專利名稱：一種內(nèi)螺紋管超聲波檢測用探頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于設(shè)備探傷檢測設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種內(nèi)螺紋管超聲波檢測用探頭， 具體涉及一種縱波晶片和橫波晶片相結(jié)合的探頭。
背景技術(shù)：
通過增強對汽水混合物的擾動，可以提高換熱設(shè)備的傳熱系數(shù)和熱效率。換熱或冷卻設(shè)備使用內(nèi)螺紋管是提高傳熱系數(shù)的有效措施之一，現(xiàn)代高參數(shù)大容量火電機組鍋爐水冷壁的高溫區(qū)大都采用內(nèi)螺紋管。內(nèi)螺紋管內(nèi)壁有凹凸的內(nèi)螺紋，對內(nèi)螺紋管對接焊縫進行超聲波檢測時，聲束是否在螺紋上反射，反射波的聲程不同，其影響與管子壁厚不均勻帶來的影響相似，當(dāng)使用一次反射波探傷時，會給缺陷的定位帶來影響，水平距離影響可達
2.5mm左右，尤其是對焊縫上部缺陷的檢驗帶來影響。如何克服內(nèi)螺紋凸筋的影響，實現(xiàn)對內(nèi)螺紋管焊縫的超聲波檢測是一個技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述技術(shù)難題，本發(fā)明提供一種內(nèi)螺紋管超聲波檢測用探頭，通過縱橫波晶片相結(jié)合，提高內(nèi)螺紋管對接焊縫超聲波聲檢測的準確性。本發(fā)明內(nèi)螺紋管超聲波檢測用探頭，主要由探頭晶片、外殼、楔塊、阻尼塊和電源線接口構(gòu)成。探頭晶片包括橫波晶片和縱波晶片，橫波晶片與橫波電源接口連接，縱波晶片與縱波電源接口連接。阻尼塊和楔塊交界面為梯形結(jié)構(gòu)，橫波晶片為傾斜安裝，安裝位置位于梯形結(jié)構(gòu)的斜面，縱波晶片為水平安裝，安裝位置位于梯形結(jié)構(gòu)的下水平面上。橫波晶片的安裝角度a =SirT1 (CT/Cw*sin β )，其中Ct為楔形材料的縱波波速，Cw為工件材料的橫波波速，β為工件中的橫波折射角。橫波晶片和縱波晶片為多晶體壓電陶瓷一鋯鈦酸鉛晶片。檢驗部件壁厚在4 8mm時，晶片的頻率為5MHz，尺寸為的6X6mm。楔塊為有機玻璃楔塊。阻尼塊的材質(zhì)為聚硫橡膠和鎢粉環(huán)氧樹脂復(fù)合層材料。外殼的材質(zhì)為鋁合金。橫波晶片和縱波晶片的距離為 15±3mm。本發(fā)明內(nèi)螺紋管超聲波檢測用探頭有如下幾個方面特點
I、楔塊材料的選擇
由于超聲波在鋼種的橫波折射角取決于晶片在探頭內(nèi)的安裝角度和透聲楔塊的縱波聲速，需要確定透聲楔塊的材料。本發(fā)明選用機玻璃透聲楔塊，因為有機玻璃在聲波頻率 5MHz以下衰減系數(shù)適宜，對于聲陷阱內(nèi)的多次反射能量有足夠的吸收作用，并且有機玻璃與工件的耦合特性好，易于加工。2.超聲波晶片結(jié)構(gòu)設(shè)計及參數(shù)選擇
橫波晶片和縱波晶片選擇具有良好的機電耦合系數(shù)、壓電發(fā)射系數(shù)和壓電接收系數(shù)的多晶體壓電陶瓷一鋯鈦酸鉛晶片。
根據(jù)snell定理及三角函數(shù)關(guān)系，橫波晶片I在探頭內(nèi)的安裝角度α可由式(I) 確定
a =sin-1 (CT/Cw*sin β )(I)
式中α為橫波晶片在探頭內(nèi)的安裝傾斜角，亦即晶片安裝處有機玻璃的傾斜角度；
Ct為楔形材料的縱波波速，已知；
Cw為工件材料的橫波波速，已知； β為工件中的橫波折射角，根據(jù)內(nèi)螺紋管的壁厚確定；
對于4 8mm厚度的內(nèi)螺紋管，β —般為68° 71°即可滿足檢測要求，相應(yīng)的安裝角度α為50. 8° 52. 2°。為能精確測量管子壁厚，縱波晶片平布置。探頭晶片尺寸及頻率除了對聲束指向性、聲束半擴散角、近場長度有影響外，對檢查范圍和遠距離缺陷檢出能力也有較大影響。經(jīng)綜合分析，為減小近場長度不利影響，并考慮到缺陷定位及定量精度，宜選用較小晶片尺寸探頭；同時選用較小晶片探頭也有利于減小耦合損失，提高耦合效果。由于方形晶片與園形晶片相比，增加了靠近工件部分的發(fā)射強度，可明顯提高靈敏度，故探頭晶片形狀采用方形。綜合考慮上述因素，根據(jù)檢驗部件壁厚在4 8mm,兩晶片均選擇頻率為5MHz的6X6mm方形晶片尺寸探頭。3.兩晶片間距離的確定
為保證兩晶片的振動不會相互干擾，橫波晶片與晶片縱波之間的間距既不能太小，又不能太大，綜合考慮，兩晶片間距確定為15mm±3mm。4.阻尼塊材質(zhì)的選擇
阻尼塊的選擇從兩個方面考慮，一是聲阻抗較大，以便產(chǎn)生較大的阻尼作用；二是要求較強的吸聲作用，盡可能吸收掉晶片向后發(fā)射的聲波。為此選擇吸收能力高的高分子聚硫橡膠和鎢粉環(huán)氧樹脂復(fù)合層作為阻尼與吸收材料。本發(fā)明橫波晶片和縱波晶片構(gòu)成內(nèi)螺紋管超聲波檢測用探頭，兩個晶片結(jié)合使用，傾斜布置的橫波晶片產(chǎn)生橫波，負責(zé)檢查工件的焊縫，水平布置的縱波晶片產(chǎn)生縱波負責(zé)測量內(nèi)螺紋管壁厚的變化，兩晶片間的位置固定，利用縱波測量的內(nèi)螺紋管壁厚的變化， 精確測定內(nèi)壁凸筋的位置，并且在橫波探傷時進行修正，克服內(nèi)螺紋凸筋的影響，實現(xiàn)對內(nèi)螺紋管焊縫的超聲波檢測，提高了檢測的準確性。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，使用本發(fā)明能準確測定內(nèi)螺紋管對接焊縫中的缺陷。


圖I為本發(fā)明內(nèi)螺紋管超聲波檢測用探頭的結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明的應(yīng)用原理示意圖。其中1 一橫波晶片、2—縱波晶片、3—橫波電源接口、4一縱波電源接口、5—楔塊、6—阻尼塊、7—外殼、8——母材一、9——母材二、10—凸筋二、11——焊縫、12—缺陷、 13—探頭、4一橫波聲束、15—縱波聲束、16—凸筋一。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。
本發(fā)明內(nèi)螺紋管超聲波檢測用探頭，如圖I所示，主要由橫波晶片I、縱波晶片2、 橫波電源接口 3、縱橫波電源接口 4、外殼7、楔塊5和阻尼塊6構(gòu)成。橫波晶片和縱波晶片為多晶體壓電陶瓷一鋯鈦酸鉛晶片所述橫波晶片，晶片的頻率為5MHz，尺寸規(guī)格為6X6mm。 橫波晶片與橫波電源接口 3連接，縱波晶片與縱波電源接口 4連接。楔塊5為有機玻璃楔塊。阻尼塊6的材質(zhì)為聚硫橡膠和鎢粉環(huán)氧樹脂復(fù)合層材料。外殼7用鋁合金制成。阻尼塊和楔塊交界面為梯形結(jié)構(gòu)，橫波晶片傾斜安裝，安裝位置位于梯形結(jié)構(gòu)的斜面，縱波晶片為水平安裝，安裝位置位于梯形結(jié)構(gòu)的下水平面上，橫波晶片的安裝角度Ci=SirT1 (Ct/ Cw^sin β)，其中Ct為楔形材料的縱波波速，Cw為工件材料的橫波波速。β為工件中的橫波折射角，CT、CW由材料性質(zhì)決定為已知，β根據(jù)內(nèi)螺紋管的壁厚確定，對于4 8mm厚度的內(nèi)螺紋管，β —般為68° 71°即可滿足檢測要求，相應(yīng)安裝角度α為50. 8° 52.2°， 本實施例選用α為51°。橫波晶片和縱波晶片的距離為15_。本發(fā)明內(nèi)螺紋管超聲波檢測用探頭的工作原理如圖2所示，對內(nèi)螺紋管對接焊縫進行超聲波檢驗時，將探頭13放在被檢驗的內(nèi)螺紋管母材一 8和/或內(nèi)螺紋管母材二 9 上，啟動電源進行檢測。兩個探頭晶片組合使用，前面的橫波晶片I產(chǎn)生的橫波負責(zé)焊縫探傷，當(dāng)焊縫11中存在缺陷12時，從管子外壁不能確定缺陷處內(nèi)螺紋管內(nèi)壁是否有凸筋10 存在，即不能確定缺陷處母材二 9的壁厚，僅用一個橫波晶片不能精確確定缺陷12在焊縫 11中的具體位置。此時，后面的縱波晶片2產(chǎn)生的縱波負責(zé)測量內(nèi)螺紋管壁厚的變化，由于兩晶片之間的位置固定，這樣能夠利用縱波測量的內(nèi)螺紋管壁厚的變化，精確測定內(nèi)壁凸筋二 10的位置，從而準確推斷橫波二次波的反射點是否落在凸筋上，排除了內(nèi)壁凸筋的影響，順利完成內(nèi)螺紋管超聲檢測。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)螺紋管超聲波檢測用探頭，主要由探頭晶片、外殼(7)、楔塊(5)、阻尼塊(6) 和電源線接口構(gòu)成，其特征是所述探頭晶片包括橫波晶片(I)和縱波晶片(2)，橫波晶片與橫波電源接口(3)連接，縱波晶片與縱波電源接口(4)連接；所述阻尼塊和楔塊交界面為梯形結(jié)構(gòu)，所述橫波晶片傾斜安裝，安裝位置位于梯形結(jié)構(gòu)的斜面，所述縱波晶片為水平安裝，安裝位置位于梯形結(jié)構(gòu)的下水平面上，橫波晶片的安裝角度a =SirT1 (CT/Cw*sin β )，其中Ct為楔形材料的縱波波速，Cw為工件材料的橫波波速，β為工件中的橫波折射角。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述內(nèi)螺紋管超聲波檢測用探頭，其特征是所述橫波晶片和縱波晶片為多晶體壓電陶瓷一鋯鈦酸鉛晶片。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述內(nèi)螺紋管超聲波檢測用探頭，其特征是所述橫波晶片和縱波晶片的頻率為5MHz，尺寸規(guī)格為6X6mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述內(nèi)螺紋管超聲波檢測用探頭，其特征是所述阻尼塊(6)的材質(zhì)為聚硫橡膠和鎢粉環(huán)氧樹脂復(fù)合層材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述內(nèi)螺紋管超聲波檢測用探頭，其特征是所述外殼(7)的材質(zhì)為招合金。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述內(nèi)螺紋管超聲波檢測用縱橫波探頭，其特征是所述橫波晶片 (I)和縱波晶片(2)的距離為15±3_。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述內(nèi)螺紋管超聲波檢測用探頭，其特征是所述楔塊(5)為有機玻璃楔塊。
全文摘要
本發(fā)明內(nèi)螺紋管超聲波檢測用探頭，主要由橫波晶片、縱波晶片、外殼、楔塊、阻尼塊和電源線接口構(gòu)成。阻尼塊和楔塊交界面為梯體形結(jié)構(gòu)，橫波晶片傾斜安裝，安裝位置位于梯形結(jié)構(gòu)的斜面，安裝角度α=sin-1(CT/Cw*sinβ)；縱波晶片為水平安裝，安裝位置位于梯形結(jié)構(gòu)的下水平面上。本發(fā)明將兩個晶片結(jié)合使用，橫波負責(zé)對焊縫進行檢查，縱波晶片產(chǎn)生縱波負責(zé)檢查的內(nèi)螺紋管壁厚的變化精確測定內(nèi)壁凸筋的位置，在橫波探傷時進行修正，實現(xiàn)對內(nèi)螺紋管對接焊縫的超聲波檢測。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，使用本發(fā)明能準確測定內(nèi)螺紋管對接焊縫中的缺陷。
文檔編號G01N29/24GK102590354SQ20121005320
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月2日
發(fā)明者代小號, 牛曉光, 趙紀峰, 郝曉軍 申請人:河北省電力研究院