多晶片超声探头的研制与应用

　　某型飞机前起落架缓冲支柱活塞杆内壁焊缝在采用常规超声探头进行探伤时,常有漏检和误判的问题。为解决该类问题,对该结构件的超声探伤方法进行 了研究。由于该部件的内部结构、机械加工及探头接触面为弧状等因素,加大了对超声探头技术性能的要求。为减少探头入射声束在工件中的变化,集中声束的指向 性,提高该部件超声探伤的质量,研制了一种多晶片超声探头,以提高该部件超声探伤的可靠性。

　　1　研制多晶超声探头的背景

　　1.1　探伤件的基本情况

　　前起落架缓冲支柱活塞杆结构见图1所示,材料30CrMnSiA钢,探伤部位是内壁焊缝,活塞杆下根部至145 mm处。

　　图2是前起落架缓冲支柱活塞杆探伤区的局部纵向剖面图(按五倍放大),C_²处是裂纹区,各相关尺寸是从解剖件上测绘出来的。活塞杆内筒直径为50 mm,外表面镀铬。

　　1.2　探伤难点及原因分析

　　根据上述结构和裂纹部位等情况,选用便携式超声波探伤仪和常规横波探头,在对该部件的探伤中,常有误判或漏检的情况发生。为避免发生该类问题,提高该部件超声探伤的可靠性,对采用的超声探伤方法进行了分析研究。

　　在该部件的探伤试验中,考虑到探伤面为曲面,为使探头和探伤面接触稳定,保持一定的接触状态,将探头与探伤面接触的楔块表面加工成相吻合的曲 面。此状态虽能保持探头在探伤面上平稳移动,并能以一定的入射角入射到被检部件中,但对于管径较小的被检部件,即使在超声波束范围内,入射角也随着位置而 发生变化,因而有时在管内发生妨碍探伤的振动^[1]。该振动是影响探伤结果,造成误判或漏检的主要原因。

　　根据上述分析,在该类部件的探伤中,使探头在小管径探伤面上移动时保持入射角不随位置发生变化,是解决上述问题,提高探伤质量的主要方法。由此 研制了如图3所示的多晶超声探头,该探头采用几个长方形晶片并列在斜楔上,使其在接触块内产生的超声波束在探伤面上的入射角保持一定,避免在探头移动中入 射角随位置的变化影响探伤结果的可靠性。

　　2　多晶超声探头的设计

　　2.1　设计要点及目的

　　根据该部件探伤区的内部结构,该探头的设计要点为,①由于部件外径为50 mm,壁厚3.3 mm,壁厚与外径之比为0.066。根据管材探伤的特点,壁厚与外径比<0.20时^[1],可在管中采用横波进行探伤。从外表面扫查内表面C_²处垂直于管径的径向裂纹,横波从O点入射后除裂纹能反射外,要求R右边的弧形面不产生回波。②埋深较浅的裂纹需增大检出能力。