专利名称：一种内螺纹管超声波检测用探头的制作方法
技术领域：
本发明属于设备探伤检测设备技术领域，涉及一种内螺纹管超声波检测用探头， 具体涉及一种纵波晶片和横波晶片相结合的探头。
背景技术：
通过增强对汽水混合物的扰动，可以提高换热设备的传热系数和热效率。换热或冷却设备使用内螺纹管是提高传热系数的有效措施之一，现代高参数大容量火电机组锅炉水冷壁的高温区大都采用内螺纹管。内螺纹管内壁有凹凸的内螺纹，对内螺纹管对接焊缝进行超声波检测时，声束是否在螺纹上反射，反射波的声程不同，其影响与管子壁厚不均匀带来的影响相似，当使用一次反射波探伤时，会给缺陷的定位带来影响，水平距离影响可达
2.5mm左右，尤其是对焊缝上部缺陷的检验带来影响。如何克服内螺纹凸筋的影响，实现对内螺纹管焊缝的超声波检测是一个技术难题。

发明内容
为解决上述技术难题，本发明提供一种内螺纹管超声波检测用探头，通过纵横波晶片相结合，提高内螺纹管对接焊缝超声波声检测的准确性。本发明内螺纹管超声波检测用探头，主要由探头晶片、外壳、楔块、阻尼块和电源线接口构成。探头晶片包括横波晶片和纵波晶片，横波晶片与横波电源接口连接，纵波晶片与纵波电源接口连接。阻尼块和楔块交界面为梯形结构，横波晶片为倾斜安装，安装位置位于梯形结构的斜面，纵波晶片为水平安装，安装位置位于梯形结构的下水平面上。横波晶片的安装角度a =SirT1 (CT/Cw*sin β )，其中Ct为楔形材料的纵波波速，Cw为工件材料的横波波速，β为工件中的横波折射角。横波晶片和纵波晶片为多晶体压电陶瓷一锆钛酸铅晶片。检验部件壁厚在4 8mm时，晶片的频率为5MHz，尺寸为的6X6mm。楔块为有机玻璃楔块。阻尼块的材质为聚硫橡胶和钨粉环氧树脂复合层材料。外壳的材质为铝合金。横波晶片和纵波晶片的距离为 15±3mm。本发明内螺纹管超声波检测用探头有如下几个方面特点
I、楔块材料的选择
由于超声波在钢种的横波折射角取决于晶片在探头内的安装角度和透声楔块的纵波声速，需要确定透声楔块的材料。本发明选用机玻璃透声楔块，因为有机玻璃在声波频率 5MHz以下衰减系数适宜，对于声陷阱内的多次反射能量有足够的吸收作用，并且有机玻璃与工件的耦合特性好，易于加工。2.超声波晶片结构设计及参数选择
横波晶片和纵波晶片选择具有良好的机电耦合系数、压电发射系数和压电接收系数的多晶体压电陶瓷一锆钛酸铅晶片。
根据snell定理及三角函数关系，横波晶片I在探头内的安装角度α可由式(I) 确定
a =sin-1 (CT/Cw*sin β )(I)
式中α为横波晶片在探头内的安装倾斜角，亦即晶片安装处有机玻璃的倾斜角度；
Ct为楔形材料的纵波波速，已知；
Cw为工件材料的横波波速，已知； β为工件中的横波折射角，根据内螺纹管的壁厚确定；
对于4 8mm厚度的内螺纹管，β —般为68° 71°即可满足检测要求，相应的安装角度α为50. 8° 52. 2°。为能精确测量管子壁厚，纵波晶片平布置。探头晶片尺寸及频率除了对声束指向性、声束半扩散角、近场长度有影响外，对检查范围和远距离缺陷检出能力也有较大影响。经综合分析，为减小近场长度不利影响，并考虑到缺陷定位及定量精度，宜选用较小晶片尺寸探头；同时选用较小晶片探头也有利于减小耦合损失，提高耦合效果。由于方形晶片与园形晶片相比，增加了靠近工件部分的发射强度，可明显提高灵敏度，故探头晶片形状采用方形。综合考虑上述因素，根据检验部件壁厚在4 8mm,两晶片均选择频率为5MHz的6X6mm方形晶片尺寸探头。3.两晶片间距离的确定
为保证两晶片的振动不会相互干扰，横波晶片与晶片纵波之间的间距既不能太小，又不能太大，综合考虑，两晶片间距确定为15mm±3mm。4.阻尼块材质的选择
阻尼块的选择从两个方面考虑，一是声阻抗较大，以便产生较大的阻尼作用；二是要求较强的吸声作用，尽可能吸收掉晶片向后发射的声波。为此选择吸收能力高的高分子聚硫橡胶和钨粉环氧树脂复合层作为阻尼与吸收材料。本发明横波晶片和纵波晶片构成内螺纹管超声波检测用探头，两个晶片结合使用，倾斜布置的横波晶片产生横波，负责检查工件的焊缝，水平布置的纵波晶片产生纵波负责测量内螺纹管壁厚的变化，两晶片间的位置固定，利用纵波测量的内螺纹管壁厚的变化， 精确测定内壁凸筋的位置，并且在横波探伤时进行修正，克服内螺纹凸筋的影响，实现对内螺纹管焊缝的超声波检测，提高了检测的准确性。本发明结构简单，使用方便，使用本发明能准确测定内螺纹管对接焊缝中的缺陷。


图I为本发明内螺纹管超声波检测用探头的结构示意图2为本发明的应用原理示意图。其中1 一横波晶片、2—纵波晶片、3—横波电源接口、4一纵波电源接口、5—楔块、6—阻尼块、7—外壳、8——母材一、9——母材二、10—凸筋二、11——焊缝、12—缺陷、 13—探头、4一横波声束、15—纵波声束、16—凸筋一。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步的说明。
本发明内螺纹管超声波检测用探头，如图I所示，主要由横波晶片I、纵波晶片2、 横波电源接口 3、纵横波电源接口 4、外壳7、楔块5和阻尼块6构成。横波晶片和纵波晶片为多晶体压电陶瓷一锆钛酸铅晶片所述横波晶片，晶片的频率为5MHz，尺寸规格为6X6mm。 横波晶片与横波电源接口 3连接，纵波晶片与纵波电源接口 4连接。楔块5为有机玻璃楔块。阻尼块6的材质为聚硫橡胶和钨粉环氧树脂复合层材料。外壳7用铝合金制成。阻尼块和楔块交界面为梯形结构，横波晶片倾斜安装，安装位置位于梯形结构的斜面，纵波晶片为水平安装，安装位置位于梯形结构的下水平面上，横波晶片的安装角度Ci=SirT1 (Ct/ Cw^sin β)，其中Ct为楔形材料的纵波波速，Cw为工件材料的横波波速。β为工件中的横波折射角，CT、CW由材料性质决定为已知，β根据内螺纹管的壁厚确定，对于4 8mm厚度的内螺纹管，β —般为68° 71°即可满足检测要求，相应安装角度α为50. 8° 52.2°， 本实施例选用α为51°。横波晶片和纵波晶片的距离为15_。本发明内螺纹管超声波检测用探头的工作原理如图2所示，对内螺纹管对接焊缝进行超声波检验时，将探头13放在被检验的内螺纹管母材一 8和/或内螺纹管母材二 9 上，启动电源进行检测。两个探头晶片组合使用，前面的横波晶片I产生的横波负责焊缝探伤，当焊缝11中存在缺陷12时，从管子外壁不能确定缺陷处内螺纹管内壁是否有凸筋10 存在，即不能确定缺陷处母材二 9的壁厚，仅用一个横波晶片不能精确确定缺陷12在焊缝 11中的具体位置。此时，后面的纵波晶片2产生的纵波负责测量内螺纹管壁厚的变化，由于两晶片之间的位置固定，这样能够利用纵波测量的内螺纹管壁厚的变化，精确测定内壁凸筋二 10的位置，从而准确推断横波二次波的反射点是否落在凸筋上，排除了内壁凸筋的影响，顺利完成内螺纹管超声检测。
权利要求
1.一种内螺纹管超声波检测用探头，主要由探头晶片、外壳(7)、楔块(5)、阻尼块(6) 和电源线接口构成，其特征是所述探头晶片包括横波晶片(I)和纵波晶片(2)，横波晶片与横波电源接口(3)连接，纵波晶片与纵波电源接口(4)连接；所述阻尼块和楔块交界面为梯形结构，所述横波晶片倾斜安装，安装位置位于梯形结构的斜面，所述纵波晶片为水平安装，安装位置位于梯形结构的下水平面上，横波晶片的安装角度a =SirT1 (CT/Cw*sin β )，其中Ct为楔形材料的纵波波速，Cw为工件材料的横波波速，β为工件中的横波折射角。
2.根据权利要求I所述内螺纹管超声波检测用探头，其特征是所述横波晶片和纵波晶片为多晶体压电陶瓷一锆钛酸铅晶片。
3.根据权利要求I或2所述内螺纹管超声波检测用探头，其特征是所述横波晶片和纵波晶片的频率为5MHz，尺寸规格为6X6mm。
4.根据权利要求I所述内螺纹管超声波检测用探头，其特征是所述阻尼块(6)的材质为聚硫橡胶和钨粉环氧树脂复合层材料。
5.根据权利要求I所述内螺纹管超声波检测用探头，其特征是所述外壳(7)的材质为招合金。
6.根据权利要求I所述内螺纹管超声波检测用纵横波探头，其特征是所述横波晶片 (I)和纵波晶片(2)的距离为15±3_。
7.根据权利要求I所述内螺纹管超声波检测用探头，其特征是所述楔块(5)为有机玻璃楔块。
全文摘要
本发明内螺纹管超声波检测用探头，主要由横波晶片、纵波晶片、外壳、楔块、阻尼块和电源线接口构成。阻尼块和楔块交界面为梯体形结构，横波晶片倾斜安装，安装位置位于梯形结构的斜面，安装角度α=sin-1(CT/Cw*sinβ)；纵波晶片为水平安装，安装位置位于梯形结构的下水平面上。本发明将两个晶片结合使用，横波负责对焊缝进行检查，纵波晶片产生纵波负责检查的内螺纹管壁厚的变化精确测定内壁凸筋的位置，在横波探伤时进行修正，实现对内螺纹管对接焊缝的超声波检测。本发明结构简单，使用方便，使用本发明能准确测定内螺纹管对接焊缝中的缺陷。
文档编号G01N29/24GK102590354SQ20121005320
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月2日 优先权日2012年3月2日
发明者代小号, 牛晓光, 赵纪峰, 郝晓军 申请人:河北省电力研究院