[实用新型]一种凸弧面工件超声自动化检测用复合材料晶片自聚焦水浸探头

说明书

本实用新型公开了一种凸弧面工件超声自动化检测用复合材料晶片自聚焦水浸探头，压电晶片上端通过环氧胶水固化有匹配层，压电晶片的下端通过环氧胶水固化有背衬材料，压电晶片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，将镀有上电极层和下电极层的压电晶片和匹配层通过环氧粘接固化成叠层结构，要排除压电晶片和匹配层之间环氧中的气泡，防止影响超声波的传输，压电晶片和匹配层固化成的叠层结构在带一定弧度的工装中加热成型，使叠层结构变为带有一定弧度，弧度的大小根据检测需要定制，所述的压电晶片上表面的上电极层焊接上电极引线，压电晶片下表面的下电极层焊接下电极引线，上电极引线和下电机引线并联接入电学模块。

技术领域

本实用新型涉及一种凸弧面工件超声自动化检测用复合材料晶片自聚焦水浸探头，属于超声无损检测技术领域。

背景技术

超声波水浸法是在探头与工件之间填充一定厚度的水层，声波先经过水层，再入射到试件中的一种非接触式超声检测方法。水浸超声检测能够消除直接接触检测中难以控制的因素，使超声波的发射和接收比较稳定。对试件表面光洁度要求不高，探头也不易磨损，耦合稳定，检测结果重复性好。也易于实现自动检测，提高检测速度。在超声检测中，超声波的发射和接收都是通过探头实现的，探头的性能很大程度上决定了超声检测的性能。水浸超声探头分为水浸平探头和水浸聚焦探头，水浸平探头用于检测钢板等表面平直的零部件，水浸聚焦探头分为线聚焦和点聚焦，用于检测表面不平整弯曲的零部件。如图1所示，平面探头声场更容易扩散，聚焦型探头声场在弧面中易于会聚，有利于提高检测能量。在水浸探伤中，为了克服声束在水中的扩散，改善声束的指向性，提高检测灵敏度和分辨力，尤其是对凸弧面工件，常采用聚焦探头进行检测。

随着检测要求越来越高，要求检测的缺陷越来越小，检测灵敏度不断提升，也需要性能更好的水浸聚焦探头。目前市场上的水浸探头都是平直的压电晶片，通过前面增加声透镜来实现水浸探头的聚焦，这种探头制作起来比较容易，也是由于压电陶瓷一般都比较脆，很难做成弯曲的晶片。随着压电复合晶片的出现，由于压电陶瓷中填充了环氧，具有一定的柔韧度，这样自聚焦型水浸探头就成为了可能。本发明就是采用压电复合材料晶片自聚焦的方式，能够将检测灵敏度提高6-10dB，以满足更高检测的要求。

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凸弧面工件超声自动化检测用复合材料晶片自聚焦水浸探头，通过压电复合材料晶片自聚焦，实现超声会聚作用，从而在检测凸弧面工件时，拥有更高的检测灵敏度。

本实用新型的一种凸弧面工件超声自动化检测用复合材料晶片自聚焦水浸探头，所述的压电晶片上端通过环氧胶水固化有匹配层，压电晶片的下端通过环氧胶水固化有背衬材料，所述的压电晶片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，将镀有上电极层和下电极层的压电晶片和匹配层通过环氧粘接固化成叠层结构，要排除压电晶片和匹配层之间环氧中的气泡，防止影响超声波的传输，所述的压电晶片和匹配层固化成的叠层结构在带一定弧度的工装中加热成型，使叠层结构变为带有一定弧度，弧度的大小根据检测需要定制，所述的压电晶片上表面的上电极层焊接上电极引线，压电晶片下表面的下电极层焊接下电极引线，上电极引线和下电机引线并联接入电学模块。

所述的匹配层放入探头外壳中，将100g的背衬材料倒入外壳中使整体固化连接，所述的背衬材料由环氧和粉末颗粒混合搅拌而成，所述的上电极引线和下电极引线分别焊接到同轴电缆上并装入护线套。

所述的匹配层采用聚合物和填料按照不同填充比来调配。

所述的压电晶片为压电陶瓷和环氧复合材料。

所述的背衬材料为含有气孔的高声阻抗高声衰减的复合材料，如在环氧树脂中填入高填充比的钨粉制备背衬，为提高声衰减系数，适当增加基料的柔性，即进行改性处理，通过加入聚硫橡胶的方法实现。