[實用新型]用于在役高溫鎳基合金螺栓內部近表面缺陷檢測的超聲表面波探頭

有效

• 申請號: 201720272050.4
• 申請日: 2017-03-20
• 公開（公告）號: CN206892039U
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發明（設計）人: 張瑞;田旭海
• 申請（專利權）人: 天津市思維奇檢測技術有限公司
• 主分類號: G01N29/24
• 分類號: G01N29/24;G01N29/04
• 代理公司: 天津創智天誠知識產權代理事務所(普通合伙)12214
• 代理人: 陳昌娟

技術領域

本實用新型屬于無損檢測領域，特別涉及一種用于在役高溫鎳基合金螺栓內部近表面缺陷檢測的超聲表面波探頭。

背景技術

目前，公知的帶有中心孔的在役高溫鎳基合金螺栓內部近表面的缺陷檢測還沒有有效的方法。

發明內容

為了實現帶中心孔的在役高溫鎳基合金螺栓在不拆卸的情況下直接進行螺栓內部近表面缺陷的檢測，本實用新型提供一種在役高溫鎳基合金螺栓內部近表面缺陷檢測的超聲表面波探頭。

為此，本實用新型采用的技術方案如下：

一種用于在役高溫鎳基合金螺栓內部近表面缺陷檢測的超聲表面波探頭，包括由上至下依次連接且直徑相同的圓柱形阻尼塊、壓電晶片和圓柱形楔塊，導線從所述阻尼塊的中心穿過并連接至所述壓電晶片，所述圓柱形楔塊內部形成有與該圓柱形楔塊等高且底部直徑與該圓柱形楔塊直徑相同的圓錐形空腔，圓錐形空腔母線與圓柱形楔塊側壁形成一個夾角，所述圓錐形空腔的底部由一封口墊密封；所述的圓錐形空腔母線與圓柱形楔塊側壁的夾角使得在圓柱形楔塊和螺栓界面處產生表面波。

阻尼塊的作用是抑制壓電晶片背部產生的聲波；壓電晶片的作用是利用材料的壓電效應產生超聲縱波；圓錐形空腔的作用是實現聲波的偏轉，超聲波縱波從壓電晶片中發出，經過圓柱形楔塊與圓錐形空腔的界面進行反射、產生反射縱波，反射縱波以第二臨界角入射到圓柱形楔塊和螺栓工件界面時，螺栓工件內部既不產生橫波也不產生縱波，而是在圓柱形楔塊和螺栓工件界面處產生表面波。

由于表面波只能在物體表面下幾個波長的范圍內傳播，當其沿表面傳播的過程中遇到表面缺陷時，一部分在缺陷開口處以表面波的形式被反射；一部分以表面波的形式沿缺陷表面繼續向前傳播，遇到缺陷尖端一部分被反射，一部分繼續沿缺陷表面向前傳播；一部分在表面轉折處或者缺陷頂端轉變為變形縱波和變形橫波，在物體內部傳播。

利用上述表面波特性來檢測螺栓表面和內部近表面缺陷。

優選地，楔塊材質選擇有機玻璃，圓錐形空腔母線與圓柱形楔塊側壁的夾角為16.16°。

本實用新型的有益效果是：可以實現在不拆卸螺栓、不對螺栓產生腐蝕的情況下，對在役的帶中心孔的高溫鎳基合金螺栓內部近表面缺陷進行超聲表面波檢測。

附圖說明

圖1是本實用新型的超聲表面波探頭的立體結構示意圖；

圖2是本實用新型的超聲表面波探頭的縱向剖面結構示意圖；

圖3是本實用新型的聲波傳播原理圖。

其中:1.阻尼塊、2.壓電晶片、3.楔塊、4.封口墊、5.錐形空腔、6.超聲波縱波、7.反射縱波、8.折射橫波、9.導線

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型的超聲爬波探頭的具體結構進行詳細說明。

如圖1、2所示，一種用于在役高溫鎳基合金螺栓內部近表面缺陷檢測的超聲表面波探頭，包括由上至下依次連接且直徑相同的圓柱形阻尼塊1、壓電晶片2和圓柱形楔塊3，導線9從所述阻尼塊的中心穿過并連接至所述壓電晶片，所述圓柱形楔塊內部形成有與該圓柱形楔塊等高且底部直徑與該圓柱形楔塊直徑相同的圓錐形空腔5，所述圓錐形空腔的底部由一封口墊4密封；所述的圓錐形空腔母線與圓柱形楔塊側壁的夾角使得在圓柱形楔塊和螺栓界面處產生表面波。

阻尼塊1的作用是抑制壓電晶片背部產生的聲波；壓電晶片2的作用是利用材料的壓電效應產生超聲縱波；錐形空腔5的作用是實現聲波的偏轉，超聲波縱波從壓電晶片中發出，經過圓柱形楔塊與圓錐形空腔的界面進行反射、產生反射縱波，反射縱波以第二臨界角(折射橫波角度為90度時的入射角)入射到圓柱形楔塊和螺栓工件界面時，螺栓工件內部既不產生橫波也不產生縱波，而是在圓柱形楔塊和螺栓工件界面處產生表面波。

如圖3所示，圓柱形楔塊材質以有機玻璃為例，圓錐形空腔母線與圓柱形楔塊側壁的夾角σ＝16.16°，超聲波縱波6從壓電晶片2中發出，經過圓柱形楔塊3與圓錐形空腔5的界面進行反射、產生反射縱波7，反射角β＝入射角α＝73.84°，反射縱波相對于水平方向夾角γ＝57.69°，反射縱波以第二臨界角入射到圓柱形楔塊和螺栓工件界面時，在該界面處產生表面橫波8。

楔塊材質為有機玻璃，在圓柱形楔塊和螺栓工件界面產生表面波時，圓錐形空腔母線與圓柱形楔塊側壁夾角的推算過程如下：

當縱波以第二臨界角附近的角度入射到界面時，在第二介質內內既不產生橫波也不產生縱波，而是在第一介質和第二介質的界面處產生表面波。

由反射折射定律可以得到：