一种具有聚焦特性的相控阵线阵探头楔块制造技术

本发明专利技术一种具有聚焦特性的相控阵线阵探头楔块，包括自上而下依次设置的第一子楔块和第二子楔块，第一子楔块的声速及声阻抗分别为c1和Z1，第二子楔块的声速及声阻抗分别为c2和Z2，第一子楔块的声速c1大于第二子楔块的声速c2，第一子楔块的声阻抗Z1小于第二子楔块的声阻抗Z2；第一子楔块与第二子楔块的界面为圆弧面，圆弧面中心轴线水平位置位于楔块水平中心。本发明专利技术的楔块通过对第一子楔块和第二子楔块声阻抗的匹配，提高了线阵探头晶片/第一子楔块界面、第一子楔块/第二子楔块界面和第二子楔块/被检工件界面的超声波透射率，比传统的相控阵楔块具有更好的透声效果；楔块与被检工件表面的接触面为平面，最大限度保证了检测过程中的耦合效果。

【技术实现步骤摘要】
一种具有聚焦特性的相控阵线阵探头楔块
本专利技术属于相控阵超声无损检测领域，具体涉及一种具有聚焦特性的相控阵线阵探头楔块。
技术介绍
相控阵探头楔块主要用于与相控阵探头配合，以实现保护探头、声束延时或声束偏转等功能。对镍基合金、奥氏体不锈钢等声衰减较大的材料进行检测时，需要获得更小焦点尺寸的声束，从而提高检测的灵敏度和分辨力，实现对小缺陷的有效检测。目前，在现场检测工作中最为广泛使用的相控阵探头的晶片排布形式为一维线型，简称线阵。但是，线阵探头只在平行于晶片排布方向(简称纵向)进行声束聚焦，而垂直于晶片排布方向(简称横向)为非聚焦形式。为获得更小的声束焦点尺寸，需对垂直于晶片排布方向的声束进行聚焦。变更相控阵探头的晶片排布形式(如将线阵改为二维矩阵)可缩小焦点尺寸，但是二维矩阵探头制造工艺复杂，价格昂贵，且对配套的相控阵仪器要求高。配备具有几何聚焦功能的楔块可缩小焦点尺寸，但楔块的耦合面有一定曲率，影响检测过程中与被检工件的耦合效果。因此，设计一种可以配套现有相控阵线阵探头，且不影响耦合效果的横向聚焦楔块，对提高线阵探头检测灵敏度和分辨力都具有实际意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有聚焦特性的相控阵线阵探头楔块，获得更小焦点尺寸的超声波声束，提高相控阵线阵探头聚焦性能、检测灵敏度和分辨力，实现对镍基合金、奥氏体不锈钢等声衰减较大的材料的有效检测。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案来实现：一种具有聚焦特性的相控阵线阵探头楔块，包括自上而下依次设置的第一子楔块和第二子楔块，第一子楔块的声速及声阻抗分别为c1和Z1，第二子楔块的声速及声阻抗分别为c2和Z2，第一子楔块的声速c1大于第二子楔块的声速c2，第一子楔块的声阻抗Z1小于第二子楔块的声阻抗Z2；第一子楔块与第二子楔块的界面为圆弧面，圆弧面中心轴线水平位置位于楔块水平中心。本专利技术进一步的改进在于，第一子楔块与线阵探头晶片相接触，第二子楔块与被检工件相接触。本专利技术进一步的改进在于，第一子楔块的声阻抗Z1与线阵探头晶片的声阻抗Z0和被检工件的声阻抗Z3的关系满足Z13＝Z02Z3，第二子楔块的声阻抗Z2与线阵探头晶片的声阻抗Z0和被检工件的声阻抗Z3的关系满足Z23＝Z0Z32。本专利技术进一步的改进在于，第一子楔块与第二子楔块的界面弧顶与楔块上表面的距离小于0.1mm。本专利技术进一步的改进在于，第一子楔块与第二子楔块的界面曲率半径R与线阵探头晶片长度l满足2l/R＜0.2。本专利技术进一步的改进在于，楔块宽度为线阵探头晶片长度的2倍以上，楔块长度为线阵探头长度的1.5倍以上。本专利技术进一步的改进在于，楔块与被检工件接触的下表面为平面，与线阵探头晶片接触的上表面为斜面或水平面。本专利技术进一步的改进在于，楔块的上表面开设有与线阵探头连接的螺丝孔，且螺丝孔的规格与线阵探头相匹配。与现有技术相比，本专利技术具有如下的优点：本专利技术的楔块通过对第一子楔块和第二子楔块声阻抗的匹配，提高了线阵探头晶片/第一子楔块界面、第一子楔块/第二子楔块界面和第二子楔块/被检工件界面的超声波透射率，比传统的相控阵楔块具有更好的透声效果；楔块与被检工件表面的接触面为平面，最大限度保证了检测过程中的耦合效果；实现了超声波声束横向聚焦，提高了超声检测的横向分辨力；透声效果的提高和超声波声束的横向聚焦使进入被检工件内部的超声波声束能量更加集中，提高了检测灵敏度。附图说明图1为本专利技术一种具有聚焦特性的相控阵线阵探头楔块的结构示意图。图2为本专利技术一种具有聚焦特性的相控阵线阵探头楔块的俯视图。图3为本专利技术一种具有聚焦特性的相控阵线阵探头楔块的工作图。具体实施方式下面结合附图，对专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是专利技术的部分实施例，而不是全部的实施例。基于专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。参照图1和图2：本专利技术一种具有聚焦特性的相控阵线阵探头楔块，由声速及声阻抗分别为c1和Z1的第一子楔块1和声速及声阻抗分别为c2和Z2的第二子楔块2两种材料组成，第一子楔块1的声速c1大于第二子楔块2的声速c2，第一子楔块1的声阻抗Z1小于第二子楔块2的声阻抗Z2。第一子楔块1与第二子楔块2的界面为圆弧面，圆弧面中心轴线水平位置位于楔块水平中心。第一子楔块1与线阵探头晶片相接触，第二子楔块2与被检工件相接触。第一子楔块1的声阻抗Z1与线阵探头晶片的声阻抗Z0和被检工件的声阻抗Z3的关系满足第二子楔块2的声阻抗Z2与线阵探头晶片的声阻抗Z0和被检工件的声阻抗Z3的关系满足第一子楔块1与第二子楔块2的界面弧顶与楔块上表面距离小于0.1mm。第一子楔块1与第二子楔块2的界面曲率半径R与线阵探头晶片长度l满足2l/R＜0.2。楔块宽度为线阵探头晶片长度的2倍以上，楔块长度为线阵探头长度的1.5倍以上。第一子楔块1和第二子楔块2内部声阻抗均匀、无影响超声波传播的缺陷。楔块与被检工件接触的下表面为平面，与线阵探头晶片接触的上表面为斜面或水平面。楔块上表面有与线阵探头连接的螺丝孔，螺丝孔规格与线阵探头相匹配。参照图3，对本专利技术作进一步的说明：线阵探头9通过螺丝孔8与楔块连接，线阵探头晶片6与楔块的上表面4耦合形成探头晶片/楔块界面10，线阵探头晶片6发射的超声波11通过探头晶片/楔块界面10传入第一子楔块1中，超声波11通过第一子楔块1/第二子楔块2界面5时，由于第一子楔块1中的超声波声速c1大于第二子楔块2中的超声波声速c2，超声波11发生向中心轴线方向的折射。进入第二子楔块2的超声波11通过第二子楔块2/被检工件7的界面12进入被检工件7中，由于第二子楔块2中的超声波声速c2小于被检工件7中的超声波声速c3，超声波11发生向中心轴线方向的折射。进入被检工件7的超声波11最终聚焦于被检工件7中的位置13，实现了超声波声束的聚焦。通过改变第一子楔块1/第二子楔块2界面5的曲率半径R，可将超声波11聚焦于被检工件7的不同深度位置13处，实现对被检工件7不同深度处缺陷的检测。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有聚焦特性的相控阵线阵探头楔块，其特征在于，包括自上而下依次设置的第一子楔块(1)和第二子楔块(2)，第一子楔块(1)的声速及声阻抗分别为c1和Z1，第二子楔块(2)的声速及声阻抗分别为c2和Z2，第一子楔块(1)的声速c1大于第二子楔块(2)的声速c2，第一子楔块(1)的声阻抗Z1小于第二子楔块(2)的声阻抗Z2；第一子楔块(1)与第二子楔块(2)的界面(5)为圆弧面，圆弧面中心轴线水平位置位于楔块水平中心。

【技术特征摘要】
1.一种具有聚焦特性的相控阵线阵探头楔块，其特征在于，包括自上而下依次设置的第一子楔块(1)和第二子楔块(2)，第一子楔块(1)的声速及声阻抗分别为c1和Z1，第二子楔块(2)的声速及声阻抗分别为c2和Z2，第一子楔块(1)的声速c1大于第二子楔块(2)的声速c2，第一子楔块(1)的声阻抗Z1小于第二子楔块(2)的声阻抗Z2；第一子楔块(1)与第二子楔块(2)的界面(5)为圆弧面，圆弧面中心轴线水平位置位于楔块水平中心。2.根据权利要求1所述的一种具有聚焦特性的相控阵线阵探头楔块，其特征在于，第一子楔块(1)与线阵探头晶片(6)相接触，第二子楔块(2)与被检工件(7)相接触。3.根据权利要求2所述的一种具有聚焦特性的相控阵线阵探头楔块，其特征在于，第一子楔块(1)的声阻抗Z1与线阵探头晶片(6)的声阻抗Z0和被检工件(7)的声阻抗Z3的关系满足第二子楔块(2)的声阻抗Z2与线阵探头晶片(6)的声阻抗Z0和被检工件(7)的声阻抗Z3的关系...

【专利技术属性】
技术研发人员：张炯，肖俊峰，高松，李永君，高斯峰，唐文书，南晴，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61