本實(shí)用新型涉及超聲無損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其指用于動(dòng)車組軸裝制動(dòng)盤盤轂安裝座檢測(cè)的探頭。

背景技術(shù)：

高鐵具有運(yùn)送能力大，速度快，受氣候變化影響小，正點(diǎn)率高，舒適方便，能源消耗低，環(huán)境影響輕，經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)，受到了國(guó)家發(fā)展的重視。中國(guó)目前已成為世界上高速鐵路系統(tǒng)技術(shù)最全、集成能力最強(qiáng)、運(yùn)營(yíng)里程最長(zhǎng)、運(yùn)行速度最高、在建規(guī)模最大的國(guó)家，極大的提升中國(guó)在鐵路建設(shè)業(yè)界的威望，有助于中國(guó)進(jìn)一步躋身全球鐵路建設(shè)市場(chǎng)，帶動(dòng)中國(guó)的外向型經(jīng)濟(jì)升級(jí)。

隨著高鐵建設(shè)逐漸增加，高鐵數(shù)量增多，高鐵運(yùn)行的安全也受到了各方面的重視，廣鐵集團(tuán)CRH3C-3050動(dòng)車組在廣州南動(dòng)車所維修作業(yè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)TC02車1軸中間制動(dòng)盤盤轂9個(gè)連接座全部斷裂，各連接座的裂紋走向均從根部(定心環(huán)附近)向外擴(kuò)展。部分連接座斷口處存在銹蝕。制動(dòng)盤盤轂連接座斷裂是零件疲勞引起的，給高鐵運(yùn)行帶來了隱患，定期對(duì)在役高鐵制動(dòng)盤盤轂連接座的無損檢測(cè)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)裂紋等缺陷，保障高鐵運(yùn)行的安全。由于高鐵制動(dòng)盤盤轂連接座結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在役檢測(cè)空間小，這對(duì)檢測(cè)設(shè)備和檢測(cè)方法均提出了很高的要求。

目前所使用的單晶斜探頭一般都是橫波探頭，其是通過楔塊實(shí)現(xiàn)波型轉(zhuǎn)換，把縱波轉(zhuǎn)變成橫波，需要的角度都比較大。但是考慮到在役檢測(cè)空間有限，因此檢測(cè)方法和探頭三維尺寸都受到了限制，故選用探頭的前沿和晶片面積都有特殊的要求，這便造成了探頭制造成本很高。橫波雖波長(zhǎng)短分辨力高，但相比縱波來說指向性差，同時(shí)探頭晶片面積較小而擴(kuò)散角大，再考慮到高鐵制動(dòng)盤盤轂連接座結(jié)構(gòu)的特殊性以及裂紋相對(duì)較小，因此橫波無法達(dá)到比較理想的檢測(cè)效果。

縱波斜探頭，相對(duì)于橫波斜探頭的設(shè)計(jì)來講，指向性和靈敏度更高。檢測(cè)分辨力通過提高探頭的頻率滿足應(yīng)用需求，同時(shí)超聲波的指向性也隨頻率的升高變得更佳。探頭發(fā)射的聲波在楔塊和檢測(cè)工件的界面(聲學(xué)界面)會(huì)發(fā)生反射和折射，其折射角大小和入射角以及界面兩側(cè)的聲速有關(guān)，規(guī)律遵從著名的Snell定律：

其中，下標(biāo)i代表入射媒質(zhì)，下標(biāo)t代表折射媒質(zhì)，c代表媒質(zhì)中的聲速。因?yàn)槁暡ㄔ诠腆w介質(zhì)中會(huì)有橫波的形式，因此縱波折射后在被撿工件內(nèi)部不但有縱波而且會(huì)有橫波，兩種形式的超聲波能量分配會(huì)隨著入射縱波的角度發(fā)生變化；因此在設(shè)計(jì)探頭時(shí)對(duì)折射縱波的角度有很高的要求，實(shí)際檢測(cè)時(shí)還應(yīng)排除橫波的干擾。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)狀，提供結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高，檢測(cè)準(zhǔn)確性高的用于動(dòng)車組軸裝制動(dòng)盤盤轂安裝座檢測(cè)的探頭。

本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：

用于動(dòng)車組軸裝制動(dòng)盤盤轂安裝座檢測(cè)的探頭，包括有金屬外殼，金屬外殼內(nèi)設(shè)置有能夠產(chǎn)生折射角為28.5°的折射縱波的楔塊，楔塊的斜面傾斜角為12.6°；楔塊與所述金屬外殼之間設(shè)置有聲陷阱，楔塊上從下至上依次傾斜設(shè)置有匹配層、壓電晶片和背襯板,壓電晶片的兩側(cè)分別連接正極引出線和負(fù)極引出線，正極引出線和負(fù)極引出線之間跨接有匹配電感。

優(yōu)化的技術(shù)措施還包括：

上述的壓電晶片的頻率為5MHz。

上述的壓電晶片的尺寸為6mm *6mm *0.4mm。

上述的楔塊、匹配層、壓電晶片和背襯板之間均通過環(huán)氧膠水粘接固定。

上述的金屬外殼的尺寸為35mm *11.5mm *11.5mm。

上述的匹配層的厚度為匹配層中超聲波波長(zhǎng)的1/4。

本實(shí)用新型的用于動(dòng)車組軸裝制動(dòng)盤盤轂安裝座檢測(cè)的探頭，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其根據(jù)制動(dòng)盤盤轂連接座的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用斜面傾斜角為12.6°的楔塊，從而使產(chǎn)生折射角為28.5°的折射縱波，以滿足對(duì)制動(dòng)盤盤轂連接座檢測(cè)的需求，本探頭采用縱波檢測(cè)，其指向性和靈敏度高，能夠有效提高檢測(cè)的準(zhǔn)確率。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型探頭的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型探頭檢測(cè)時(shí)的連接示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

如圖1至圖2所示為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖，

其中的附圖標(biāo)記為：探頭1、金屬外殼11、楔塊12、聲陷阱13、匹配層14、壓電晶片15、背襯板16、正極引出線17a、負(fù)極引出線17b、匹配電感18、脈沖信號(hào)發(fā)生器2、示波器3、制動(dòng)盤盤轂連接座4，缺陷Q、固有結(jié)構(gòu)P。

如圖1至圖2所示，

用于動(dòng)車組軸裝制動(dòng)盤盤轂安裝座檢測(cè)的探頭，包括有金屬外殼11，金屬外殼11內(nèi)設(shè)置有能夠產(chǎn)生折射角為28.5°的折射縱波的楔塊12，楔塊12的斜面傾斜角為12.6°；楔塊12與所述金屬外殼11之間設(shè)置有聲陷阱13，楔塊12上從下至上依次傾斜設(shè)置有匹配層14、壓電晶片15和背襯板16,壓電晶片15的兩側(cè)分別連接正極引出線17a和負(fù)極引出線17b，正極引出線17a和負(fù)極引出線17b之間跨接有匹配電感18。

實(shí)施例中，壓電晶片15的頻率為5MHz。

實(shí)施例中，壓電晶片15的尺寸為6mm *6mm *0.4mm。

實(shí)施例中，楔塊12、匹配層14、壓電晶片15和背襯板16之間均通過環(huán)氧膠水粘接固定。

實(shí)施例中，金屬外殼11的尺寸為35mm *11.5mm *11.5mm。

實(shí)施例中，壓電晶片15為駐極體、壓電陶瓷、壓電單晶片、壓電復(fù)合材料片或者壓電薄膜。

實(shí)施例中，匹配層14的厚度為匹配層中超聲波波長(zhǎng)的1/4。

匹配層14的聲阻抗Z滿足，其中Z₀和Z_L分別代表壓電晶片15和楔塊12的聲阻抗。

壓電晶片15的作用是實(shí)現(xiàn)電能和聲能的相互轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)超聲波的發(fā)射和信號(hào)波的接收；匹配層14的作用是實(shí)現(xiàn)聲能的傳輸，匹配層14是通過環(huán)氧和氧化物粉末制成的；背襯板16的作用是實(shí)現(xiàn)雜波的吸收和晶片振蕩的抑制，背襯板16是由金屬粉末和環(huán)氧固化而成或者氧化物粉末和環(huán)氧固化而成。上述的氧化物粉末為金屬或者非金屬氧化物粉末。

楔塊12的作用是實(shí)現(xiàn)聲束的偏折，由于本探頭對(duì)超聲波的折射方向要求較高，因此采用溫度穩(wěn)定性好、耐磨性好的楔塊12；楔塊材料可以采用聚酰亞胺材料制成。

圖2所示，根據(jù)制動(dòng)盤盤轂連接座4的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，制動(dòng)盤盤轂連接座4的缺陷Q位置(圖中位置是最易發(fā)生缺陷的位置)，其與水平線的夾角為28.5°，因此為了保證檢測(cè)的準(zhǔn)確性和靈敏性，故本探頭設(shè)計(jì)為采用能夠產(chǎn)生折射角為28.5°的折射縱波的楔塊12，由于入射角與折射角存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，為使折射角為28.5°，其入射角應(yīng)為12.6°，因此，本探頭內(nèi)楔塊12的斜面傾斜角為12.6°。

用于動(dòng)車組軸裝制動(dòng)盤盤轂安裝座檢測(cè)的探頭的檢測(cè)方法，包括以下步驟：

步驟一、儀器連接：將示波器3的“CH1”接線柱與脈沖信號(hào)發(fā)生器2的“R”接線柱用導(dǎo)線連接，脈沖信號(hào)發(fā)生器2的“R/T” 接線柱與探頭1用導(dǎo)線連接，導(dǎo)線內(nèi)的兩根芯線分別連接探頭1的正極引出線17a和負(fù)極引出線17b；

步驟二、超聲檢測(cè)：在檢測(cè)前，在探頭1抹油，然后與被測(cè)零件摩擦排除空氣；啟動(dòng)脈沖信號(hào)發(fā)生器2和示波器3，脈沖信號(hào)發(fā)生器2發(fā)出探測(cè)波，探測(cè)波經(jīng)探頭1折射產(chǎn)生折射角為28.5°的折射縱波，將探頭1在制動(dòng)盤盤轂連接座4表面移動(dòng)，并觀察示波器3上波形變化；

步驟三、缺陷判斷：當(dāng)示波器3顯示二個(gè)波峰時(shí)，表示被測(cè)零件有缺陷；當(dāng)示波器3顯示一個(gè)波峰時(shí)，表示被測(cè)零件沒有缺陷。

當(dāng)被檢測(cè)的制動(dòng)盤盤轂連接座4如果存在缺陷，便會(huì)如圖2所示，示波器3的固定時(shí)域上顯示兩個(gè)波峰(Peak1和Peak2)，其中Peak2是固有結(jié)構(gòu)P的反射回波，Peak1是裂紋產(chǎn)生的缺陷波，如果沒有缺陷，只會(huì)顯示Peak2(即只顯示一個(gè)波峰)。其中peak2的回波高度可作為判斷因在役檢測(cè)空間狹小而導(dǎo)致耦合效果變差的依據(jù)，從而避免因耦合問題產(chǎn)生的漏檢。本檢測(cè)方法，是否缺陷通過示波器3上波峰的個(gè)數(shù)便能很快判斷，檢測(cè)方法簡(jiǎn)單，檢測(cè)效率高。

為了使檢測(cè)效果更好，步驟二前，在工人缺陷試塊上對(duì)波峰的峰值進(jìn)行調(diào)整，使波峰的峰值達(dá)到滿屏的80%，從而使示波器3上波形的觀察更為方便；并將脈沖信號(hào)發(fā)生器2增益提高6dB，以獲得更高的檢出率和準(zhǔn)確性。

工人缺陷試塊是在被檢測(cè)零件上人為的線切割一缺陷，以作為缺陷試塊使用。

本實(shí)用新型的最佳實(shí)施例已闡明，由本領(lǐng)域技術(shù)人員做出的各種變化或改型都不會(huì)脫離本實(shí)用新型的范圍。