[发明专利]基于超声检测仪水浸探头喷水耦合装置的设计方法

说明书

技术领域

本发明属于超声波探伤技术领域，尤其是涉及一种基于超声检测仪水浸探头喷水耦合装置的设计方法。

背景技术

现代工业生产对金属等工件的质量提出了较高的要求，这也促进了工件探伤技术的发展。超声波探伤由于具备简单、高效、探伤周期短、成本低廉等优点，一直成为工件探伤的主流方式。而在其基础上衍生的水浸湿探头检测又是方兴未艾的一种技术。这种技术通过水为耦合介质，将超声波探伤仪发射的声波导入检测工件，极大程度减少了超声波能量的损耗，但是对喷水探头的设计提出了较高的要求。

目前，现有的超声波喷水耦合探头大多为单一的结构，工作时只能装配一种超声波探头，使用有限频率的声波检测金属。这样的探头控制不够灵活，也很难满足日益增加的金属探伤要求，并不能达到节能环保的要求。在目前已经问世的超声波探头中，如发明200920278316.1的“用于超声测厚和探伤检测的快门式喷水探头装置”具有自动打开快门，实现良好的喷水耦合测厚任务，但是不具备探伤功能，也无法根据检测材料的不同对喷头外形作出调整；再如发明03219895.7的“横波喷水探头”能够有效提高检测精度，但是结构设计得较为复杂，不利于装拆和定期检查。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于超声检测仪水浸探头喷水耦合装置的设计方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

步骤(1).测量超声探头的基本参数，包括探头前端、中端、后端直径与长度、发射超声波的频率；

1-1.通过游标卡尺测量获得超声探头的前端直径                                               、前端长度、中端直径、中端长度、后端直径、超声波发射面直径；通过查询得到超声探头的超声波发射频率M；

步骤(2).根据超声探头的基本参数，确定入水导管、固定盖、混水腔壳、导流环、混水腔盖、超声探头、过渡管道、第一管道、第二管道、第三管道、第四管道的参数；

2-1. 第一管道、第二管道、第三管道、第四管道的内径均为，且与超声探头前端的超声波发射面直径相等，即= ；

第一管道、第二管道、第三管道、第四管道的长度分别为计算如下：

由超声探头数据测得：发射频率为M、晶片直径为、水中焦距值为;设声束在声透镜、耦合介质、工件中都按直线传播，为有机玻璃声速；为耦合介质的声速，其中耦合介质为水，则水中焦距值计算如下：

晶片曲率半径计算如下：

设工件中声波速度为，检测工件的探测深度为，则第一管道、第二管道、第三管道、第四管道的总长度近似公式如下：

2-2.根据截面不变的原则，过渡管道内壁直径计算如下：

2-3.入水导管出水端设置有环形凸起，出水端贯穿固定盖上圆形通孔后，与混水腔壳上的圆形通孔螺纹连接，设入水导管的数目为N(按使用方便的原则可取N值为任意正整数)，则入水导管内径计算如下：

入水导管外径；

2-4.混水腔壳和固定盖均设置有N个圆形通孔、一个轴心通孔；其中固定盖上的轴心通孔设置有橡皮防水圈，且固定盖上轴心通孔直径=，混水腔壳上的轴心通孔直径=；超声探头前端穿过混水腔壳上的轴心通孔，后端穿过固定盖上的轴心通孔，中端卡在固定盖和混水腔壳之间；混水腔壳和固定盖的N个圆心通孔都沿周向平均分布，且直径大小相同，其中混水腔壳上的圆心通孔设置有内螺纹，与入水导管前端螺纹连接。

2-5. 混水腔盖轴心设置有轴心通孔，轴心通孔设置有内螺纹，与过渡管道螺纹连接；混水腔盖外边缘设置有外螺纹，且与混水腔壳螺纹连接；

2-6.导流环外径，内径；导流环内径中间径向均匀分布有四个凸起，对称凸起之间的距离；

步骤(3).确定入水导管、固定盖、混水腔壳、导流环、混水腔盖、超声探头、过渡管道、第一管道、第二管道、第三管道、第四管道的连接以及配合方式，使用solidworks软件建立喷头的三维模型并且导出设计图纸。