯齿面(32)上设置有数个锯齿，锯齿角度为60度，数个锯齿排列方向与锯齿面(32)方向一致。

9、更进一步的方案是，所述的探头检测斜面(31)与角度揳块(3)底面(33)的夹角为41度，所述锯齿面(32)与角度揳块(3)底面(33)的夹角为51.9度。

10、更进一步的方案是，所述的探头壳体(1)上方设置有穿线孔(11)，多芯线缆(2)由穿线孔(11)穿入探头壳体(1)内部，多芯线缆(2)与穿线孔(11)之间设置有紧固密封件(7)。

11、更进一步的方案是，所述的探头晶片(4)数量不少于16个。

12、更进一步的方案是，所述数个探头晶片(4)的排列宽度不小于钢轨宽度的一半。

13、更进一步的方案是，所述的角度揳块(3)两侧设置有滑槽(34)，角度揳块(3)下方设置有弧形揳块(9)，弧形揳块(9)两侧上方设置有滑块(91)，弧形揳块(9)通过滑块(91)与滑槽(34)配合安装在角度揳块(3)上。

14、更进一步的方案是，所述的弧形揳块(9)底面为弧形面(92)，弧形揳块(9)顶面为平面，弧形面(92)的直径与钢轨两侧的圆角弧面直径相适配。

15、更进一步的方案是，所述的阻尼吸声填充块(6)的材料为环氧树脂加硅橡胶加金属氧化物制成。

16、本实用新型的工作原理：

17、本实用新型数个探头晶片(4)的激励方式采用相控阵扇形扫描的方式，探头晶片(4)发射出的超声波经角度揳块(3)折射后，探头能够产生从30°至85°范围内多角度声束，探头在固定的位置就能够产生多角度的扇形扫描声束，因此，采用本探头放置在相对固定的位置，不需要移动的情况下就能快速对道岔的各部分，特别是关键遮蔽部位进行检测；

18、本实用新型数个探头晶片(4)通过振动发射多角度声束的超声波，探头晶片(4)正面超声波经过角度揳块(3)发生折射和反射，折射的超声波进入钢轨内部探测，反射到锯齿面(32)锯齿上的超声波发生散射，反射到该锯齿面(32)的超声波无法沿着原先的路径返回；探头晶片(4)背面的超声波被阻尼吸声填充块(6)吸收，利用锯齿面(32)和阻尼吸声填充块(6)消除多余的反射超声波和探头晶片(4)背面的超声波，保障检测结果的精度和准确性；

19、本实用新型利用与钢轨两侧圆角弧面相适配的弧形揳块(9)检测圆角弧面，弧形揳块(9)与角度揳块(3)可拆卸装配实现钢轨的平面检测和弧面检测。

20、本实用新型相比现有技术的有益效果：

21、本实用新型能够产生从30°至85°范围内多角度声束，探测面覆盖扫查范围大，采用定点扫查探测范围可达200mm～250mm，对道岔各遮挡部位有效探伤检测；

22、本实用新型通过角度揳块(3)锯齿面(32)上的锯齿散射反射到该锯齿面(32)的超声波，使反射的超声波无法沿着原先的路径返回，降低了探头信号的干扰；通过阻尼吸声填充块(6)吸收探头晶片(4)振动产生的背面超声波信号，防止探头晶片(4)振动产生背面超声波信号与探头晶片(4)正面的超声波发生干涉现象，提高检测精度和检测结果的准确性；

23、本实用新型通过探头壳体(1)、角度揳块(3)和紧固密封件(7)的组合形成一个密封的探头结构，防止液体进入到探头壳体(1)的内腔，造成探头晶片(4)损坏；紧固密封件(7)固定多芯线缆(2)，防止多芯线缆(2)在日常使用过程中拉扯晃动，造成多芯线缆(2)与探头晶片(4)断连；

24、本实用新型角度揳块(3)底面(33)的前后两端的倒角可避让钢轨道岔零部件的焊缝、圆角和倒角，使角度揳块(3)底面(33)能更好的接触检测面；

25、本实用新型可更换平面检测模式和弧面检测模式，适用与普通钢轨和钢轨道岔上不同位置的检测，钢轨探伤检测更完整全面。