车轮轮辋检测超声探头的研制

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1、车轮轮辋检测超声探头的研制

2、第1内容加载中...崔建英　杨少辰北方交通大学文理学院，北京100044徐　贺　李　明　吴春鹏哈尔滨铁路局科研所，哈尔滨150006摘　要　介绍了用于车轮轮辋超声波检测用的手动和自动探伤TR探头的设计和制造工艺，制造出了灵敏度高、盲区小、信噪比高的TR探头，在现场轮辋探伤中取得了良好的结果.关键词　轮辋　裂纹　TR探头分类号　TB525StudyofUltrasonicProbesfortheInspectionofingHz，尺寸10mm×12mm；隔声层采用软木，厚1

3、mm；延迟块选用有机玻璃，c1=2700m/s，L=5mm，u=5mm.　　(1)踏面探头，探测范围5～65mm，α=5°，δ=23.5mm.　　(2)侧面探头，探测范围5～135mm，α=2°，δ=63mm.　　2.3　探头的制作及与仪器的匹配　　①焊电极线，要求焊点牢固，焊点小而圆，焊接迅速，否则影响探头性能；②在有机玻璃延迟块上粘接晶片，粘接层应无气泡，薄、均匀且牢固；③粘隔声层；④浇注背衬：配方为200目钨粉∶环氧树脂∶二乙烯三胺=3∶1∶0.1(重量比).首先将前二者加热搅匀，冷却至30℃

4、以下再加入环氧树脂的固化剂二乙烯三胺，搅匀后即可浇注在晶片背后，注意浇注温度不能超过40℃，否则晶片灵敏度将下降4dB以上.　　探头与仪器的匹配　浇注背衬后的探头已可以使用，但由于与仪器不匹配，还需在发射端并联一个电感.无电感时发射探头等效电路如图1(a)所示，当f=f0=1/(2πLC)时，晶片产生的电共振与机械共振一致，振幅最大，L、R、C支路电抗分量抵消呈纯阻.此时若忽略R0(一般很大)的影响，可画出等效电路见图1(b).可见，由于图1　等效电路图C0的存在，使信号源电流I不能完全流入R支路，

5、由于无功分量I0的存在，探头的功率因数降低，灵敏度变低.因此，若在C0支路并联一个电感L0，把电容C0影响抵消，就可以使发射能量几乎全部加在R、L、C支路上得到最大发射功率，加电感后等效电路如图1(c)所示，电感值计算公式如下［2］对于压电晶片C0=εs/d.式中d为晶片厚度(mm)，ε为介电常数(F/m)，s为晶片面积(mm2).其中ε在不同条件下有不同值.在振动时由于压电效应，晶体内产生了完全不流动的电荷，减弱了介电位移，相当于减小了介电常数，且ε振动=ε静止(1-k2)(k为机电耦合系数).因

6、此C振动小于C静止(万用电桥测量值)，计算出的电感L0则比灵敏度最高时的实测最佳电感量小，这与试验一致.　　通过实测并联不同电感后€€3mm平底孔回波高度变化，可以找出最佳电感值，我们所制TR探头并联电感值为10μH左右.此时不仅缺陷回波最高，而且可以消除由于信号传输过程中反射造成的杂波，从而提高了信噪比.2.4　探头测试　　测试设备：测试采用CST-22型超声波探伤仪和平底孔试块，孔径€€3mm，探测深度2～200mm，测量数据见表1.　　表1　手动TR探头测试数据(80%波高时dB值)探　　头孔

7、深(mm)25111723293541475359751001502005°探头283542505351504847.54542362616102°探头273642485050515252.5514945363026　　由表1可见，5°TR探头最大灵敏度达53dB，出现在23mm深处，这与设计完全吻合，且在5～65mm范围内灵敏度≥35dB，盲区≤2mm，完全满足探伤用探头标准要求；2°TR探头最大灵敏度达52.5dB，出现在47～50mm范围内，不在设计深度64mm处.这是由于探测深度较大，引起声

8、衰减所造成的.尽管如此，在63mm处灵敏度也很高，大约47dB，在探测范围5～165mm内，灵敏度都在30dB以上，盲区≤2mm，也满足探伤要求.　　由上可见，所研制的探头完全符合探伤要求，并且用所研制探头对现场两个有裂纹车轮轮辋进行了探伤，效果很好.3　自动探伤TR探头设计　　自动探伤探头与手动探伤探头的区别主要在于手动探头靠手来移动探头，可以很方便地用一个探头扫查到工件的任何部位，而自动探伤要使探头扫查到所有部位有两个解决方法：①用一个探头，通过探头和工件复杂的相对运动来实现完全扫查，针对轮辋则

9、需要在车轮转动的同时探头作轴向移动.缺点是机械运动机构复杂，探伤速度慢.②用几个探头一次扫查全部轮辋区域，只需车轮转动.优点是机械运动机构简单，但探头较多.我们选用后一种方法，用两排六个探头从踏面方向检测，同时用两排四个探头从侧面检测.采用两排的目的是让探头交叉错开放置，使探头之间扫查区交叉，以消除漏检.　　图2是踏面、侧面探头在探测轮辋时的位置，这样车轮转一圈就可以扫查轮辋的全部.　　对于侧面探头，由于接触面是平面，所以每个探头的设计制作与手动探头完全相同，只将晶片