一種檢測汽輪機發電機合金軸瓦結合狀態的超聲波探頭的製作方法

2023-09-10 04:36:20

一種檢測汽輪機發電機合金軸瓦結合狀態的超聲波探頭的製作方法
【專利摘要】一種檢測汽輪機發電機合金軸瓦結合狀態的超聲波探頭，包括外殼，設置在外殼內的壓電晶片，設置在壓電晶片正面的透聲鍥，還包括和透聲鍥端面大小和形狀相適配的延遲塊，所述延遲塊一端面通過耦合劑與透聲鍥粘結，側面與外殼螺紋連接；所述壓電晶片的頻率為5～10MHz，直徑為4mm～6mm；本實用新型通過設置延遲塊，使較薄合金厚度層產生出易分辨的多次反射波，解決了較薄合金厚層反射波在盲區這一難題。
【專利說明】
一種檢測汽輪機發電機合金軸瓦結合狀態的超聲波探頭

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種超聲波探頭，具體涉及一種檢測汽輪機發電機合金軸瓦結合狀態的超聲波探頭。

【背景技術】
[0002]汽輪發電機合金軸瓦米用雙金屬形式,依靠離心燒注將巴氏合金粘合在軸瓦襯背的內表面，巴氏合金軸瓦的厚度一般為I?15mm,屬於軟金屬組織。通常情況下,軸瓦巴氏合金層愈薄，其抗疲勞強度愈高，但是合金層愈薄、澆鑄技術難度愈高、與軸承的黏結性愈差，巴氏合金易於從襯背脫離。由於軸瓦在襯背製造、合金澆鑄、軸瓦運行等原因使巴氏合金與襯背結合不良、或逐漸從襯背上脫落，造成燒瓦甚至整個汽輪發電機損壞的事故時有發生。因此及時發現巴氏合金的粘合狀態是確保汽輪發電機安全運行的有效方式。經驗表明超聲波檢驗是發現軸瓦粘合狀態的最佳方法。
[0003]目前存在的超聲波檢測技術存在著以下缺陷:
[0004]傳統超聲波檢測採用普通直探頭和雙晶直探頭，利用合金界面反射波與鋼背襯底面反射波聲壓差別判斷結合質量，但未能解決合金層厚度< Imm的檢測禁區，原因在於合金層比較薄，探頭始波佔寬較大，很難識別近距離缺陷；其次，I?5mm合金層界面均在盲區，普通直探頭的盲區較大，發現近表面缺陷能力差，且較薄的合金層均在近場區內，近場區內存在聲壓極大值和極小值，易引起誤判；雙晶探頭在該區域不能聚焦。所以用普通直探頭或雙晶探頭無法完成I?5mm合金層界面超聲波檢測。
[0005]盲區存在的原因是:
[0006]對於一個圓盤型縱波聲源，聲源在聲束軸線上任意一點的聲壓幅值的數學表達式為:
—π ( - Y
[0007]ρ = Ip0 sin ^ J—+ -S ①
_ V)_
[0008]式中:D—圓盤聲源直徑
[0009]S—軸線上某點至聲源的距離
[0010]λ—波長
[0011]近場區長度N:聲源軸線上最後一個極大值至聲源的距離稱為近場區長度。
- Λ?π
[0012]當sin; J—— + S2 - S = sin(2? +1)? = I時,聲壓 p 有極大值。
A \ 42
_ VJJ
[0013]極大值對應的距離為:
/ I1- Λ
[0014]- J—+S2-S =(2n + l)-；
2 V 4ν
VJ
[0015]=
V 42
「 ^ D2(2n + \y?j ，(In + \)λ 0
[0016]—+S -L^+2.^-;—-S + S；
442
c D2 -(2/7+ O2A2
[0017]..』=.4(2,? + 1)A (推導式丄)
[0018]式中/? = ，1，2，3./? < D λ (推導式2)的正整數，共有n+1個極大值。

2A
[0019](推導式2)是由下列步驟推出的:
[0020]在(推導式I)中必定是S彡O,則(推導式I)的分子應滿足:D2_(2n+l)2 λ 2>0
[0021]-(2n+l)2A2>-D2
[0022](2η+1) λ <D
[0023]2η λ + λ <D ；
[0024]2η λ〈D- λ
I D 2
[0025]故/7 <-
2λ
[0026]其中η = O為最後一個極大值.因此近場區長度N為(將(推導式I)用η = O代入，得):
「 I Ar.D2-A2 D2 ^
[0027]N =-? ——②
4 A 4 A
[0028]從公式2可以看出，對於一般直探頭，即使取最小的直徑D = Φ6ι?πι,頻率f =
2.5MHz，在鋼中聲速 c = 5900mm,
,_ c
[0029]Λ =y
[0030]可以得出該探頭近場區長度最小值N = 6.1mm。
[0031]可見一般直探頭無法解決深度為6.1mm的不連續性缺陷的檢出。


【發明內容】

[0032]為解決上述現有技術中存在的問題，本實用新型的目的在於提供一種檢測汽輪機發電機合金軸瓦結合狀態的超聲波探頭，使較薄合金厚度層產生出易分辨的多次反射波，解決了較薄合金厚層反射波在盲區這一難題。
[0033]為了達到上述目的，本實用新型所採用的技術方案是:
[0034]一種檢測汽輪機發電機合金軸瓦結合狀態的超聲波探頭，包括外殼4，設置在外殼4內的壓電晶片5，設置在壓電晶片5正面的透聲鍥6，還包括和透聲鍥6端面大小和形狀相適配的延遲塊7，所述延遲塊7 —端面通過耦合劑與透聲鍥6粘結，側面與外殼4螺紋連接；所述壓電晶片5的頻率為5?1MHz,直徑為4mm?6mm。
[0035]所述延遲塊7的厚度為3.4mm。
[0036]所述壓電晶片5的頻率為5MHz。
[0037]所述壓電晶片5的直徑為4_。
[0038]所述耦合劑為黃油。
[0039]與現有技術相比，本實用新型具有如下的技術效果:
[0040]I)由於設置了延遲塊，探頭聲場的大部分近場區域設置在延遲塊內。此外，探頭的回波已在被檢物前表面反射回波之前大大衰減，因此，具有優異的近表面不連續性的解析度，可以檢測出最小0.5mm厚的近表面缺陷。
[0041]2)更高的解析度和小缺陷檢測能力，可以分辨和檢驗出Φ Imm的缺陷。
[0042]3)延遲塊通過螺紋與外殼連接，可方便更換。
[0043]4)能解決合金層厚度< 1_的檢測禁區，I?5mm合金層界面的盲區；發現近表面缺陷能力提高80%以上，且避免誤判。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0044]圖1為本實用新型超聲波探頭的結構示意圖。
[0045]圖2為本實用新型超聲波探頭測試示意圖。

【具體實施方式】
[0046]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細說明。
[0047]如圖1所示，本實用新型一種檢測汽輪機發電機合金軸瓦結合狀態的超聲波探頭，包括塑料或金屬材料製作的外殼4，設置在外殼4頂端的與信號發生器連接的接頭1，依次設置在外殼4內的阻尼塊3、壓電晶片5和透聲鍥6，所述接頭I通過電纜線2與壓電晶片5連接，還包括和透聲鍥6端面大小和形狀相適配的延遲塊7，所述延遲塊7 —端面通過耦合劑與透聲鍥6粘結，側面與外殼4螺紋連接；所述壓電晶片5的頻率為5?10MHz，直徑為4mm?6mm。
[0048]作為本實用新型的優選實施方式，所述延遲塊7的厚度為3.4mm。
[0049]作為本實用新型的優選實施方式，所述壓電晶片5的頻率為5MHz。
[0050]作為本實用新型的優選實施方式，所述壓電晶片5的直徑為4_。
[0051]作為本實用新型的優選實施方式，所述耦合劑為黃油。
[0052]當壓電晶片5的頻率為5MHz，直徑為4_時，可以計算得該超聲波探頭的近場區長度是N = 3.4mm，可見該探頭的盲區是3.4mm,那麼在其前端增加一個3.4mm厚度的延遲塊，則可以消除其盲。
[0053]本實用新型的工作原理為:某些單晶體和多晶體陶瓷材料在應力(壓縮力和拉伸力)作用下產生異種電荷向正反兩面集中而在晶體內產生電場，這種效應稱為正壓電效應。相反，當這些單晶體和多晶體陶瓷材料處於交變電場中時，產生壓縮或拉伸的應力和應變，這種效應稱為負壓電效應。具體為:如圖1和圖2所示，通過接頭I和信號發生器連接，信號發生器產生一個連續的脈衝電壓，通過電纜線2作用於壓電晶片5，其負壓電效應產生超聲波，壓電晶片5背面的聲波被阻尼塊3吸收，正面的聲波通過透聲鍥6、延遲塊7和耦合介質後進入軸瓦合金；根據波的折射與反射原理，超聲波信號在軸瓦合金中遇到不連續時超聲波被反射回，通過耦合介質、延遲塊7、透聲鍥6到達壓電晶片5，通過壓電作用產生電壓，電壓信號被同軸導線傳到示波器；示波器通過分析電信號和參考試塊，了解合金軸瓦的結合狀態。
[0054]應根據被檢合金軸瓦層的厚度和曲率，選擇超聲波探頭的頻率、晶片尺寸及對應的聲束會聚中心深度。可在檢測面內徑變化20_範圍內選用一種規格弧度的超聲波探頭，增加超聲波探頭與接觸面的耦合；應採用曲率半徑小的超聲波探頭探測曲面半徑大一檔的試件(一檔為20mm);推薦使用的超聲波探頭見表I。
[0055]表I推薦使用的探頭
[0056]
合金厚度
類型頻率(MHz) 晶片尺寸(mm)
(mm)
I?5單晶5?10φ4?φ6
【權利要求】
1.一種檢測汽輪機發電機合金軸瓦結合狀態的超聲波探頭,包括外殼(4),設置在外殼(4)內的壓電晶片(5)，設置在壓電晶片(5)正面的透聲鍥(6)，其特徵在於:還包括和透聲鍥(6)端面大小和形狀相適配的延遲塊(7)，所述延遲塊(7) —端面通過耦合劑與透聲鍥(6)粘結，側面與外殼(4)螺紋連接；所述壓電晶片(5)的頻率為5?10MHz，直徑為4mm?6mm ο
2.根據權利要求1所述的一種檢測汽輪機發電機合金軸瓦結合狀態的超聲波探頭，其特徵在於:所述延遲塊(7)的厚度為3.4mm。
3.根據權利要求1所述的一種檢測汽輪機發電機合金軸瓦結合狀態的超聲波探頭，其特徵在於:所述壓電晶片(5)的頻率為5MHz。
4.根據權利要求1所述的一種檢測汽輪機發電機合金軸瓦結合狀態的超聲波探頭，其特徵在於:所述壓電晶片(5)的直徑為4_。
5.根據權利要求1所述的一種檢測汽輪機發電機合金軸瓦結合狀態的超聲波探頭，其特徵在於:所述耦合劑為黃油。
【文檔編號】G01N29/24GK203949903SQ201420368866
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月4日 優先權日:2014年7月4日
【發明者】蔡暉, 秦承鵬, 侯召堂, 殷尊, 李東江 申請人:西安熱工研究院有限公司