[实用新型]用于在役高温镍基合金螺栓内部近表面缺陷检测的超声表面波探头

说明书

技术领域

本实用新型属于无损检测领域，特别涉及一种用于在役高温镍基合金螺栓内部近表面缺陷检测的超声表面波探头。

背景技术

目前，公知的带有中心孔的在役高温镍基合金螺栓内部近表面的缺陷检测还没有有效的方法。

发明内容

为了实现带中心孔的在役高温镍基合金螺栓在不拆卸的情况下直接进行螺栓内部近表面缺陷的检测，本实用新型提供一种在役高温镍基合金螺栓内部近表面缺陷检测的超声表面波探头。

为此，本实用新型采用的技术方案如下：

一种用于在役高温镍基合金螺栓内部近表面缺陷检测的超声表面波探头，包括由上至下依次连接且直径相同的圆柱形阻尼块、压电晶片和圆柱形楔块，导线从所述阻尼块的中心穿过并连接至所述压电晶片，所述圆柱形楔块内部形成有与该圆柱形楔块等高且底部直径与该圆柱形楔块直径相同的圆锥形空腔，圆锥形空腔母线与圆柱形楔块侧壁形成一个夹角，所述圆锥形空腔的底部由一封口垫密封；所述的圆锥形空腔母线与圆柱形楔块侧壁的夹角使得在圆柱形楔块和螺栓界面处产生表面波。

阻尼块的作用是抑制压电晶片背部产生的声波；压电晶片的作用是利用材料的压电效应产生超声纵波；圆锥形空腔的作用是实现声波的偏转，超声波纵波从压电晶片中发出，经过圆柱形楔块与圆锥形空腔的界面进行反射、产生反射纵波，反射纵波以第二临界角入射到圆柱形楔块和螺栓工件界面时，螺栓工件内部既不产生横波也不产生纵波，而是在圆柱形楔块和螺栓工件界面处产生表面波。

由于表面波只能在物体表面下几个波长的范围内传播，当其沿表面传播的过程中遇到表面缺陷时，一部分在缺陷开口处以表面波的形式被反射；一部分以表面波的形式沿缺陷表面继续向前传播，遇到缺陷尖端一部分被反射，一部分继续沿缺陷表面向前传播；一部分在表面转折处或者缺陷顶端转变为变形纵波和变形横波，在物体内部传播。

利用上述表面波特性来检测螺栓表面和内部近表面缺陷。

优选地，楔块材质选择有机玻璃，圆锥形空腔母线与圆柱形楔块侧壁的夹角为16.16°。

本实用新型的有益效果是：可以实现在不拆卸螺栓、不对螺栓产生腐蚀的情况下，对在役的带中心孔的高温镍基合金螺栓内部近表面缺陷进行超声表面波检测。

附图说明

图1是本实用新型的超声表面波探头的立体结构示意图；

图2是本实用新型的超声表面波探头的纵向剖面结构示意图；

图3是本实用新型的声波传播原理图。

其中:1.阻尼块、2.压电晶片、3.楔块、4.封口垫、5.锥形空腔、6.超声波纵波、7.反射纵波、8.折射横波、9.导线

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的超声爬波探头的具体结构进行详细说明。

如图1、2所示，一种用于在役高温镍基合金螺栓内部近表面缺陷检测的超声表面波探头，包括由上至下依次连接且直径相同的圆柱形阻尼块1、压电晶片2和圆柱形楔块3，导线9从所述阻尼块的中心穿过并连接至所述压电晶片，所述圆柱形楔块内部形成有与该圆柱形楔块等高且底部直径与该圆柱形楔块直径相同的圆锥形空腔5，所述圆锥形空腔的底部由一封口垫4密封；所述的圆锥形空腔母线与圆柱形楔块侧壁的夹角使得在圆柱形楔块和螺栓界面处产生表面波。

阻尼块1的作用是抑制压电晶片背部产生的声波；压电晶片2的作用是利用材料的压电效应产生超声纵波；锥形空腔5的作用是实现声波的偏转，超声波纵波从压电晶片中发出，经过圆柱形楔块与圆锥形空腔的界面进行反射、产生反射纵波，反射纵波以第二临界角(折射横波角度为90度时的入射角)入射到圆柱形楔块和螺栓工件界面时，螺栓工件内部既不产生横波也不产生纵波，而是在圆柱形楔块和螺栓工件界面处产生表面波。

如图3所示，圆柱形楔块材质以有机玻璃为例，圆锥形空腔母线与圆柱形楔块侧壁的夹角σ＝16.16°，超声波纵波6从压电晶片2中发出，经过圆柱形楔块3与圆锥形空腔5的界面进行反射、产生反射纵波7，反射角β＝入射角α＝73.84°，反射纵波相对于水平方向夹角γ＝57.69°，反射纵波以第二临界角入射到圆柱形楔块和螺栓工件界面时，在该界面处产生表面横波8。

楔块材质为有机玻璃，在圆柱形楔块和螺栓工件界面产生表面波时，圆锥形空腔母线与圆柱形楔块侧壁夹角的推算过程如下：

当纵波以第二临界角附近的角度入射到界面时，在第二介质内内既不产生横波也不产生纵波，而是在第一介质和第二介质的界面处产生表面波。

由反射折射定律可以得到：