超聲波無損檢測聚焦探頭裝置的製作方法

2024-01-27 17:49:15

專利名稱：超聲波無損檢測聚焦探頭裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種無損檢測被檢樣品缺陷的超聲波聚焦探頭裝置。更具體地 說，本發明涉及一種配合超聲波聚焦探頭檢測的裝置，特別是能夠對碳纖維復 合材料進行接觸法檢測的聚焦探頭，同時也適用於對平板類型材料進行接觸法 檢測的直探頭。
背景技術：
超聲波檢測作為五大常規檢測技術之一。已廣泛運用於對鑄件、板材、棒 材、管材、焊縫等材料的超聲波檢測。超聲波探頭是組成超聲檢測系統的重要 組件，是產生和接收超聲波的電聲換能器。其性能直接影響到發射的超聲波的 特性，影響到超聲波的檢測能力。在超聲波探傷中由於被探測工件的形狀和材 質、探傷的目的、探傷的條件不同，因而產生各種不同形式的探頭。探頭一般 都是由壓電晶片、阻尼塊、電纜線、接頭、保護膜和外殼組成。有的探頭通常 還有一使晶片與入射面成一定角度的斜楔。探頭的基本原理都是利用壓電晶片 的壓電效應。超聲波探頭利用壓電晶片的逆壓電效應和正壓電效應發射和接收 超聲波。聚焦探頭比直探頭的靈敏度和解析度要好，但聚焦探頭一般不用於接 觸法檢測，
聚焦探頭在使用過程中需要配合特定的裝置進行檢測，在無損檢測這個行 業中，目前特定裝置一般是在以下方面有所運用在大型的C掃描檢測系統中， 探頭是配合噴水系統對樣品進行檢測的，噴水系統包括軟導管、水泵及水箱等。 探頭與被檢測樣品存在一定的距離，探頭產生的超聲波是不能直接進入被檢測樣品中的，而是通過噴水裝置中的水作為傳播介質進入被檢樣品。以達到對樣 品進行檢測的目的。其次就是在水浸探傷中的運用。在水浸探傷中，需要一個 很大的水槽及供水系統，被檢樣品放置在水槽中以利用水作為耦合劑，聚焦探 頭配合複雜的裝置進行檢測，因此不管是水浸手動檢測還是自動化檢測都要使 用水槽系統，每次水浸手動檢測還得調節水距以達到最佳的檢測效果。由於這 些設備都是大型的， 一般都固定放置在廠房中，跟本不可能把設備搬到樣品現 場檢測。對於一些不宜採用噴水法及水浸法進行檢測，直探頭的檢測靈敏度和 解析度又達不到檢測要求。這對又需要進行現場檢測的樣品，帶來了極大的困 難。水浸法和噴水法都有不可移動的大型配套設備，其對環境條件的苛刻性， 不僅限制了檢測的方便性，靈活性，而且操作上也很複雜，在檢測過程中還要 耗費大量的時間去調節探頭的焦距。
另外就是在複合材料的接觸法檢測過程中，由於複合材料的複雜性，超聲 波聲速衰減非常大。檢測一些比較薄複合材料，採用普通的直探頭，很難把始 波與缺陷波、底波區分開來。由於大型的C掃描設備和水浸設備不可能搬到現 場，而檢測一些厚的複合材料，靈敏度又達不到檢測標準要求，這就會容易造 成對缺陷波的誤判甚至漏檢。國內外在對複合材料進行現場檢測一般都是使用 比一般的探頭都要貴很多的特種專用探頭。這種特種專用探頭一旦有磨損，整 個探頭的性能就會下降，使用壽命減少。性能被下降的探頭，很容易導致對檢 測樣品的錯檢、誤判和漏檢。這樣就必須更換探頭。用這種非常消耗探頭的專 用檢測探頭成本會很高。

發明內容
為了克服現有的無損檢測超聲波直探頭在檢測薄材料時不能有效區分開始 波與缺陷波、底波的不足，為將聚焦探頭用於接觸法檢測，本發明提供一種攜帶方便，操作簡單的超聲波無損檢測探頭裝置，該超聲波檢測探頭裝置配合一般 聚焦探頭和直探頭使用，能方便有效地拉開始波與缺陷波、底波在探傷儀螢光 顯示屏上的距離，提高解析度，又可以避免探頭在檢測過程中與被檢樣品的摩 擦和磨損。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是 一種超聲波無損檢測聚焦探 頭裝置，包括固定超聲波聚焦探頭的筒體，其特徵在於，超聲波聚焦探頭密封 連接在內筒的大端頭上，內筒的筒體容器內填充有傳播超聲波的液體介質，並 由其下端的透聲薄膜密封在內筒容器內，裝有探頭的內筒通過螺紋與外筒連接 為一體。
本發明相比於現有技術具有如下有益效果。
a.節約了使用成本。採用內筒裝填水作為超聲波傳播的介質，使聚焦探頭 發射的超聲波在水中聚焦，入射至透聲薄膜，並在透聲薄膜中產生透射，使超 聲波的能量損失儘可能少就能入射進被檢樣品。通過更換內筒可以調節聚焦探 頭在樣品中的聚焦位置，以達到對這一位置的最高檢測靈敏度。裝填有傳播超 聲波的液體介質的內筒完全替代了大型水槽所起的作用，並且具有水槽所不具 有的功能。很好地解決了聲束在被檢樣品中的聚焦。
b.攜帶方便，操作簡單。在使用聚焦探頭時節省調節聚焦探頭焦距的時間 或者跟本不用調節焦距，通過更換內筒就可以達到最佳的檢測效果。在檢測對 超聲波聲速衰減非常大的碳纖維複合材料時，比直探頭檢測的效果好很多。運 用於複合材料檢測證明，在檢測被檢樣品時與水浸法檢測的效果相同，且省掉 了水槽及供水裝置，可以到現場檢測，方便且操作簡單；在檢測零件時不用每
次都調節焦距，只要探頭裝好，焦距就調好了。相對於水浸法，省掉了以往在 檢測過程中調節焦距耗費大量的時間。相對一般直探頭的接觸法檢測，提高了解析度及檢測靈敏度。
C.可以避免探頭在檢測過程中與被檢樣品摩擦和探頭的磨損，提高了探頭的 利用使用壽命，成本降低。通過外筒固定內筒及探頭，使探頭始終與被檢樣品 的接觸面垂直。聲速垂直入射進被檢樣品，保護了透聲薄膜。它可以通過一個 很小的裝置就能使聚焦探頭用於接觸法檢測。在進行接觸法檢測時能保護探頭， 防止探頭磨損，進而提高了探頭的使用壽命，節約了使用成本。
d.檢測薄板材料時，能方便地在探傷儀螢光顯示屏上拉開始波與缺陷波、 底波的顯示距離，並可使檢測樣品的區域在聲束軸線上處於超聲波3倍近場區 域外，達到最佳的檢測效果。在同等條件下，檢測樣品缺陷的能力比普通直探 頭要好很多，能有效防止誤判和漏檢。裝置中的水距使始波在探傷儀屏幕中的 顯示與缺陷波及底波拉開距離，提高了波形顯示的解析度，方便了在檢測缺陷 的過程中發現及判斷缺陷波的操作性。
e. 重量輕、耐磨損、價廉，聲能的反射損失小。使用的金屬或非金屬強度 高耐磨損、價錢便宜。選用透聲能力非常好的薄膜材料，使聲能的反射損失非 常少。避免了超聲波能量入射被檢樣品中能量損失，使探頭髮射的超聲波的能 量儘可能少就能進入被檢樣品內。透聲能力非常好的透聲薄膜作用，使探頭髮 射的超聲波能量損失儘可能少的情況下進入被檢樣品內。
f. 操作方便、靈活，可以隨地、隨時進入現場操作。配合一般儀器使用， 攜帶起來也非常方便。通過調節內筒的長短達到調節焦距的目的，從而調節聲 束在被檢樣品中焦點位置。這對於需要重點加強對被檢樣品某一位置的檢測具 有極好的實用性和方便性。


圖l是本發明的剖視圖。
圖2是本發明內筒2的左視圖。
圖中l.外筒，2.內筒，3.緊固件，4.橡膠圈，5探頭，6.透聲薄膜。
具體實施例方式
為了進一步說明而不是限制本發明的上述實現方式，下面結合附圖給出最 佳實施例，從而使本發明的細節和優點變得更為明顯。
參閱圖1、圖2，本裝置由外筒、內筒、透聲薄膜、橡膠圈及緊固件組成。 外筒1、內筒2及緊固件3組合通過螺紋連接。探頭5通過套裝的密封橡膠圈4 裝在內筒2制有內螺紋大端的孔內，由緊固件3螺接固定，使內筒與探頭緊固 地連接在一起。封橡膠圈4防止漏水。使探頭與內筒形成密封連接。裝滿水或 其他透明液體的內筒2容器底部封套有一透聲薄膜6。內筒2的小端頸部制有 螺接外筒1的螺紋，其筒體表面的圓周的母線方向上制有分布安放密封橡膠圈 4的環槽。在內筒2的中部還制有主要是排除空氣3個透氣孔。裝上探頭5的 內筒2通過螺紋與外筒1連接。由有機高分子材料構成的透聲薄膜6與被檢測 樣品之間產生非常薄的一層距離，當檢測樣品時，可在被檢樣品上刷一層偶合 劑，如水、全損耗系統用油、變壓汽油、化學漿糊等，具體採用哪種偶合劑， 根據被檢材料的性質確定。偶合劑的作用是排除透聲薄膜與被檢樣品之間的空 氣，保護透聲薄膜。裝填有水作超聲波傳播介質的內筒，使聚焦探頭髮射的超 聲波能在水中入射至透聲薄膜，並在透聲薄膜中產生透射進入被檢樣品內。內 筒的長短還能調節水距，調節聲束在樣品中焦點位置。以達到對這一位置最佳 的檢測效果。
權利要求
1.一種超聲波無損檢測聚焦探頭裝置，包括固定超聲波聚焦探頭的筒體，其特徵在於，超聲波聚焦探頭(5)密封連接在內筒(2)的大端頭上，內筒(2)的筒體容器內填充有傳播超聲波的液體介質，並由其下端的透聲薄膜(6)密封在內筒(2)容器內，裝有探頭(5)的內筒(2)通過螺紋與外筒(1)連接為一體。
2. 如權利要求書1所述的超聲波無損檢測聚焦探頭裝置，其特徵在於，探 頭(5)通過套裝的密封橡膠圈(4)裝在內筒(2)制有內螺紋大端的孔內，由 緊固件(3)螺接固定，使內筒與探頭緊固地連接在一起。
3. 如權利要求書1所述的超聲波無損檢測聚焦探頭裝置，其特徵在於，內 筒(2)的圓周母線方向上制有分布安放密封橡膠圈(4)的環槽。
全文摘要
本發明公開的檢測被檢樣品缺陷的一種超聲波無損檢測聚焦探頭裝置，包括固定超聲波聚焦探頭的筒體，超聲波聚焦探頭密封連接在內筒的大端頭上，內筒的底端封裝有透聲薄膜，內筒的筒體容器內裝填有傳播超聲波的液體介質，裝有探頭的內筒通過螺紋與外筒長度可調地連接為一體。本發明在相同增益的情況下，檢測樣品缺陷的能力比普通直探頭好很多。裝置中的水距使始波與界面波、缺陷波、底波在探傷儀屏幕中的顯示距離拉開，並可使檢測樣品的區域在聲束軸線上處於超聲波三倍近場區域外，提高了波形顯示的解析度及檢測靈敏度，方便了在檢測缺陷的過程中發現及判斷缺陷波的操作性。省掉了水槽及供水裝置，可以到現場檢測。
文檔編號G01N29/24GK101339164SQ20081004585
公開日2009年1月7日 申請日期2008年8月22日 優先權日2008年8月22日
發明者呂曉華 申請人:成都飛機工業(集團)有限責任公司