一种多晶片多角度超声横波斜探头及其超声波探伤方法技术

本发明专利技术公开了一种多晶片多角度超声横波斜探头及其超声波探伤方法,用于接入超声波设备并发出超声波从而对工件焊缝进行探伤，包括探头楔块，所述探头楔块可通过耦合剂耦合于工件表面；数个压电晶片，所述数个压电晶片设置于所述探头楔块上，其中，每个压电晶片于探头楔块上的倾斜角度均不相同；当压电晶片受激发时，压电晶片产生的超声波声束于工件中的入射角度为0°～90°从而实现对工件焊缝的全面覆盖。通过上述的方案能够实现探头放置在固定位置就可在被检对象或焊缝厚度方向上接近全面覆盖扫查。

A multi-chip multi-angle ultrasonic shear wave oblique probe and its ultrasonic flaw detection method

The invention discloses a multi-chip multi-angle ultrasonic transverse wave oblique probe and its ultrasonic flaw detection method, which are used to connect the ultrasonic equipment and emit ultrasonic wave to detect the weld seam of the workpiece, including a probe wedge, which can be coupled to the workpiece surface through a coupling agent, and a plurality of piezoelectric wafers, which are arranged on the probe wedge, each of which is pressed. When the piezoelectric wafer is excited, the incident angle of the ultrasonic beam generated by the piezoelectric wafer in the workpiece is 0 ~90, so that the weld of the workpiece can be fully covered. Through the above scheme, the probe can be placed in a fixed position, and the scanning can be close to the full coverage in the direction of the inspected object or weld thickness.

【技术实现步骤摘要】
一种多晶片多角度超声横波斜探头及其超声波探伤方法
本专利技术涉及一种超声波探伤领域，更具体地说，它涉及一种多晶片多角度超声横波斜探头及其超声波探伤方法。
技术介绍
在各种工业无损检测技术方法中，超声波是一种非常有效的检测方法，它具有穿透能力强、定位准确和灵敏度高等优点，超声波能够实现对金属，特别是焊缝内部缺陷尺寸和深度位置的精确测量，尤其对焊缝内部裂纹、未熔合、未焊透、夹渣和气孔等缺陷比较敏感，因而这种方式在无损检测领域得到了非常广泛的应用。超声检测的实施要素主要包括专业技术人员、检测设备与器材、检测技术方法和工作空间环境等，在这些要素中检测设备与器材起着决定性的作用，主要包括超声波检测仪、超横波探头、对比试块和机械扫查装置等，特别是超声波探头（超声波换能器），它将电能转换成高频的机械振动，发射超声波进入被检测工件中。因此，超声波探头的结构与性能是超声波检测的基础，对超声波无损检测技术起着至关重要的作用。超声波探头根据不同的用途分为许多种类，有纵波直探头、纵波斜探头、横波斜探头、表面波探头、爬坡探头等等。其中纵波直探头和横波斜探头在工作检测中最为常见。超声波斜探头的机构一般由吸声材料、阻尼块、外壳、接插头、电缆线以及用于产生超声波的压电晶片等原件组成。超声波探头的基本工作原理是超声波仪器电路产生的电脉冲波作用到具有压电效应的压电晶片上，使得压电晶片产生逆压电效，压电晶片发生轴线方向和垂直轴线方向的径向振动。压电晶片径向振动产生杂波被吸声材料吸收，而轴向振动产生的超声波声速才是有用的声束才是有用的声束。压电晶片振动方向即为超声波质点振动方向，质点振动方向与超声波声束传输方向相同，则可推断出压电晶片轴向振动产生的有用声束为纵波声束，斜楔块的超声波声速为有机玻璃的纵波声束。当晶片接收到一个电脉冲完成一次逆压电效应，将被固定在晶片上的阻尼块阻止余震，减少超声波余波。现有的可参考授权公众号为CN201653984U的中国专利技术文件，其公开了一种自动连续变角超声波探头，包括微型马达和可变角探头，微型马达固定在可变角探头上部；微型马达上设有曲柄，可变角探头的可转动晶片处固定有摆杆，曲柄和摆杆间通过连杆连接。上述专利技术用于钢板对接焊缝探伤时，能在微型马达驱动下连续改变探头超声波入射角，使探头在焊缝边一个合适的位置不动，便能完成对该位置所对应焊缝截面的扫查，然后沿该焊缝适合的位置直线移动探头，便可完成对整条焊缝所有截面的扫查。该专利技术通过曲柄和摆杆之间的连杆连接实现压电晶片的连续转动，但是，在实际使用中由于晶片的转动角度时刻在变化，且其中包含较多无效的角度，其探头直线移动时会出现部分位置恰好处在无效角度，产生漏检的现象。另外，常规的单晶片K值固定的超声横波斜探头检测角度单一、检测范围较小，为了能够有效的对缺陷进行探测，检测人员需要手持探头按照规定沿焊边在探头移动区域做匀速的锯齿形运动，这样的锯齿形扫查方式使得探头磨损量相当大，且在检测过程中，由于探头磨损致使角度发生变化，还需要经常校验灵敏度，以防止缺陷漏检，采用常规探头进行探检，探伤质量较差而且探伤效率较低。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种多晶片多角度超声横波斜探头，实现探头放置在固定位置就可在被检对象或焊缝厚度方向上接近全面覆盖扫查。为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种多晶片多角度超声横波斜探头,用于接入超声波设备并发出超声波从而对工件焊缝进行探伤，包括探头楔块，所述探头楔块可耦合于工件表面；数个压电晶片，所述数个压电晶片设置于所述探头楔块上，其中，每个压电晶片于探头楔块上的倾斜角度均不相同；当压电晶片受激发时，压电晶片产生的超声波声束于工件中的横波折射角度为0°～90°从而实现对工件焊缝的全面覆盖。通过采用上述技术方案，通过将多个压电晶片按照各自的方式排列在探头楔块上，并且每一个压电晶片的倾斜角度以及超声波入射角度均不相同，这样，每一个压电晶片同时受激发产生超声波声束对工件或者焊缝进行探伤，能够实现将多晶片多角度超声横波斜探头置于一个相对固定的位置或者移动范围很小的区域内即可实现对工件或者焊缝厚度方向的全面覆盖，不必采用传统的锯齿形扫查方式，操作较为简单、探伤效率以及探伤效果较高。较佳的，所述探头楔块具有一1/4圆弧面，所述数个压电晶片沿该1/4圆弧面依次排列设置。通过采用上述技术方案，将探头楔块设计呈1/4圆弧形楔块，压电晶片可以按照1/4圆弧依次自然排列设置，方便对压电晶片的固定安装。较佳的，所述探头楔块沿所述1/4圆弧面开设有若干对应于每个压电晶片倾斜角度的台阶刻槽，所述压电晶片固定于所述台阶刻槽上。通过采用上述技术方案，在探头楔块上的1/4圆弧面上开设台阶刻槽，方便安装、固定压电晶片。较佳的，所述压电晶片优选设置有七个，所述压电晶片发射的超声波声束于工件中的横波折射角分别为0°、35°、45°、60°、70°、80°和90°对应于探头楔块中压电晶片的倾斜角度分别为0°、29°、36.7°、47.1°、52.6°、56.4°和90°，所述压电晶片倾斜角度为0°时，压电晶片于探头楔块上水平放置，所述压电晶片发射纵波；倾斜角度为90°时，压电晶片于探头楔块上竖直放置，所述压电晶片发射表面波。通过采用上述技术方案，压电晶片优选设置7个，并且按照超声波声束在工件或者焊缝中的横波折射角来设计对应的压电晶片角度，使得工件或者焊缝中的超横波声束能够覆盖工件或者焊缝厚度方向，从而实现对缺陷有效的、全面的探测。较佳的，所述探头楔块通过外壳封装，外壳内其余空间填充有背衬吸声材料。通过采用上述技术方案，通过设置的背衬吸声材料能够吸收压电晶片背面、探头楔块四周发散的超声波噪声，探头楔块通过外壳封装，能够对内部元件起到固定、保护以及电磁屏蔽作用。较佳的，每个压电晶片通过电缆线接入至外壳一端的探头接插头并且通过控制开关控制压电晶片的工作状态。较佳的，所述探头楔块采用有机玻璃制成。通过采用上述技术方案，探头楔块采用有及玻璃制成，能够实现对超声波声束的波形转换，能够将超声波声束以给定的折射角进入工件并且对工件或者焊缝厚度方向进行全面的声波覆盖以达到有效的、接近全面的缺陷探测。针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种超声波探伤方法，实现探头放置在固定位置就可在被检对象或焊缝厚度方向上接近全面覆盖扫查。为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种超声波探伤方法，其利用多晶片多角度超声横波斜探头检测工件或者工件焊缝，包括如下步骤：步骤1：将多晶片多角度超声横波斜探头连接超声波设备；步骤2：将所述多晶片多角度超声横波斜探头放置于工件或者工件焊缝的外表面上并根据实际探测区域静置或者移动所述多晶片多角度超声横波斜探头；步骤3：超声波设备提供所述多晶片多角度超声横波斜探头内的压电晶片的激发信号促使压电晶片发射超声波声束对工件或者工件焊缝进行探伤；步骤4：根据超声波设备接收到的来自工件或者工件焊缝的反射回波分析、判断工件或者工件焊缝内部是否有缺陷、缺陷位置以及缺陷严重程度。通过采用上述技术方案，将多晶片多角度超声横波斜探头放置在一个相对固定的位置或者移动范围较小的区域内可以实现对工件焊缝厚度方向的接近全面覆盖。较佳的，将多晶片多角度超声横波斜探头放置于工本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多晶片多角度超声横波斜探头,用于接入超声波设备并发出超声波从而对工件（9）和工件焊缝（10）进行探伤，其特征是，包括探头楔块（1），所述探头楔块（1）可耦合于工件（9）的表面；数个压电晶片（2），所述数个压电晶片（2）设置于所述探头楔块（1）上，其中，每个压电晶片（2）于探头楔块（1）上的倾斜角度均不相同；当压电晶片（2）受激发时，压电晶片（2）产生的超声波声束于工件（9）中的横波折射角度为0°～90°从而实现对工件焊缝（10）的全面覆盖。

【技术特征摘要】
1.一种多晶片多角度超声横波斜探头,用于接入超声波设备并发出超声波从而对工件（9）和工件焊缝（10）进行探伤，其特征是，包括探头楔块（1），所述探头楔块（1）可耦合于工件（9）的表面；数个压电晶片（2），所述数个压电晶片（2）设置于所述探头楔块（1）上，其中，每个压电晶片（2）于探头楔块（1）上的倾斜角度均不相同；当压电晶片（2）受激发时，压电晶片（2）产生的超声波声束于工件（9）中的横波折射角度为0°～90°从而实现对工件焊缝（10）的全面覆盖。2.根据权利要求1所述的多晶片多角度超声横波斜探头，其特征是，所述探头楔块（1）具有一1/4圆弧面（11），所述数个压电晶片（2）沿该1/4圆弧面（11）依次排列设置。3.根据权利要求2所述的多晶片多角度超声横波斜探头，其特征是，所述探头楔块（1）沿所述1/4圆弧面（11）开设有若干对应于每个压电晶片（2）倾斜角度的台阶刻槽（12），所述压电晶片（2）固定于所述台阶刻槽（12）上。4.根据权利要求1至3任意一项所述的多晶片多角度超声横波斜探头，其特征是，所述压电晶片（2）优选设置有七个，所述压电晶片（2）发射的超声波声束于工件（9）中的横波折射角分别为0°、35°、45°、60°、70°、80°和90°对应于探头楔块（1）中压电晶片（2）的倾斜角度分别为0°、29°、36.7°、47.1°、52.6°、56.4°和90°，所述压电晶片（2）倾斜角度为0°时，压电晶片（2）于探头楔块（1）上水平放置，所述压电晶片（2）发射纵波；倾斜角度为90°时，压电晶片（2）于探头楔块（1）上竖直放置，所述压电晶片（2）发射表面波。5.根据权利要求1所述的多晶片多角度超声横波斜探头，其特征是，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱建伟，廖远国，何翠香，杜小虎，孔祥利，李学聪，卢贵武，邵长金，周广刚，孙晓亮，杨淑艳，
申请(专利权)人：北京环安工程检测有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京,11