一種用於超聲波檢測的組合輪式探頭的製作方法

2023-05-10 09:36:46

本發明屬於無損檢測技術領域，具體涉及一種用於超聲波檢測的組合輪式探頭。

背景技術：

在役鋼軌處於鋪設狀態，超聲波探傷在行走檢測過程中從鋼軌踏面進行。由於缺陷類型、位置、取向等有很大區別，需要多個通道的超聲波換能器進行多方向的掃查。常規的做法是用70度通道探測軌頭核傷、用45 度（37 度到45 度間的其他角度）通道探測螺孔斜裂紋缺陷和其他部位的斜裂紋，用0 度通道探測水平裂紋和某些材質缺陷。由於裂紋相對於鋼軌有一定的方向性，為防止漏檢，鋼軌超聲波檢測系統需要配置0 度通道、前向和後向45 度通道、前向和後向70 度通道，以分別檢測不同方向的缺陷。

目前大多採用鋼軌探傷車對在役鋼軌進行周期性的檢測，來滿足在役鋼軌快速檢測的需求，鋼軌探傷車主要採用兩種超聲傳感器方式：輪式探頭和滑靴式探頭。

滑靴式探頭適合應用於無縫線路，其超聲換能器陣列可實現最短距離接近鋼軌的布置，換能器陣列與鋼軌踏面之間控制一定厚度耦合水層。檢測時，超聲波換能器發射的超聲波通過耦合水層進入到鋼軌內部，經過鋼軌內部傷損的反射，再次透過耦合水層，被超聲換能器接收，從而實現對鋼軌內部傷損的檢測。因滑靴式探頭可最近距離的接觸鋼軌，最大程度縮短鋼軌外部的聲程，因而可實現較高速度的超聲檢測。

輪式探頭（又稱輪式換能器、探輪等）主要由超聲波換能器架、超聲波換能器組、線纜軸、光軸、轉動及密封組件、法蘭盤、柔性外膜及安裝附件等組成。輪式探頭可在換能器架上安裝一個或者多個超聲換能器，探頭內部充滿耦合介質，外部安裝柔性外膜結構。檢測時，柔性外膜結構在鋼軌踏面上滾動，超聲換能器組安裝在輪軸上保持靜止。超聲波換能器發射的超聲波經過輪內的耦合介質、外膜，然後進入到鋼軌內部，當超聲波檢測到鋼軌內部傷損時，聲波在被鋼軌內部傷損反射後，反射回波又經探輪外膜、輪內耦合液，再次被超聲換能器接收。輪式探頭在被檢測介質表面持續滾動，從而實現了對被檢測介質的不間斷檢測。

上述兩種形式探頭目前在鋼軌探傷領域普遍運用，但兩種形式探頭因其結構的原因均存在應用的限制。

滑靴式探頭適用於無縫的鋼軌線路，其換能器面與鋼軌踏面為面與面接觸的摩擦結構，對鋼軌踏面要求較高，在檢測有縫鋼軌線路時，採用滑靴式探頭會出現探頭與鋼軌縫隙碰撞等問題。

輪式探頭對鋼軌踏面的要求相對滑靴式探頭低，但因其內部超聲波換能器架和超聲波換能器組的結構原因，超聲波換能器距離鋼軌踏面較遠，鋼軌外部聲程相對滑靴式探頭較長，不適用於高速檢測。

輪式探頭與鋼軌踏面接觸面小，輪式探頭內部換能器的超聲波僅能通過探輪與鋼軌踏面接觸形成的較小區域進入被檢測物。

此外,隨著相控陣超聲檢測技術的發展,利用相控陣檢測鋼軌也在逐步的探索中。當輪式探頭內部採用相控陣超聲波換能器對鋼軌進行扇掃時，因現有輪式探頭與鋼軌接觸面過小，超聲入射方向僅能與輪式探頭的探輪軸線平行，相控陣扇掃入射面無法與輪式探頭的探輪軸線成一定的夾角。

現有的輪式探頭因為其本身結構的問題還存在超聲換能器組更換不便，輪式探頭不易密封，會出現探輪內部液體滲漏，進而出現充液不足影響輪式探頭的使用。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是提供一種用於超聲波檢測的組合輪式探頭，使得超聲波換能器與鋼軌踏面距離縮短，減少鋼軌外部聲程，易於維修維護。

為解決上述技術問題，本發明採取如下技術方案：一種用於超聲波檢測的組合輪式探頭，包括透聲帶、轉輪、探頭裝置、支座、蓄能緩衝連接裝置和張緊輪；

所述的轉輪安裝於支座的兩端，支座與外部檢測設備連接；

所述的透聲帶為閉口橢圓環狀結構，透聲帶套設於支座兩端的轉輪上，與轉輪緊密配合；所述的張緊輪通過支座設置於透聲帶上方；所述的透聲帶由轉輪和張緊輪配合，驅動其前進；

所述的探頭裝置通過蓄能緩衝連接裝置與所述的支座連接，在蓄能緩衝連接裝置的作用下與透聲帶的內側面緊密貼合；探頭裝置的底部設置有耦合液容腔，使探頭裝置內的探頭和透聲帶之間形成一個耦合液層。

進一步地，所述的蓄能緩衝連接裝置為彈簧或者彈片。

進一步地，所述的探頭裝置通過底部凹槽的設置使得探頭裝置內的探頭與透聲帶之間形成一個空腔，該空腔即為耦合液容腔；所述的探頭裝置上還設置有與耦合液容腔連通的入液口。

進一步地，所述的探頭裝置上還設置有彈簧和滾珠，滾珠通過彈簧安裝於探頭裝置底部。

進一步地，所述透明帶的橫截面為上下對稱設置的U型結構，透明帶的U型結構形成耦合液蓄積槽。

進一步地，所述的探頭裝置的數目可根據需求進行增減配置。

進一步地，所述的探頭裝置可採用相控陣探頭。

本發明的有益效果：本發明的組合輪式探頭結構簡單，滿足了超聲換能器與鋼軌踏面的近距離接觸，縮短鋼軌外部的聲程，可實現較高速度的超聲檢測，並且能夠滿足採用相控陣扇形掃查時，其扇形掃查入射面與輪式探頭轉軸成一定角度的布置需求；能夠根據需求進行增減探頭裝置的配置，便於維修維護。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖。

圖2為本發明的A向剖視圖。

圖3為探頭裝置的結構示意圖。

圖4為帶有滾珠的探頭裝置的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的技術方案做詳細說明。

如圖1、圖2所示，為本發明的一種用於超聲波檢測的組合輪式探頭，包括透聲帶1、轉輪2、探頭裝置3、支座4、蓄能緩衝連接裝置5和張緊輪6；轉輪2安裝於支座4的兩端，支座4與外部檢測設備連接；透聲帶1為閉口橢圓環狀結構，透聲帶1套設於支座4兩端的轉輪2上，與轉輪2緊密配合；張緊輪6通過支座4設置於透聲帶1上方；透聲帶1由轉輪2和張緊輪3配合，驅動其前進；探頭裝置3通過蓄能緩衝連接裝置5與支座4連接，在蓄能緩衝連接裝置5的作用下與透聲帶1的內側面緊密貼合；探頭裝置3的底部設置有耦合液容腔7，使探頭裝置3內的探頭和透聲帶1之間形成一個耦合液層。

本發明的蓄能緩衝連接裝置5為彈簧或者彈片或者其他組合式結構，蓄能緩衝連接裝置5可以使探頭裝置3緊密的貼合在透聲帶1的內側，而且使探頭裝置3和鋼軌踏面之間存在一定的預施加壓力。

本發明的探頭裝置3通過底部凹槽的設置使得探頭裝置內的探頭與透聲帶之間形成一個空腔，該空腔即為耦合液容腔；探頭裝置3上還設置有與耦合液容腔連通的入液口31。耦合液容腔7內充滿耦合液，並通過入液口31補充耦合液，使得耦合液容腔內一直充滿耦合液，保證探頭與透聲帶耦合良好。

本發明的探頭裝置3上還設置有彈簧32和滾珠33，滾珠33通過彈簧32安裝於探頭裝置底部；滾珠33使得探頭裝置的底面與透聲帶1間形成一定的間隙，同時在探頭裝置底面與透聲帶1內側的耦合液，使得透聲帶1與探頭間的摩擦更小，合適的耦合液厚度使得透聲性能更好。

本發明的透聲帶1的橫截面為上下對稱設置的U型結構，透明帶1的U型結構形成耦合液蓄積槽，探頭裝置3底部溢出的耦合液蓄積在透聲帶1的耦合液蓄積槽內，使探頭裝置下部處於液浸狀態。

本發明的探頭裝置3的數目可根據需求進行增減配置。

本發明的組合輪式探頭在工作過程中，與鋼軌踏面之間存在一定的預施加壓力，同時在工作過程中通過噴液的方式為之間添加耦合劑，使透聲帶1與鋼軌踏面的良好耦合。

本發明的組合輪式探頭中探頭的數目可根據需求進行增減配置，並且當採用的探頭為相控陣探頭時，其掃查入射角度不受限制，即可滿足相控陣扇掃入射方向與軌道平行，也可滿足相控陣扇掃入射方向與軌道垂直。

上面所述的實施例僅僅是本發明的優選實施方式進行描述，並非對本發明的構思和範圍進行限定，在不脫離本發明設計構思的前提下，本領域中普通工程技術人員對本發明的技術方案作出的各種變型和改進均應落入本發明的保護範圍，本發明的請求保護的技術內容，已經全部記載在技術要求書中。