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雙晶組合式超聲波換能器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種雙晶組合式超聲波換能器，涉及超聲波無損檢測設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，包括接口、外殼、側(cè)板、吸聲材料、斜楔、阻尼塊、電纜線和壓電晶片、耐磨層，斜楔的底面與側(cè)板相互垂直，壓電晶片的中心旋轉(zhuǎn)軸平行于斜楔上平面且與斜楔底面呈45°，通過壓電晶片中心旋轉(zhuǎn)軸、與側(cè)板垂直且與斜楔底面呈45°的平面為基準(zhǔn)平面，壓電晶片與基準(zhǔn)平面相交于中心旋轉(zhuǎn)軸且二者夾角為3°~5°，壓電晶片固定設(shè)置在斜楔上表面且與阻尼塊之間，斜楔底面設(shè)有耐磨層。本實用新型可實現(xiàn)不同坡口角度的兩個方向的管端檢測，具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、檢測范圍大、靈敏度高和檢測效率高的特點，尤其適用于鋼管端坡口面及其他具有坡口的工件的缺陷檢測。
【專利說明】雙晶組合式超聲波換能器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及超聲波無損檢測設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國長輸管道事業(yè)的不斷發(fā)展，輸油輸氣管線需求量的大幅增加，傳統(tǒng)的產(chǎn)品類型逐漸被高鋼級、大口徑、厚壁化所取代，帶來了生產(chǎn)方式及檢驗方法的變化，這促進(jìn)和帶動了無損檢測方式、方法及工具的不斷創(chuàng)新、發(fā)展。超聲波無損檢測是在不損壞零件或原材料工作狀態(tài)的前提下，使用超聲波對不能被直觀檢驗到的表面和內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行檢查的一種檢測手段。超聲波檢測的原理是，如果金屬中有氣孔、裂紋、分層等缺陷(缺陷中有氣體)，超聲波傳播到金屬與缺陷的界面處時，就會全部或部分反射，反射回來的超聲波被探頭接收，通過儀器內(nèi)部的電路處理，在儀器的熒光屏上就會顯示出不同高度和有一定間距的波形，可以根據(jù)波形的變化特征判斷缺陷在零件中的深度、位置和形狀。超聲波檢測的優(yōu)點是檢測厚度大、靈敏度高、速度快、成本低、對人體無害，并且能對缺陷進(jìn)行定位和測量。
[0003]在直縫埋弧焊鋼管的檢驗過程中，需對管端坡口面周向100%探傷，坡口面不允許存在裂紋、分層等缺陷。管端坡口面的缺陷影響到環(huán)焊縫的焊接，嚴(yán)重時可能引起管線失效，因此，坡口部位缺陷檢出率的提高是鋼管質(zhì)量的重要保障。在進(jìn)行坡口面裂紋缺陷的探傷時，一般采用2.5P8X12 Kl型號的探頭，Kl探頭對裂紋缺陷敏感，缺點是聲束方向單一，對于與其聲束方向近似于垂直的缺陷檢出率高，而與其平行的缺陷往往容易漏檢，操作時需從順、逆時針兩方向檢測；同時由于坡口有一定角度，探傷時存在盲區(qū)。為了提高坡口面缺陷的檢出率，改變以往檢驗設(shè)備對檢出率，和檢驗效率的桎梏，我們對我們?nèi)粘Ｊ褂玫奶筋^進(jìn)行了研究論證，根據(jù)生產(chǎn)檢驗的實際需求進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、檢測范圍大、盲區(qū)小、靈敏度高的雙晶片換能器。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型所采取的技術(shù)方案是:
[0006]一種雙晶組合式超聲波換能器，包括接口、外殼、側(cè)板、吸聲材料和斜探頭，所述斜探頭包括斜楔、阻尼塊、電纜線、壓電晶片和耐磨層，所述斜楔的底面與側(cè)板相互垂直，設(shè)定壓電晶片的中心旋轉(zhuǎn)軸為壓電晶片的中心線，所述中心線平行于斜楔上平面且與斜楔底面呈45°，設(shè)定通過壓電晶片中心旋轉(zhuǎn)軸、與側(cè)板垂直且與斜楔底面呈45°的平面為基準(zhǔn)平面，所述壓電晶片與基準(zhǔn)平面相交于中心旋轉(zhuǎn)軸，壓電晶片與基準(zhǔn)平面的夾角為3°?5°，所述壓電晶片固定設(shè)置在斜楔上表面且與阻尼塊之間，所述斜楔下端面設(shè)有耐磨層。
[0007]優(yōu)選的，所述斜探頭為兩組，兩組斜探頭之間設(shè)有隔聲層，兩組斜探頭中的阻尼塊和壓電晶片斜向上對稱設(shè)置在隔聲層兩側(cè)。
[0008]優(yōu)選的，所述斜楔下端面設(shè)有耐磨層。
[0009]優(yōu)選的，所述壓電晶片與基準(zhǔn)平面的夾角為3°。[0010]優(yōu)選的，所述壓電晶片與基準(zhǔn)平面的夾角為5°。
[0011]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:通過對探頭結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計，斜楔使壓電晶片與工件表面形成嚴(yán)格的夾角，首先使壓電晶片與水平面(斜楔的底面)呈45°，兩組阻尼塊和壓電晶片斜向上對稱設(shè)置在隔聲層兩側(cè)，兩個壓電晶片再均沿其中心旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)3。?5° (或根據(jù)坡口角度采用不同旋轉(zhuǎn)角度)，斜楔與阻尼塊、壓電晶片的角度一致，每個壓電晶片可向不同方向發(fā)射超聲波聲束，實現(xiàn)對兩個不同方向缺陷的檢測。本實用新型具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、檢測范圍大、盲區(qū)小、靈敏度高和檢測效率高的特點，尤其適用于鋼管管端坡口面缺陷的檢測，以及其他具有坡口的工件的缺陷檢測，具有更高的檢出率，保證了鋼管管端質(zhì)量。其次，實現(xiàn)了兩個方向的同時檢測，簡化了檢測工序，減低勞動強度，提高了生產(chǎn)效率，加強鋼管管端質(zhì)量控制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2是圖1的右視圖；
[0014]圖3是本實用新型的使用狀態(tài)圖；
[0015]圖4是外殼和側(cè)板的組裝圖；
[0016]圖中:1_接口，2-外殼，3-側(cè)板，4-吸聲材料，5-斜楔，6-阻尼塊，7-隔聲層，8-電纜線，9-壓電晶片，10-耐磨層，11-工件。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0018]如圖1、2、4所示的一種雙晶組合式超聲波換能器，包括接口 1、外殼2、側(cè)板3、吸聲材料4和斜探頭，所述斜探頭包括斜楔5、阻尼塊6、電纜線8、壓電晶片9和耐磨層10，所述斜楔5的底面與側(cè)板3相互垂直，設(shè)定壓電晶片9的中心旋轉(zhuǎn)軸為壓電晶片9的中心線，所述中心線平行于斜楔5上平面且與斜楔5底面呈45°，即壓電晶片9的中心旋轉(zhuǎn)軸與水平面的夾角為45°，設(shè)定通過壓電晶片9中心旋轉(zhuǎn)軸、與側(cè)板3垂直且與斜楔5底面呈45°的平面為基準(zhǔn)平面，所述壓電晶片9與基準(zhǔn)平面相交于中心旋轉(zhuǎn)軸，壓電晶片9與基準(zhǔn)平面的夾角為3°?5。，即制作時首先使壓電晶片9與水平面(斜楔5的底面)呈45°，然后再使壓電晶片9沿著中心旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)3°?5°，所述壓電晶片9固定設(shè)置在斜楔5上表面且與阻尼塊6之間；在斜楔下端面設(shè)有耐磨層10，檢測時將耐磨層10在工件11表面磨至與工件表面吻合，可提高檢測精確度。優(yōu)選的，所述斜探頭為兩組，兩組斜探頭之間設(shè)有隔聲層7，兩組斜探頭中的阻尼塊6和壓電晶片9斜向上對稱設(shè)置在隔聲層7兩側(cè)，每個壓電晶片9可向不同方向發(fā)射超聲波聲束，根據(jù)超聲波檢測的特點，實現(xiàn)對不同方向缺陷的檢測靈敏度的提聞。
[0019]由于鋼管管端坡口有一定角度壓電晶片9均沿著其中心旋轉(zhuǎn)軸向側(cè)板3方向旋轉(zhuǎn)角度一定角度，作為一種優(yōu)選結(jié)構(gòu)，可使壓電晶片9與基準(zhǔn)平面的夾角為3°，即使兩壓電晶片9均沿其中心旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)3° ;作為另一種優(yōu)選結(jié)構(gòu)，可使壓電晶片9與基準(zhǔn)平面的夾角為5°，即使兩壓電晶片9均沿其中心旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)5°，還可以根據(jù)坡口的具體角度采用不同的旋轉(zhuǎn)角度，使得聲束覆蓋更集中在管端容易產(chǎn)生缺陷的范圍，減少了檢測盲區(qū)，實際使用方法如圖3。
[0020]該實用新型是將兩個單晶Kl斜探頭合理組合。通過對斜探頭結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計，斜楔5使壓電晶片9與工件11表面形成嚴(yán)格的夾角，首先使壓電晶片9與水平面呈45°(即在K=I的基礎(chǔ)上改進(jìn))，然后兩個壓電晶片9再均沿著中心旋轉(zhuǎn)軸向側(cè)板方向旋轉(zhuǎn)角度3°?5° (或根據(jù)坡口角度采用不同旋轉(zhuǎn)角度)，斜楔5與阻尼塊6、壓電晶片9的角度一致，實現(xiàn)不同坡口角度的兩個方向的管端缺陷的檢測。本實用新型具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、檢測范圍大、盲區(qū)小、靈敏度高和檢測效率高的特點，尤其適用于鋼管管端坡口面缺陷的檢測，以及其他具有坡口的工件11的缺陷檢測，具有更高的檢出率，保證了鋼管管端質(zhì)量。其次，實現(xiàn)了兩個方向的同時檢測，簡化了檢測工序，減低勞動強度，提高了生產(chǎn)效率，加強管端質(zhì)量控制。
[0021]在制作過程中應(yīng)注意以下幾點注意事項:1、壓電晶片的尺寸:13mmX 13mmX2mm,對稱分布；2、斜探頭頻率:2.5MHZ ;3、壓電晶片的斜率K=I ;3、斜探頭主聲束偏離< 2° ;4、壓電晶片以中心旋轉(zhuǎn)軸為基準(zhǔn)向側(cè)板3旋轉(zhuǎn)角度為3°?5°，也可根據(jù)工件坡口的變化具體選擇角度。
【權(quán)利要求】
1.一種雙晶組合式超聲波換能器，包括接口( I)、外殼(2)、側(cè)板(3)、吸聲材料(4)和斜探頭，所述斜探頭包括斜楔(5)、阻尼塊(6)、電纜線(8)、壓電晶片(9)和耐磨層(10)，其特征在于:所述斜楔(5)的底面與側(cè)板(3)相互垂直，設(shè)定壓電晶片(9)的中心旋轉(zhuǎn)軸為壓電晶片(9)的中心線，所述中心線平行于斜楔(5)上平面且與斜楔(5)底面呈45°，設(shè)定通過壓電晶片(9)中心旋轉(zhuǎn)軸、與側(cè)板(3)垂直且與斜楔(5)底面呈45°的平面為基準(zhǔn)平面，所述壓電晶片(9)與基準(zhǔn)平面相交于中心旋轉(zhuǎn)軸，壓電晶片(9)與基準(zhǔn)平面的夾角為3°?5°，所述壓電晶片(9)固定設(shè)置在斜楔(5)上表面且與阻尼塊(6)之間，所述斜楔(5)下端面設(shè)有耐磨層(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙晶組合式超聲波換能器，其特征在于:所述斜探頭為兩組，兩組斜探頭之間設(shè)有隔聲層(7 )，兩組斜探頭中的阻尼塊(6 )和壓電晶片(9 )斜向上對稱設(shè)置在隔聲層(7)兩側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙晶組合式超聲波換能器，其特征在于:所述壓電晶片(9)與基準(zhǔn)平面的夾角為3°。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙晶組合式超聲波換能器，其特征在于:所述壓電晶片(9)與基準(zhǔn)平面的夾角為5°。
【文檔編號】G01N29/24GK203443934SQ201320579431
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】曹華勇, 盧勝勇, 徐佳, 呂育棟, 張興權(quán) 申請人:中國石油集團(tuán)渤海石油裝備制造有限公司, 巨龍鋼管有限公司