[发明专利]超声波探头

说明书

技术领域

本发明涉及超声波探伤技术，尤其是一种用于吊具中吊环螺钉根部的疲劳裂纹的超声波探头。

背景技术

机车顶盖是电力机车的一个重要部件，在布管和布线工序中，需要对顶盖进行180°翻转，而翻转时需要使用天车、柔性四肢吊带和吊环螺钉，。吊环螺钉的结构如图1所示，先将吊环螺钉的螺纹杆11拧入设在机车顶盖上的吊装螺纹孔从而与机车顶盖连接，再将柔性四肢吊带的U型卸扣的螺杆穿入吊环螺钉的吊环12中，然后将顶盖吊起实现翻转。

顶盖水平放置在工作台位时，如图2所示，吊环螺钉13与水平面之间的角度接近45°，顶盖14被吊起时，吊带15的拉力与吊环螺钉的螺纹杆的方向接近垂直，螺纹部位受最大的剪切力。

在使用天车翻转时，使用两个天车及四根吊带进行作业，每个天车吊顶盖同一侧的两根吊带，其中的一个钩头上升，另一个钩头下降，在顶盖翻转到90°时，其中的两根吊带受力，另外两根不受力，在越过90°的一瞬间，由于受冲击载荷的作用，受力的吊环螺钉很容易被拉断。现场作业中如发生该意外，被拉断的吊环螺钉会导致顶盖掉下造成顶盖损坏的现象，比较容易发生断裂的部位在吊环螺钉根部两到三个螺纹之间。

从断裂的吊环螺钉来看，应该是原始表面裂纹扩展所导致，如果能事先检查材料的性能，就可以最大可能地防止上述意外的发生。通常情况下，采用磁粉探伤或渗透探伤是发现表面裂纹最有效和最理想的方法，但由于吊环螺钉的结构比较特殊，尺寸较小，实施磁粉探伤及渗透探伤时缺陷磁痕与螺纹磁痕很难区分，所以，实践表明，对于结构比较特殊的吊环螺钉以及类似特点的部件，磁粉探伤及渗透探伤难以有效解决该问题。射线检测作为另一种手段，虽然从理论上讲可以克服以上问题，但其检测条件较为苛刻，要求疲劳裂纹有一定的深度，且检测成本高，效率低，实际应用中也受到较大限制。

超声波检测也是一种疲劳检测手段。如图3所示，现有的双晶片超声波探头由本体、镶嵌在本体内的两个晶片3和一端与晶片3连接的连接线4构成，本体由透光体2和用以吸收晶片向背面发射的声波和抑制杂波的阻尼体1两部分构成，其中透光体2与阻尼体1交界处呈圆锥状，晶片3相对该透光体2的中心线对称设在该透光体2的锥面上，二个连接线4穿过阻尼体1分别连接晶片3。但是现有的双晶片超声波探头主要用来检测厚度较大的板或工件，透光体的入射角a普遍较大，一般采用10°或7°，透光体2的锥顶角b与入射角a之间的关系满足2a+b=180°，入射角a为10°时，锥顶角为160°；入射角a为7°时，锥顶角为166°，其中一个晶片用来发射超声波，另一个晶片用来接收超声波，利用超声波的扩散声束进行检测，缺陷信号混杂在干扰信号中，使缺陷信号不能分辨，不适用于截面尺寸较小的吊环螺钉的螺纹裂痕检测。

发明内容

本发明提供一种超声波探头，用于克服现有技术中的缺陷，从而保证吊环螺钉的质量及现场作业的安全，简单快捷且准确可靠地检测其螺纹根部的疲劳裂纹。

本发明提供的超声波探头具有本体、镶嵌在本体内的两个晶片和一端分别与所述晶片连接的连接线，该本体由透光体和用以吸收晶片向背面发射的声波和抑制杂波的阻尼体两部分构成，其中透光体与阻尼体交界处呈圆锥状，所述晶片相对该透光体的中心线对称设在该透光体的锥面上，所述连接线穿过阻尼体分别连接所述晶片，该透光体的锥顶角大于或等于170度。

本发明提供的超声波探头，原理是基于同一种螺钉的螺纹型式都是一致的，它们对超声波的反射也基本相同，所以在荧光屏上螺纹波的特征都是相似的，但是，一旦在某一道螺纹处出现了裂纹，在荧光屏上就会出现特殊波形和一些波形的特殊变化，利用此特点便可检测螺钉中的疲劳裂纹。而本专利所使用的探头通过对入射角和晶片发射超声波频率的改变从而实现利用超声波的主声束来进行检测，能很直观地将裂纹波与螺纹波区分开来。

附图说明

图1为现有技术中吊环螺钉的结构示意图；

图2为现有技术中吊装螺钉与机车顶盖连接部位示意图；

图3为现有技术中双晶超声波探头的结构示意图；

图4为本发明超声波探头实施例的结构示意图；

图5为本发明超声波探头在测试过程中显示吊环螺钉根部螺纹无缺陷时的波形图；

图6为本发明超声波探头在测试过程中显示吊环螺钉根部螺纹有缺陷时的波形图。

具体实施方式