本實用新型涉及超聲無損檢測技術領域，尤其指用于動車組軸裝制動盤盤轂安裝座檢測的探頭。

背景技術：

高鐵具有運送能力大，速度快，受氣候變化影響小，正點率高，舒適方便，能源消耗低，環(huán)境影響輕，經濟效益好等優(yōu)點，受到了國家發(fā)展的重視。中國目前已成為世界上高速鐵路系統(tǒng)技術最全、集成能力最強、運營里程最長、運行速度最高、在建規(guī)模最大的國家，極大的提升中國在鐵路建設業(yè)界的威望，有助于中國進一步躋身全球鐵路建設市場，帶動中國的外向型經濟升級。

隨著高鐵建設逐漸增加，高鐵數(shù)量增多，高鐵運行的安全也受到了各方面的重視，廣鐵集團CRH3C-3050動車組在廣州南動車所維修作業(yè)時，發(fā)現(xiàn)TC02車1軸中間制動盤盤轂9個連接座全部斷裂，各連接座的裂紋走向均從根部(定心環(huán)附近)向外擴展。部分連接座斷口處存在銹蝕。制動盤盤轂連接座斷裂是零件疲勞引起的，給高鐵運行帶來了隱患，定期對在役高鐵制動盤盤轂連接座的無損檢測可以及時發(fā)現(xiàn)裂紋等缺陷，保障高鐵運行的安全。由于高鐵制動盤盤轂連接座結構復雜，在役檢測空間小，這對檢測設備和檢測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，其是通過楔塊實現(xiàn)波型轉換，把縱波轉變成橫波，需要的角度都比較大。但是考慮到在役檢測空間有限，因此檢測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。橫波雖波長短分辨力高，但相比縱波來說指向性差，同時探頭晶片面積較小而擴散角大，再考慮到高鐵制動盤盤轂連接座結構的特殊性以及裂紋相對較小，因此橫波無法達到比較理想的檢測效果。

縱波斜探頭，相對于橫波斜探頭的設計來講，指向性和靈敏度更高。檢測分辨力通過提高探頭的頻率滿足應用需求，同時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工件的界面(聲學界面)會發(fā)生反射和折射，其折射角大小和入射角以及界面兩側的聲速有關，規(guī)律遵從著名的Snell定律：

其中，下標i代表入射媒質，下標t代表折射媒質，c代表媒質中的聲速。因為聲波在固體介質中會有橫波的形式，因此縱波折射后在被撿工件內部不但有縱波而且會有橫波，兩種形式的超聲波能量分配會隨著入射縱波的角度發(fā)生變化；因此在設計探頭時對折射縱波的角度有很高的要求，實際檢測時還應排除橫波的干擾。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術問題是針對現(xiàn)有技術的現(xiàn)狀，提供結構簡單，靈敏度高，檢測準確性高的用于動車組軸裝制動盤盤轂安裝座檢測的探頭。

本實用新型解決上述技術問題所采用的技術方案為：

用于動車組軸裝制動盤盤轂安裝座檢測的探頭，包括有金屬外殼，金屬外殼內設置有能夠產生折射角為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置有聲陷阱，楔塊上從下至上依次傾斜設置有匹配層、壓電晶片和背襯板,壓電晶片的兩側分別連接正極引出線和負極引出線，正極引出線和負極引出線之間跨接有匹配電感。

優(yōu)化的技術措施還包括：

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的1/4。

本實用新型的用于動車組軸裝制動盤盤轂安裝座檢測的探頭，結構簡單，其根據制動盤盤轂連接座的結構特點，采用斜面傾斜角為12.6°的楔塊，從而使產生折射角為28.5°的折射縱波，以滿足對制動盤盤轂連接座檢測的需求，本探頭采用縱波檢測，其指向性和靈敏度高，能夠有效提高檢測的準確率。

附圖說明

圖1是本實用新型探頭的結構示意圖；

圖2是本實用新型探頭檢測時的連接示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖實施例對本實用新型作進一步詳細描述。

如圖1至圖2所示為本實用新型的結構示意圖，

其中的附圖標記為：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、負極引出線17b、匹配電感18、脈沖信號發(fā)生器2、示波器3、制動盤盤轂連接座4，缺陷Q、固有結構P。

如圖1至圖2所示，

用于動車組軸裝制動盤盤轂安裝座檢測的探頭，包括有金屬外殼11，金屬外殼11內設置有能夠產生折射角為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之間設置有聲陷阱13，楔塊12上從下至上依次傾斜設置有匹配層14、壓電晶片15和背襯板16,壓電晶片15的兩側分別連接正極引出線17a和負極引出線17b，正極引出線17a和負極引出線17b之間跨接有匹配電感18。

實施例中，壓電晶片15的頻率為5MHz。

實施例中，壓電晶片15的尺寸為6mm *6mm *0.4mm。

實施例中，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。

實施例中，金屬外殼11的尺寸為35mm *11.5mm *11.5mm。

實施例中，壓電晶片15為駐極體、壓電陶瓷、壓電單晶片、壓電復合材料片或者壓電薄膜。

實施例中，匹配層14的厚度為匹配層中超聲波波長的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的作用是實現(xiàn)電能和聲能的相互轉換，實現(xiàn)超聲波的發(fā)射和信號波的接收；匹配層14的作用是實現(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的作用是實現(xiàn)聲束的偏折，由于本探頭對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，根據制動盤盤轂連接座4的結構特點，制動盤盤轂連接座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°，因此為了保證檢測的準確性和靈敏性，故本探頭設計為采用能夠產生折射角為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應的關系，為使折射角為28.5°，其入射角應為12.6°，因此，本探頭內楔塊12的斜面傾斜角為12.6°。

用于動車組軸裝制動盤盤轂安裝座檢測的探頭的檢測方法，包括以下步驟：

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

步驟二、超聲檢測：在檢測前，在探頭1抹油，然后與被測零件摩擦排除空氣；啟動脈沖信號發(fā)生器2和示波器3，脈沖信號發(fā)生器2發(fā)出探測波，探測波經探頭1折射產生折射角為28.5°的折射縱波，將探頭1在制動盤盤轂連接座4表面移動，并觀察示波器3上波形變化；

步驟三、缺陷判斷：當示波器3顯示二個波峰時，表示被測零件有缺陷；當示波器3顯示一個波峰時，表示被測零件沒有缺陷。

當被檢測的制動盤盤轂連接座4如果存在缺陷，便會如圖2所示，示波器3的固定時域上顯示兩個波峰(Peak1和Peak2)，其中Peak2是固有結構P的反射回波，Peak1是裂紋產生的缺陷波，如果沒有缺陷，只會顯示Peak2(即只顯示一個波峰)。其中peak2的回波高度可作為判斷因在役檢測空間狹小而導致耦合效果變差的依據，從而避免因耦合問題產生的漏檢。本檢測方法，是否缺陷通過示波器3上波峰的個數(shù)便能很快判斷，檢測方法簡單，檢測效率高。

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

工人缺陷試塊是在被檢測零件上人為的線切割一缺陷，以作為缺陷試塊使用。

本實用新型的最佳實施例已闡明，由本領域技術人員做出的各種變化或改型都不會脫離本實用新型的范圍。