動(dòng)車組空心車軸超聲波探傷探頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種探頭。更具體地說，本實(shí)用新型涉及一種動(dòng)車組空心車軸超聲波探傷探頭。
【背景技術(shù)】
[0002]動(dòng)車組空心車軸探傷是動(dòng)車組運(yùn)用檢修體系的重要組成部分。探傷用探頭是探傷設(shè)備的核心部件，其質(zhì)量與性能直接關(guān)系到車軸探傷的準(zhǔn)確性。探頭的設(shè)計(jì)不僅需要考慮到被檢測(cè)對(duì)象可能發(fā)生的缺陷類型、取向、大小，同時(shí)也需要考慮被檢測(cè)對(duì)象的表面特征。動(dòng)車組空心車軸探傷除了要求探頭具備較好的性能外，同時(shí)也需要適合通過車軸中孔進(jìn)行探傷的要求。另外，和諧系列動(dòng)車組多種車型不同的車軸內(nèi)孔直徑也給設(shè)計(jì)和開發(fā)帶來一定的難度。
[0003]隨著我國高速鐵路動(dòng)車組大量上線運(yùn)營，相應(yīng)的動(dòng)車組空心車軸探傷設(shè)備也隨之配套運(yùn)行。目前空心車軸探傷設(shè)備上使用的超聲波探傷探頭全部都是進(jìn)口的，價(jià)格高昂、供貨周期長，無法大量配置，而且其主要技術(shù)掌握在外國供應(yīng)商手中，一旦出現(xiàn)缺貨、停產(chǎn)、技術(shù)限制或其他因素引起的無探頭可用的情況，將導(dǎo)致探傷作業(yè)全面停產(chǎn)的局面，屆時(shí)將無法保障動(dòng)車組安全、正常、持續(xù)地運(yùn)行。因此需要立即著手國產(chǎn)化動(dòng)車組空心車軸超聲波探傷專用探頭的研究、設(shè)計(jì)、開發(fā)、生產(chǎn)、測(cè)試和應(yīng)用。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的是提供一種價(jià)格低廉、性能穩(wěn)定、供貨周期短、檢測(cè)結(jié)果可靠的國產(chǎn)化動(dòng)車組空心車軸超聲波探傷專用探頭，并提供至少后面將說明的優(yōu)點(diǎn)。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)本實(shí)用新型的這些目的和其它優(yōu)點(diǎn)，提供了一種動(dòng)車組空心車軸超聲波探傷探頭，其包括:
[0006]探頭外殼和楔塊，所述楔塊與所述探頭外殼的限定一個(gè)密封的內(nèi)部空間，其中，所述楔塊設(shè)置為圓弧形，以便將探頭伸入到車軸內(nèi)孔進(jìn)行檢測(cè)，并且圓弧形的楔塊能夠與車軸緊密貼合，提高探傷能力；
[0007]以及壓電晶片，其設(shè)置在所述內(nèi)部空間內(nèi)，且所述壓電晶片采用壓電復(fù)合材料制成，由于具有與普通陶瓷晶片不同的振動(dòng)模式，本晶片具有高靈敏度、高機(jī)電耦合系數(shù)、窄脈沖寬度等特點(diǎn)。
[0008]優(yōu)選的是，所述動(dòng)車組空心車軸超聲波探傷探頭還包括聲阻抗匹配層，所述聲阻抗匹配層位于所述壓電晶片和所述楔塊之間，且所述聲阻抗層的厚度為超聲波1/4波長的奇數(shù)倍，且所述聲阻抗層的阻抗為所述壓電晶片和所述楔塊阻抗的幾何平均值，以消除所述楔塊聲阻抗與所述壓電晶片之間的聲阻抗差距，減小超聲波的反射，并保證超聲波傳播過程的低損耗。
[0009]優(yōu)選的是，所述壓電晶片采用1-3型壓電復(fù)合材料，并由切割-填充法制備，其中同一條件下普通陶瓷晶片探頭回波電壓和頻帶寬度分別為4.91Vss和1.55?2.62MHz，而復(fù)合探頭為18.25Vss和1.12?2.9MHz，所述1_3型壓電復(fù)合材料大大提高了系統(tǒng)的靈敏度。
[0010]優(yōu)選的是，所述楔塊采用有機(jī)玻璃制成，其聲阻抗為3.2MRayl，以更好的與壓電晶片進(jìn)行聲匹配，使得更多的聲波傳入楔塊，從而提高靈敏度，并且具有耐磨，耐高溫的特點(diǎn)。
[0011]優(yōu)選的是，所述楔塊為R15圓弧面，所述動(dòng)車組空心車軸超聲波探傷探頭包含三個(gè)探頭，所述壓電晶片折射角分別為正軸向、負(fù)軸向45°、以及0°，其中正軸向、負(fù)軸向45°橫波探頭用于檢測(cè)外表面的橫向缺陷，并且方向垂直于車軸的中心線，0°雙晶縱波直探頭用于檢測(cè)車軸內(nèi)部的體積型缺陷。
[0012]優(yōu)選的是，所述楔塊為R29.5圓弧面探頭，所述動(dòng)車組空心車軸超聲波探傷探頭包含七個(gè)探頭，其中三個(gè)探頭所述壓電晶片折射角度分別為正軸向、負(fù)軸向45°，0°，其中正軸向、負(fù)軸向45°橫波探頭用于檢測(cè)外表面的橫向缺陷，并且方向垂直于車軸的中心線，0°雙晶縱波直探頭用于檢測(cè)車軸內(nèi)部的體積型缺陷，另外四個(gè)探頭中所述壓電晶片折射角度為正軸向、負(fù)軸向70°和正徑向、負(fù)徑向70°，用于檢測(cè)過渡圓弧處、近表面橫向性缺陷、車軸外表面縱向缺陷。
[0013]優(yōu)選的是，還包括探桿，在探桿上設(shè)置有彈簧組件，彈簧組件的一端固定在探桿上，另一端連接探頭外殼，以將所述探頭緊密貼合到車軸，增強(qiáng)所述探頭的探傷能力。
[0014]優(yōu)選的是，所述楔塊和車軸內(nèi)孔之間采用S32或S68號(hào)抗磨液壓油作為耦合劑，可以使探頭與車軸內(nèi)孔表面的耦合聲能損失降到最低水平，提升系統(tǒng)整體的靈敏度。
[0015]優(yōu)選的是，所述動(dòng)車組空心車軸超聲波探傷探頭的檢測(cè)深度為縱向斜探頭400_，橫向斜探頭200mm、直探頭150mm，以使所述探頭更加契合被測(cè)車軸
[0016]本實(shí)用新型至少包括以下有益效果:首先針對(duì)檢測(cè)靈敏度高、檢測(cè)范圍廣的需求，本實(shí)用新型包括有壓電晶片和聲阻抗匹配層，其中換能器晶片用于發(fā)射和接收超聲波，并將之轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電脈沖信號(hào)。由于具有與普通陶瓷晶片不同的振動(dòng)模式，本晶片具有高靈敏度、高機(jī)電耦合系數(shù)、窄脈沖寬度等特點(diǎn)，同一條件下普通陶瓷晶片探頭回波電壓和頻帶寬度分別為4.91Vss和1.55?2.62MHz，而復(fù)合探頭為18.25Vss和1.12?2.9MHz。在此基礎(chǔ)上，為壓電晶片和楔塊之間設(shè)計(jì)了具有特定厚度和聲阻抗的聲匹配層，使聲能傳播更加尚效，進(jìn)一步提尚了系統(tǒng)的靈敏度。
[0017]其次，傳統(tǒng)實(shí)心車軸超聲波探傷檢測(cè)在車軸端面實(shí)施，檢測(cè)范圍覆蓋面積小，整體靈敏度非常低，可檢測(cè)缺陷的類型少。而動(dòng)車組車軸內(nèi)孔是中空的，可以將探頭伸入到車軸內(nèi)孔進(jìn)行檢測(cè)，利用此特點(diǎn)，對(duì)探頭的外形、尺寸、聲束方向進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)計(jì)了具有不同圓弧面的有機(jī)玻璃楔塊、并對(duì)探頭晶片的安放位置作了調(diào)整。用于CRH3型動(dòng)車組空心車軸檢測(cè)的探頭是采用R15圓弧面的有機(jī)玻璃楔塊的，一套3個(gè)，分別是正軸向、負(fù)軸向45°橫波探頭、0°雙晶縱波直探頭，其中兩個(gè)軸向橫波探頭用于檢測(cè)外表面的橫向缺陷，其方向垂直于車軸的中心線，0°雙晶縱波直探頭用于檢測(cè)車軸內(nèi)部的體積型缺陷；而用于CRH1、CRH2、CRH5型動(dòng)車組空心車軸超聲波探傷的探頭的圓弧面半徑是R29.5，一套七個(gè)，除了擁有R15圓弧面探頭的功能外，還有兩組四個(gè)探頭用于檢測(cè)過渡圓弧處、近表面橫向性缺陷、車軸外表面縱向缺陷。
[0018]與車軸內(nèi)孔孔徑相對(duì)應(yīng)的楔塊圓弧面設(shè)計(jì)可以使探頭與車軸內(nèi)孔表面緊密貼合，再輔以S32或S68號(hào)抗磨液壓油作為耦合劑，可以使探頭與車軸內(nèi)孔表面的耦合聲能損失降到最低水平，提升系統(tǒng)整體的靈敏度，實(shí)踐運(yùn)用過程中可以有效的檢測(cè)到Imm表面線性缺陷和Φ 2mm平底孔缺陷，其聲程范圍為8mm-120mm，并能發(fā)現(xiàn)0.5mm表面線性缺陷。
[0019]最后，晶片不同的安放位置可以使探頭具有不同方向的聲束，以達(dá)到檢測(cè)缺陷類型多樣化的目的。另外O度探頭采用雙晶片、面聚焦設(shè)計(jì)，近場盲區(qū)縮小到7_以內(nèi)，可以有效檢測(cè)到近表面的體積、面積型缺陷。
[0020]本實(shí)用新型的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對(duì)本實(shí)用新型的研究和實(shí)踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。
【附圖說明】
[0021]圖1為本實(shí)用新型的正視圖；
[0022]圖2為普通陶瓷晶片和壓電晶片3的回?fù)苄盘?hào)和頻譜比較；
[0023]圖3為本實(shí)用新型雙晶縱波直探頭的正視圖；
[0024]圖4為本實(shí)用新型雙晶縱波直探頭的俯視圖；
[0025]圖5為R15圓弧面楔塊的設(shè)計(jì)示意圖；
[0026]圖6為R29.5圓弧面楔塊的設(shè)計(jì)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實(shí)施。
[0028]實(shí)施例1
[0029]如圖1所示，本實(shí)用新型提供一種動(dòng)車組空心車軸超聲波探傷探頭，包括:
[0030]探頭外殼1，所述探頭外殼I在上部敞開；
[0031 ] 楔塊2，所述楔塊2位于所述探頭外殼I的上部，并與所述探頭外殼I保持密封，形成一個(gè)密封的內(nèi)部空間，其中，所述楔塊2設(shè)置為圓弧形，以便將探頭伸入到車軸內(nèi)孔進(jìn)行檢測(cè)，并且圓弧形的楔塊2能夠與車軸緊密貼合，提高探傷能力；
[0032]壓電晶片3，所述壓電晶片3設(shè)置于所述內(nèi)