专利名称：一种超声探伤用横波斜探头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种工业产品用探伤仪器，特别是一种用于工业产品中检测金属缺陷的超声探伤用的横波斜探头。
背景技术：
在某些工业产品的制造过程中，为确保产品使用的可靠性，需要在零部件或整体结构完成后对其进行无损检测，如压力容器的焊缝，钢轨的内部缺陷等，目前无损检测主要由X光检测和超声探伤，其中超声探伤的探头(如图3所示)由压电晶片1、有机玻璃斜块2、背材3、信号线4和地线5、有机玻璃块吸收胶6等构成。压电陶瓷片1的两上电极表面分别焊接信号线4和地线5，并通过它们与主机连接。压电陶瓷片1通过信号线4接受激励电信号后发射超声波。向前传播的超声波进入有机玻璃斜块2，并以一定的角度倾斜入射于斜块底面耦合的工件，在工件内产生折射横波，用于进行检测；声吸收胶6灌注于有机玻璃斜块2的前沿，用于吸收掉有机玻璃块里反射的杂波；向后传播的超声波进入背材，在背材里面传播并被衰减和吸收掉，以消除对检测信号的干扰。但上述结构的横波斜探头，由于其常用的PZT压电陶瓷片的声阻抗率为34×106Pa·s/m，有机玻璃斜块的声阻抗率为3.1×106Pa·s/m，声阻抗不匹配，造成探头灵敏度和轴向分辩率低，中国专利CN2197665Y公开了一种钢轨超声探伤探头，该专利主要从探头的几何结构上进行改进，通过减少探头尺寸，使探头面与工作面更容易耦合，从而使声波更多的进入工件，以此来提高探头的灵敏度，但在声学结构上，特别是在声学阻抗上的合理匹配，没有提出进一步的技术方案。
发明内容
本实用新型的目的在于针对上述存在问题提供一种具有高灵敏度和轴向分辩率的超声探伤用横波斜探头。
本实用新型的技术方案是一种超声探伤用横波斜探头，包括一带斜面且一端设有吸收胶的有机玻璃块及设置于有机玻璃块斜面上的压电陶瓷片、背材、信号线和地线，其特点是所述有机玻璃块斜面与压电陶瓷片之间设有声学匹配层。
上述声学匹配层的形式有多种，可为一层匹配层，也可为两层匹配层，其中，当声学匹配层为一层时，该匹配层为由环氧树脂与二氧化锆固化而成，其声阻抗率为6.9×106Pa·s/m，匹配层厚度为声波波长的四分之一厚。当声学匹配层为两层时，其具体结构是，第一匹配层为石英玻璃，第二匹配层由环氧树脂与二氧化锆固化而成时，其中上述石英玻璃的声阻抗率为12.2×106Pa·s/m；上述环氧树脂与二氧化锆的固化物的声阻抗率为4.4×106Pa·s/m；第一匹配层和第二匹配层的厚度均为声波波长的四分之一。
本实用新型由于采用了在横波斜探头的有机玻璃块斜面与压电陶瓷片之间设置的声学匹配层，不仅实现了两种声阻抗率差别较大的传播媒质间的声阻抗过渡，增加了声透射的能量，而且使压电陶瓷片和有机玻璃块的声阻抗更趋匹配，大大提高了探头的灵敏度和轴向分辩率。
图1为本实用新型声学匹配层为一层时的结构示意图；图2为本实用新型声学匹配层为双层时的结构示意图；图3为本实用新型现有技术中探头结构示意图。
具体实施方式
本实用新型如图1、图2所示，一种超声探伤用横波斜探头，其具体结构包括一带斜面2a且一端设有吸收胶6的有机玻璃块2及设置于有机玻璃块2斜面上的压电陶瓷片1、背材3、信号线4和地线5，其特点是所述有机玻璃块2斜面2a与压电陶瓷片1之间设有声学匹配层7。上述匹配层厚度为声波波长的四分之一，所述匹配层厚度既与匹配层材料的声速有关，也和探头的工作频率有关。材料声速越高，工作频率越低，则匹配层厚度越厚。当上述声学匹配层7为一层，该层由环氧树脂与二氧化锆固化而成时，其声阻抗率为6.9×106Pa·s/m，其匹配层厚度为声波波长的四分之一，当测得环氧树脂与二氧化锆固化物声速为2900m/s，探头工作频率为2.5MHz时，则其匹配层厚度为0.29mm。当然上述声学匹配层7也可以为双层，所述第一匹配层7a为石英玻璃，第二匹配层7b由环氧树脂与二氧化锆固化而成，其中上述石英玻璃的声阻抗率为12.2×106Pa·s/m，其匹配层厚度为声波波长的四分之一，当测得石英玻璃的声速为5500m/s，探头工作频率为2.5MHz时，则探头其厚度为0.55mm。上述环氧树脂与二氧化锆的固化物的声阻抗率为4.4×106Pa·s/m，当测得其声速为2870m/s，探头工作频率为2.5MHz时，则其厚度为0.287mm。上述石英玻璃设置于压电陶瓷片1的下表面，上述环氧树脂与二氧化锆的固化物设置于有机玻璃块2斜面2a与石英玻璃之间。上述声学匹配层7与有机玻璃块2斜面2a和压电陶瓷片1之间为粘合。
本实用新型采用上述结构是针对现有技术中的不足而进行改进的，在现有技术中，一般的工业用横波斜探头的压电陶瓷片1和有机玻璃斜块2直接黏结。由于压电陶瓷片1的声阻抗为34×106Pa·s/m，而有机玻璃斜块的声阻抗为3.1×106Pa·s/m，两者的声阻抗差别很大，声波由压电陶瓷片1进入有机玻璃斜块2时透射系数低，造成探头灵敏度和轴向分辨率降低。本实用新型为增加透射系数在压电瓷片1和有机玻璃块2之间设置一声学匹配层，所述声学匹配层是指加在两种声阻抗率差别很大的传播媒质间，具有确定的声阻抗率和厚度的声学薄层，以实现媒质间的声阻抗过渡，增声透射的能量。所述声学匹配层可以是上述结构中所描述的单层或双层，其匹配层的厚度一般为声传播波长的四分之一，其声阻抗率也是按KLM模型进行计算而得出的，采用上述结构后，可实现声阻抗的过渡，从而使探头的灵敏度和轴向分辩率得以提高。
权利要求1.一种超声探伤用横波斜探头，包括一带斜面(2a)且一端设有吸收胶(6)的有机玻璃块(2)及设置于有机玻璃块(2)斜面上的压电陶瓷片(1)、背材(3)、信号线(4)和地线(5)，其特征在于所述有机玻璃块(2)斜面(2a)与压电陶瓷片(1)之间设有声学匹配层(7)。
2.根据权利要求1所述的超声探伤用横波斜探头，其特征在于上述声学匹配层(7)为一层，由环氧树脂与二氧化锆固化而成，其声阻抗率为6.9×106Pa·s/m，其厚度为声波传播时波长的四分之一。
3.根据权利要求1所述的超声探伤用横波斜探头，其特征在于上述声学匹配层(7)为双层，所述第一匹配层(7a)为石英玻璃，第二匹配层(7b)由环氧树脂与二氧化锆固化而成，其中上述石英玻璃的声阻抗率为12.2×106Pa·s/m，其厚度为声波波长的四分之一。上述环氧树脂与二氧化锆的固化物的声阻抗率为4.4×106Pa·s/m，其厚度为声波波长的四分之一。
4.根据权利要求1或3所述的超声探伤用横波斜探头，其特征在于上述石英玻璃设置于压电陶瓷片(1)的下表面，上述环氧树脂与二氧化锆的固化物设置于有机玻璃块(2)斜面(2a)与石英玻璃之间。
5.根据权利要求1所述的超声探伤用横波斜探头，其特征在于上述声学匹配层(7)与有机玻璃块(2)斜面(2a)和压电陶瓷片(1)之间为粘合。
专利摘要一种超声探伤用横波斜探头，包括一带斜面且一端设有吸收胶的有机玻璃块及设置于有机玻璃块斜面上的压电陶瓷片、背材、信号线和地线，其特点是所述有机玻璃块斜面与压电陶瓷片之间设有声学匹配层。本实用新型由于采用了在横波斜探头的有机玻璃块斜面与压电陶瓷片之间设置的声学匹配层，不仅实现了两种声阻抗率差别较大的传播媒质间的声阻抗过渡，增加了声透射的能量，而且使压电陶瓷片和有机玻璃块的声阻抗更趋匹配，大大提高了探头的灵敏度和轴向分辨率。
文档编号G01N29/04GK2648445SQ20032011711
公开日2004年10月13日 申请日期2003年10月17日 优先权日2003年10月17日
发明者吴锦川, 蔡恒辉 申请人:汕头超声仪器研究所