用于拉杆螺栓普通螺纹齿面裂纹检测的小角度横波探头制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于拉杆螺栓普通螺纹齿面裂纹检测的小角度横波探头，包括探头外壳、背衬、压电晶片、声阻抗匹配层和探头接插件，探头外壳具有一端开口的中空腔体；声阻抗匹配层设置在探头外壳的开口端，背衬设置在探头外壳内，并与声阻抗匹配层贴合，压电晶片镶嵌在声阻抗匹配层与背衬之间；探头接插件设置在探头外壳相对于开口端的一端外侧，用于将探头与超声波探伤仪进行连接，且压电晶片的电极面通过导线连接至探头接插件。本实用新型专利技术利用压电晶片厚度剪切振动模式，产生振动方向在入射面内的SV横波；利用曲面压电晶片聚焦原理，实现了横波探头的在待检部位的聚焦；通过横波在齿面进行波型转换，实现对螺栓齿面裂纹的有效检测。

A small angle transverse wave probe for crack detection of ordinary thread tooth surface of pull rod bolt

【技术实现步骤摘要】
用于拉杆螺栓普通螺纹齿面裂纹检测的小角度横波探头
本技术属于超声检测领域，具体涉及一种用于拉杆螺栓普通螺纹齿面裂纹检测的小角度横波探头。
技术介绍
重型燃气轮机运行过程中的扭矩主要通过轮盘之间压紧面的摩擦力进行传递，拉杆螺栓是重型燃气轮机中将轴头和各级轮盘压紧成为一个整体的关键部件，拉杆螺栓必须有足够大的预紧力才能保证转子安全可靠的运行。同时，拉杆螺栓在运行过程中还需要承受热载荷和离心力的作用。拉杆螺栓的安全与否直接影响重型燃气轮机机组的安全运行。常用的拉杆螺栓超声检测方法多采用纵波直探头、小角度纵波探头和横波斜探头。纵波直探头检测方法对于螺纹齿底的裂纹可以做到有效检测，但是对于未发展超出螺纹齿底的齿面裂纹无法进行检测；小角度纵波探头和横波斜探头一定程度上克服了纵波直探头无法检测齿面裂纹的缺点，但是对于尺寸较小的齿面裂纹往往无法进行有效检测。目前对于螺纹齿面小裂纹还没有一种有效的检测方法。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种用于拉杆螺栓普通螺纹齿面裂纹检测的小角度横波探头，以实现对螺栓齿面小裂纹的有效检测，提前发现拉杆螺栓的薄弱环节，确保拉杆螺栓的安全。本技术采用如下技术方案来实现的：用于拉杆螺栓普通螺纹齿面裂纹检测的小角度横波探头，包括探头外壳、背衬、压电晶片、声阻抗匹配层和探头接插件；其中，探头外壳具有一端开口的中空腔体，用于封装探头内部器件，是探头的骨架；声阻抗匹配层设置在探头外壳的开口端，背衬设置在探头外壳内，并与声阻抗匹配层贴合，压电晶片镶嵌在声阻抗匹配层与背衬之间；声阻抗匹配层使得压电晶片与耦合面形成夹角，保证压电晶片发射的超声波倾斜入射到声阻抗匹配层与被检工件的界面，在工件内形成预定角度的声束；压电晶片与背衬贴合，用于将电能转换为声能，通过压电晶片振动发射超声波，当超声波作用到压电晶片上时，将压电晶片受迫振动产生的形变转换为相应的电信号；背衬用于吸收压电晶片向后发出的超声波，减小超声脉冲宽度，提高纵向分辨力；探头接插件设置在探头外壳相对于开口端的一端外侧，用于将探头与超声波探伤仪进行连接，且压电晶片的电极面通过导线连接至探头接插件，在工作过程中通以高频脉冲电流。本技术进一步的改进在于，探头外壳为铝制外壳。本技术进一步的改进在于，压电晶片为方形晶片，晶片厚度小于晶片长度和宽度。本技术进一步的改进在于，压电晶片的振动模式为厚度剪切振动模式，电极面与极化方向平行。本技术进一步的改进在于，压电晶片的振动方向与极化方向平行，产生的超声波传播方向垂直于振动方向。本技术进一步的改进在于，压电晶片为PZT-5压电晶片，压电晶片为两侧平面为弧面且相互平行，弧面绕Z轴向Y轴正方向外凸。本技术进一步的改进在于，声阻抗匹配层的厚度为四分之一波长。本技术进一步的改进在于，声阻抗匹配层为单层结构，其声阻抗Z与压电晶片声阻抗Zc和待检螺栓声阻抗Zb的关系满足声阻抗匹配层上下表面之间的夹角为1°～3°。本技术进一步的改进在于，背衬的声阻抗与压电晶片的声阻抗相同或相近。本技术进一步的改进在于，背衬采用钨粉和高塑性金属粉混合后加高压处理而成。本技术具有如下有益的技术效果：本技术可产生振动方向在入射面内的超声SV横波，通过在螺纹齿面反射发生波型转换，即利用螺栓螺纹齿面上的横波变型为纵波，利用变换角度后的纵波对相应螺纹齿面裂纹进行检测。因此，本技术具有检测灵敏度高的优点，可有效检测出目前其他技术无法检测出的螺纹齿面小裂纹。附图说明图1为本技术用于拉杆螺栓普通螺纹齿面裂纹检测的小角度横波探头结构示意图；图2为本技术用于拉杆螺栓普通螺纹齿面裂纹检测的小角度横波探头晶片结构示意图；图3为本技术用于拉杆螺栓普通螺纹齿面裂纹检测的小角度横波探头检测过程示意图。附图标记说明：1-探头外壳，2-背衬，3-压电晶片，4-声阻抗匹配层，5-探头接插件，6-导线，7-电极面，8-极化方向。具体实施方式以下结合附图对本技术做出进一步的说明。参照图1和图2，本技术提供的一种用于拉杆螺栓普通螺纹(牙型角为60°)齿面裂纹检测的小角度横波探头，包括探头外壳1、背衬2、压电晶片3、声阻抗匹配层4和探头接插件5。其中，探头外壳1具有一端开口的中空腔体，用于封装探头内部器件，是探头的骨架；声阻抗匹配层4设置在探头外壳1的开口端，背衬2设置在探头外壳1内，并与声阻抗匹配层4贴合，压电晶片3镶嵌在声阻抗匹配层4与背衬2之间；声阻抗匹配层4使得压电晶片3与耦合面形成夹角，保证压电晶片3发射的超声波倾斜入射到声阻抗匹配层4与被检工件的界面，在工件内形成预定角度的声束；压电晶片3与背衬2贴合，用于将电能转换为声能，通过压电晶片3振动发射超声波，当超声波作用到压电晶片3上时，将压电晶片3受迫振动产生的形变转换为相应的电信号；背衬2用于吸收压电晶片3向后发出的超声波，减小超声脉冲宽度，提高纵向分辨力；探头接插件5设置在探头外壳1相对于开口端的一端外侧，用于将探头与超声波探伤仪进行连接，压电晶片3的电极面7通过导线6接到探头接插件5，在工作过程中通以高频脉冲电流。探头外壳1为铝制外壳，用于将背衬2、压电晶片3和声阻抗匹配层4组合起来，探头外壳1上有接插件5。压电晶片3为方形晶片，晶片厚度远小于晶片长度和宽度。压电晶片3的振动模式为厚度剪切振动模式，电极面7与极化方向8平行。压电晶片3的振动方向与极化方向8平行，产生的超声波传播方向垂直于振动方向。压电晶片3为PZT-5，具有较高的机电耦合系数和较小的机械品质因子。压电晶片3两侧平面为弧面且相互平行，弧面绕Z轴向Y轴正方向外凸。声阻抗匹配层4的厚度约为四分之一波长。声阻抗匹配层4为单层结构，其声阻抗Z与压电晶片3的声阻抗Zc和待检螺栓声阻抗Zb的关系应满足声阻抗匹配层4的声衰减系数较小。声阻抗匹配层4选用声速较大的材料，方便加工。声阻抗匹配层4上下表面之间的夹角为1°～3°。背衬2的声阻抗应与压电晶片3的声阻抗相同或相近。背衬2的材料为钨粉和高塑性金属粉混合后加高压处理而成。背衬2的声衰减系数较大，保证获得窄脉冲的超声波，提高纵向分辨力。参见图3，对本技术作进一步的说明：将探头置于螺栓端面并使探头耦合良好，探头发出近似平行(1°～3°)于螺栓轴线的SV横波，SV横波在螺栓螺纹齿面发生反射并产生波型转换现象，反射过程中SV横波几乎全部转换为纵波L，利用纵波L对相应齿面的裂纹进行检测。上述实施例只为说明本技术的技术构思和特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本技术的内容并据以实施，并不能以此限制本技术的保护范围。凡根据本技术精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于拉杆螺栓普通螺纹齿面裂纹检测的小角度横波探头，其特征在于，包括探头外壳(1)、背衬(2)、压电晶片(3)、声阻抗匹配层(4)和探头接插件(5)；其中，/n探头外壳(1)具有一端开口的中空腔体，用于封装探头内部器件，是探头的骨架；/n声阻抗匹配层(4)设置在探头外壳(1)的开口端，背衬(2)设置在探头外壳(1)内，并与声阻抗匹配层(4)贴合，压电晶片(3)镶嵌在声阻抗匹配层(4)与背衬(2)之间；/n声阻抗匹配层(4)使得压电晶片(3)与耦合面形成夹角，保证压电晶片(3)发射的超声波倾斜入射到声阻抗匹配层(4)与被检工件的界面，在工件内形成预定角度的声束；压电晶片(3)与背衬(2)贴合，用于将电能转换为声能，通过压电晶片(3)振动发射超声波，当超声波作用到压电晶片(3)上时，将压电晶片(3)受迫振动产生的形变转换为相应的电信号；背衬(2)用于吸收压电晶片(3)向后发出的超声波，减小超声脉冲宽度，提高纵向分辨力；/n探头接插件(5)设置在探头外壳(1)相对于开口端的一端外侧，用于将探头与超声波探伤仪进行连接，且压电晶片(3)的电极面(7)通过导线(6)连接至探头接插件(5)，在工作过程中通以高频脉冲电流。/n...

【技术特征摘要】
1.用于拉杆螺栓普通螺纹齿面裂纹检测的小角度横波探头，其特征在于，包括探头外壳(1)、背衬(2)、压电晶片(3)、声阻抗匹配层(4)和探头接插件(5)；其中，
探头外壳(1)具有一端开口的中空腔体，用于封装探头内部器件，是探头的骨架；
声阻抗匹配层(4)设置在探头外壳(1)的开口端，背衬(2)设置在探头外壳(1)内，并与声阻抗匹配层(4)贴合，压电晶片(3)镶嵌在声阻抗匹配层(4)与背衬(2)之间；
声阻抗匹配层(4)使得压电晶片(3)与耦合面形成夹角，保证压电晶片(3)发射的超声波倾斜入射到声阻抗匹配层(4)与被检工件的界面，在工件内形成预定角度的声束；压电晶片(3)与背衬(2)贴合，用于将电能转换为声能，通过压电晶片(3)振动发射超声波，当超声波作用到压电晶片(3)上时，将压电晶片(3)受迫振动产生的形变转换为相应的电信号；背衬(2)用于吸收压电晶片(3)向后发出的超声波，减小超声脉冲宽度，提高纵向分辨力；
探头接插件(5)设置在探头外壳(1)相对于开口端的一端外侧，用于将探头与超声波探伤仪进行连接，且压电晶片(3)的电极面(7)通过导线(6)连接至探头接插件(5)，在工作过程中通以高频脉冲电流。


2.根据权利要求1所述的用于拉杆螺栓普通螺纹齿面裂纹检测的小角度横波探头，其特征在于，探头外壳(1)为铝制外壳。


3.根据权利要求1所述的用于拉杆螺栓普通螺纹齿面裂纹检测的小角度横波探头，其特征在于，压电晶片(3)为方形晶片，晶片厚度小于晶片长度和宽度...

【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：华能国际电力股份有限公司，西安热工研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11