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双晶组合式超声波换能器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种双晶组合式超声波换能器，涉及超声波无损检测设备【技术领域】，包括接口、外壳、侧板、吸声材料、斜楔、阻尼块、电缆线和压电晶片、耐磨层，斜楔的底面与侧板相互垂直，压电晶片的中心旋转轴平行于斜楔上平面且与斜楔底面呈45°，通过压电晶片中心旋转轴、与侧板垂直且与斜楔底面呈45°的平面为基准平面，压电晶片与基准平面相交于中心旋转轴且二者夹角为3°~5°，压电晶片固定设置在斜楔上表面且与阻尼块之间，斜楔底面设有耐磨层。本实用新型可实现不同坡口角度的两个方向的管端检测，具有结构简单、操作方便、检测范围大、灵敏度高和检测效率高的特点，尤其适用于钢管端坡口面及其他具有坡口的工件的缺陷检测。
【专利说明】双晶组合式超声波换能器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及超声波无损检测设备【技术领域】。
【背景技术】
[0002]随着我国长输管道事业的不断发展，输油输气管线需求量的大幅增加，传统的产品类型逐渐被高钢级、大口径、厚壁化所取代，带来了生产方式及检验方法的变化，这促进和带动了无损检测方式、方法及工具的不断创新、发展。超声波无损检测是在不损坏零件或原材料工作状态的前提下，使用超声波对不能被直观检验到的表面和内部质量进行检查的一种检测手段。超声波检测的原理是，如果金属中有气孔、裂纹、分层等缺陷(缺陷中有气体)，超声波传播到金属与缺陷的界面处时，就会全部或部分反射，反射回来的超声波被探头接收，通过仪器内部的电路处理，在仪器的荧光屏上就会显示出不同高度和有一定间距的波形，可以根据波形的变化特征判断缺陷在零件中的深度、位置和形状。超声波检测的优点是检测厚度大、灵敏度高、速度快、成本低、对人体无害，并且能对缺陷进行定位和测量。
[0003]在直缝埋弧焊钢管的检验过程中，需对管端坡口面周向100%探伤，坡口面不允许存在裂纹、分层等缺陷。管端坡口面的缺陷影响到环焊缝的焊接，严重时可能引起管线失效，因此，坡口部位缺陷检出率的提高是钢管质量的重要保障。在进行坡口面裂纹缺陷的探伤时，一般采用2.5P8X12 Kl型号的探头，Kl探头对裂纹缺陷敏感，缺点是声束方向单一，对于与其声束方向近似于垂直的缺陷检出率高，而与其平行的缺陷往往容易漏检，操作时需从顺、逆时针两方向检测；同时由于坡口有一定角度，探伤时存在盲区。为了提高坡口面缺陷的检出率，改变以往检验设备对检出率，和检验效率的桎梏，我们对我们日常使用的探头进行了研究论证，根据生产检验的实际需求进行了创新设计。
实用新型内容
[0004]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构简单、操作方便、检测范围大、盲区小、灵敏度高的双晶片换能器。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是:
[0006]一种双晶组合式超声波换能器，包括接口、外壳、侧板、吸声材料和斜探头，所述斜探头包括斜楔、阻尼块、电缆线、压电晶片和耐磨层，所述斜楔的底面与侧板相互垂直，设定压电晶片的中心旋转轴为压电晶片的中心线，所述中心线平行于斜楔上平面且与斜楔底面呈45°，设定通过压电晶片中心旋转轴、与侧板垂直且与斜楔底面呈45°的平面为基准平面，所述压电晶片与基准平面相交于中心旋转轴，压电晶片与基准平面的夹角为3°?5°，所述压电晶片固定设置在斜楔上表面且与阻尼块之间，所述斜楔下端面设有耐磨层。
[0007]优选的，所述斜探头为两组，两组斜探头之间设有隔声层，两组斜探头中的阻尼块和压电晶片斜向上对称设置在隔声层两侧。
[0008]优选的，所述斜楔下端面设有耐磨层。
[0009]优选的，所述压电晶片与基准平面的夹角为3°。[0010]优选的，所述压电晶片与基准平面的夹角为5°。
[0011]采用上述技术方案所产生的有益效果在于:通过对探头结构的合理设计，斜楔使压电晶片与工件表面形成严格的夹角，首先使压电晶片与水平面(斜楔的底面)呈45°，两组阻尼块和压电晶片斜向上对称设置在隔声层两侧，两个压电晶片再均沿其中心旋转轴旋转3。?5° (或根据坡口角度采用不同旋转角度)，斜楔与阻尼块、压电晶片的角度一致，每个压电晶片可向不同方向发射超声波声束，实现对两个不同方向缺陷的检测。本实用新型具有结构简单、操作方便、检测范围大、盲区小、灵敏度高和检测效率高的特点，尤其适用于钢管管端坡口面缺陷的检测，以及其他具有坡口的工件的缺陷检测，具有更高的检出率，保证了钢管管端质量。其次，实现了两个方向的同时检测，简化了检测工序，减低劳动强度，提高了生产效率，加强钢管管端质量控制。
【专利附图】

【附图说明】
[0012]图1是本实用新型的结构示意图；
[0013]图2是图1的右视图；
[0014]图3是本实用新型的使用状态图；
[0015]图4是外壳和侧板的组装图；
[0016]图中:1_接口，2-外壳，3-侧板，4-吸声材料，5-斜楔，6-阻尼块，7-隔声层，8-电缆线，9-压电晶片，10-耐磨层，11-工件。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细的说明。
[0018]如图1、2、4所示的一种双晶组合式超声波换能器，包括接口 1、外壳2、侧板3、吸声材料4和斜探头，所述斜探头包括斜楔5、阻尼块6、电缆线8、压电晶片9和耐磨层10，所述斜楔5的底面与侧板3相互垂直，设定压电晶片9的中心旋转轴为压电晶片9的中心线，所述中心线平行于斜楔5上平面且与斜楔5底面呈45°，即压电晶片9的中心旋转轴与水平面的夹角为45°，设定通过压电晶片9中心旋转轴、与侧板3垂直且与斜楔5底面呈45°的平面为基准平面，所述压电晶片9与基准平面相交于中心旋转轴，压电晶片9与基准平面的夹角为3°?5。，即制作时首先使压电晶片9与水平面(斜楔5的底面)呈45°，然后再使压电晶片9沿着中心旋转轴旋转3°?5°，所述压电晶片9固定设置在斜楔5上表面且与阻尼块6之间；在斜楔下端面设有耐磨层10，检测时将耐磨层10在工件11表面磨至与工件表面吻合，可提高检测精确度。优选的，所述斜探头为两组，两组斜探头之间设有隔声层7，两组斜探头中的阻尼块6和压电晶片9斜向上对称设置在隔声层7两侧，每个压电晶片9可向不同方向发射超声波声束，根据超声波检测的特点，实现对不同方向缺陷的检测灵敏度的提闻。
[0019]由于钢管管端坡口有一定角度压电晶片9均沿着其中心旋转轴向侧板3方向旋转角度一定角度，作为一种优选结构，可使压电晶片9与基准平面的夹角为3°，即使两压电晶片9均沿其中心旋转轴旋转3° ;作为另一种优选结构，可使压电晶片9与基准平面的夹角为5°，即使两压电晶片9均沿其中心旋转轴旋转5°，还可以根据坡口的具体角度采用不同的旋转角度，使得声束覆盖更集中在管端容易产生缺陷的范围，减少了检测盲区，实际使用方法如图3。
[0020]该实用新型是将两个单晶Kl斜探头合理组合。通过对斜探头结构的合理设计，斜楔5使压电晶片9与工件11表面形成严格的夹角，首先使压电晶片9与水平面呈45°(即在K=I的基础上改进)，然后两个压电晶片9再均沿着中心旋转轴向侧板方向旋转角度3°?5° (或根据坡口角度采用不同旋转角度)，斜楔5与阻尼块6、压电晶片9的角度一致，实现不同坡口角度的两个方向的管端缺陷的检测。本实用新型具有结构简单、操作方便、检测范围大、盲区小、灵敏度高和检测效率高的特点，尤其适用于钢管管端坡口面缺陷的检测，以及其他具有坡口的工件11的缺陷检测，具有更高的检出率，保证了钢管管端质量。其次，实现了两个方向的同时检测，简化了检测工序，减低劳动强度，提高了生产效率，加强管端质量控制。
[0021]在制作过程中应注意以下几点注意事项:1、压电晶片的尺寸:13mmX 13mmX2mm,对称分布；2、斜探头频率:2.5MHZ ;3、压电晶片的斜率K=I ;3、斜探头主声束偏离< 2° ;4、压电晶片以中心旋转轴为基准向侧板3旋转角度为3°?5°，也可根据工件坡口的变化具体选择角度。
【权利要求】
1.一种双晶组合式超声波换能器，包括接口( I)、外壳(2)、侧板(3)、吸声材料(4)和斜探头，所述斜探头包括斜楔(5)、阻尼块(6)、电缆线(8)、压电晶片(9)和耐磨层(10)，其特征在于:所述斜楔(5)的底面与侧板(3)相互垂直，设定压电晶片(9)的中心旋转轴为压电晶片(9)的中心线，所述中心线平行于斜楔(5)上平面且与斜楔(5)底面呈45°，设定通过压电晶片(9)中心旋转轴、与侧板(3)垂直且与斜楔(5)底面呈45°的平面为基准平面，所述压电晶片(9)与基准平面相交于中心旋转轴，压电晶片(9)与基准平面的夹角为3°?5°，所述压电晶片(9)固定设置在斜楔(5)上表面且与阻尼块(6)之间，所述斜楔(5)下端面设有耐磨层(10)。
2.根据权利要求1所述的双晶组合式超声波换能器，其特征在于:所述斜探头为两组，两组斜探头之间设有隔声层(7 )，两组斜探头中的阻尼块(6 )和压电晶片(9 )斜向上对称设置在隔声层(7)两侧。
3.根据权利要求2所述的双晶组合式超声波换能器，其特征在于:所述压电晶片(9)与基准平面的夹角为3°。
4.根据权利要求2所述的双晶组合式超声波换能器，其特征在于:所述压电晶片(9)与基准平面的夹角为5°。
【文档编号】G01N29/24GK203443934SQ201320579431
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年9月18日 优先权日:2013年9月18日
【发明者】曹华勇, 卢胜勇, 徐佳, 吕育栋, 张兴权 申请人:中国石油集团渤海石油装备制造有限公司, 巨龙钢管有限公司