[实用新型]一种角焊缝超声检测用带水囊增强耦合型2D矩阵探头

说明书

本实用新型公开了一种角焊缝超声检测用带水囊增强耦合型2D矩阵探头，压电晶片的上表面通过磁控溅射镀有上电极层，下表面通过磁控溅射镀有下电极层，压电晶片和匹配层材料通过胶水粘接成叠层结构，压电晶片和匹配层材料组成的叠层结构切割成64个矩阵阵元，压电晶片和匹配层材料组成的叠层结构的切割通过两个方向切割，阵元引线从下电极层引出，64个阵元上电极层焊接上64根阵元引线，压电晶片和匹配层材料组成的叠层结构放入到铜管内衬套中，本实用新型通过水囊耦合解决了超声探头与工件的耦合，通过矩阵探头的设计可以两个维度聚焦偏转，从而解决了管座角焊缝无法用超声波检测的难题，提高管座角焊缝检测的质量。

技术领域

本实用新型涉及一种角焊缝超声检测用带水囊增强耦合型2D矩阵探头，属于超声检测技术领域。

背景技术

管座角焊缝是管道与支座管座相连的安放式全熔透角焊缝，在焊缝的在役运行阶段，由于震动、冷热影响等容易造成焊缝失效，通常需要定期对焊缝进行无损检测。该类型焊缝常见的无损检测方法有渗透、超声波等，渗透用来检测焊缝表面缺陷，超声波用来检测焊缝内部缺陷，而且超声波检测覆盖区域大，是必不可少的方法。

超声波检测时有一些局限性，其中探头和工件的耦合情况是局限性之一。其原理是需要排除探头和工件之间的空气，才能很好的使超声波由探头传入工件并获取反馈信号，这就要求工件有一个比较光滑的接触面并能够和探头很好的耦合在一起。一般焊缝检测都是从焊缝两侧用超声波斜探头入射到工件中，需要在焊缝两侧有一定的接触面，而有些管座角焊缝平整表面检测空间极小，超声探头声场难以覆盖整个焊缝的无损检测，不能够完整评价焊缝检测的质量。所以需要从焊缝焊冠上直接接触检测，但由于焊缝都是凹凸不行，表面极其不规则，这就导致无法排除空气，也就无法实现超声检测。本发明采用一种带水囊增强耦合的探头，由于水囊具有柔软变形能力，可以和粗糙不规则表面耦合，解决了耦合问题。

相控阵检验技术是通过相控阵探头中各晶片时间延迟来控制声束的偏转和会聚，这样就可以实现超声波各个方向入射到管座角焊缝中，增加声束覆盖范围；并且相控阵的会聚作用也使得超声能量可以集中于一点，这样就可以增强缺陷信号反射，提高检测信噪比和灵敏度。所以本发明使用了2D矩阵探头。

发明内容

针对上述问题，本实用新型要解决的技术问题是提供一种角焊缝超声检测用带水囊增强耦合型2D矩阵探头，通过水囊耦合解决了超声探头与工件的耦合，通过矩阵探头的设计可以两个维度聚焦偏转，从而解决了管座角焊缝无法用超声波检测的难题，提高管座角焊缝检测的质量。

本实用新型的一种角焊缝超声检测用带水囊增强耦合型2D矩阵探头，其结构由64个阵元组成，每个阵元从上至下包含阵元引线、背衬材料、上电极层、压电晶片、下电极层、匹配层材料六个部分，所述的压电晶片的上表面通过磁控溅射镀有上电极层，下表面通过磁控溅射镀有下电极层，所述的压电晶片和匹配层材料通过胶水粘接成叠层结构，压电晶片和匹配层材料组成的叠层结构切割成64个矩阵阵元，矩阵阵元放置在外壳内，所述的压电晶片和匹配层材料组成的叠层结构的切割通过两个方向切割，切割时控制厚度，只切穿上电极层和压电晶片，不切穿下电极层，切割后形成四方形阵元排列64个阵元的结构，所述的阵元引线从下电极层引出，64个阵元上电极层焊接上64根阵元引线，压电晶片和匹配层材料组成的叠层结构放入到铜管内衬套中，铜管内衬套具有电磁屏蔽功能，缝隙由502密封，倒入事先配好的环氧与颗粒混合浆料，并在45摄氏度固化成型，装入带有螺纹固定孔的探头外壳中，接入同轴电缆并固定好护线套，最后将探头中灌有水柱，并用软膜和固定螺钉将水柱封装在探头外壳中，水柱和软膜形成水囊。

所述的64个阵元上电极层1-5焊接上64根阵元引线，阵元上电极层表面固化有背衬材料，每个一信号都接入一个电学模块，用于调谐信号。

所述的匹配层材料是采用聚合物和填料按照不同比例填充调配而成，优选地，匹配层材料是采用环氧树脂和钨粉、氧化锆陶瓷粉按照不同比例填充调配而成。

所述的压电晶片是高性能压电陶瓷。