鋼管超聲波探傷組合探頭裝置的製作方法

2023-10-05 03:39:49

專利名稱：鋼管超聲波探傷組合探頭裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於超聲檢測技術領域，特別涉及一種鋼管超聲波探傷組合探頭裝置。
背景技術：
近年來,無縫鋼管的需求越來越大,其產量也越來越高。對於鋼管的超聲波檢測應用也越來越多。超聲波檢測方法有很多，脈衝反射法就是其中一種。所謂脈衝反射法，就是指在一定時序內通過一次或者多次脈衝激發換能器發射和接收超聲信號，在同步信號的作用下，檢測儀器通過接收返回的脈衝位置及脈衝強弱來判定缺陷或者測量厚度。發射和接收超聲波信號的就是換能器，即探頭。在超聲波檢測中，超聲波的產生和接收過程是一種能量轉換的過程，這種轉換是通過探頭來實現的，探頭的作用就是將電能轉換成超聲能(產生超聲波)和將超聲能轉換為電能(接收超聲波)。將能量從一種形式轉換為另一種形式的器件稱為換能器，探頭就是一種電聲能量轉換的換能器件。最早的超聲檢測是單通道手持式儀器，只有一個探頭，通過人手持的方式在工件上做地毯式掃描檢測，速度慢，效率低，且只能通過超聲回波分析，不能實時保存檢測數據。現在的數位化多通道自動檢測儀器，配備多通道組合探頭，實現全自動掃描檢測，完全保存工件檢測數據，速度快，效率高。在此過程中，探頭的排列方式就很重要，合理的排列方式更加有效率。超聲波檢測主要包含測厚和探傷，測厚是指通過返回的超聲波回波信號自動計算管件厚度。探傷是指通過超聲波回波信號自動檢測管件內部是否有缺陷，以便判定該管件是否可用。在超聲波檢測中，規定管件缺陷如圖3所示，管件缺陷按取向分為橫向缺陷(12，14)和縱向缺陷(11，13)，按位置分為內部缺陷(11，12)和外部缺陷(13，14)，檢測過程中，必須將管件上所有的此類缺陷都檢測出來不可遺漏，否則將帶來隱患。在超聲波自動檢測中，測厚和探傷都是必不可少的，尤其對於氣瓶管件，其厚度和缺陷都有嚴格要求，不滿足要求不能使用，否則將導致氣瓶爆裂，造成生命及財產損失。所以，研製一套完整的超聲波自動測厚探傷系統就顯得尤為重要。在超聲波檢測中，換能器好比人的眼睛，沒有換能器將無法完成檢測。換能器的功能和排列方式直接決定該檢測系統所能實現的檢測功能。在現有的技術中，換能器的排列方式有很多種，但是都有一定缺陷。最常見的就是將探頭組間隔一定距離一字排開，當管件移動到檢測位置時，探頭組依次手動或者自動落下，然後螺旋掃描以檢測整個管件。這種排列方式所帶來的不足在於，只能採用水膜式耦合方式，耦合不穩定，當探頭落下的時候帶來的幹擾將影響檢測結果。現有的檢測設備，功能都比較單一，有的只能測厚，不能檢測管件缺陷；有的只能檢測縱向缺陷或者只能檢測橫向缺陷，沒有測厚功能。在這樣的情況下，同一根管件如果測厚，橫向缺陷和縱向缺陷都需要檢測，那將至少需要檢測三次，檢測效率低。
發明內容為解決以上問題，本實用新型提供了一種鋼管超聲波探傷組合探頭裝置，將實現測厚、橫向缺陷和縱向缺陷的同時檢測。 本實用新型採用的技術方案為在探頭架內並排設置多個探頭組，位於中間的為測厚探頭組，超聲發射方向垂直向上，用以測量管件厚度；在測厚探頭組兩側為測縱傷探頭組，分為測縱傷左探頭組和測縱傷右探頭組，用以檢測管件縱向缺陷；再外側為測橫傷探頭組，分為測橫傷前探頭組和測橫傷後探頭組，用以檢測管件橫向缺陷；所有探頭組排列成弧形，且各探頭組的角度可調。測縱傷的探頭組和測橫傷的探頭組安裝位置可以互換。所述探頭組為5組，中間的為一組測厚探頭組；在測厚探頭組左側為測縱傷左探頭組，超聲發射方向為測厚探頭組的左側；測厚探頭組右側為測縱傷右探頭組，超聲發射方向為測厚探頭組的右側；測縱傷左探頭組的左側為測橫傷前探頭組，超聲發射方向為探頭裝置的前進方向；測縱傷右探頭組的右側為測橫傷後探頭組，超聲發射方向為探頭裝置後退方向。所述測厚探頭組為直探頭，晶片的安裝角度為零，超聲波垂直發射。所述測縱傷探頭組為斜探頭，晶片向探頭組所構成弧形的中心傾斜，傾斜角度為三十五度至四十五度；所述測橫傷探頭組為斜探頭，其中測橫傷前探頭組的晶片向探頭裝置的前進方向傾斜，測橫傷後探頭組的晶片方向向探頭裝置的後退方向傾斜，傾斜角度為三十五度至四十五度。所述探頭架的上表面為弧形，探頭架的兩端設置探頭架隨動輪。本實用新型的有益效果為整套系統用於鋼管或者氣瓶的超聲波無損檢測，探頭連接上超聲波探傷儀安裝在傳動機械上，通過軟體控制探頭按照一定時序發射和接收超聲信號後處理成像。探頭採用多組探頭並列方式排列，從安裝上來看，結構緊湊，節省了安裝空間；從功能上看，測厚，橫向和縱向全部包含在內，一次掃描即可完成對測厚和探傷檢測的所有工作，提高了效率。從掃描覆蓋上看，檢測時探頭從管頭掃描至管尾，覆蓋完全盲區小，提高了檢測質量。一般適用於無縫鋼管或者天然氣瓶的檢測。

圖I為探頭組排列方式示意圖；圖2為探頭組排列方式的徑向示意圖)；圖3為管件缺陷定義；圖4為測厚原理圖；圖5為縱向探傷原理圖；圖6為橫向探傷原理圖；圖7為本裝置的整體效果圖；圖8為探頭架示意圖；[0028]圖9為探頭架在管件上方的示意圖。圖中標號I-測厚探頭組；2_測縱傷左探頭組；3_測縱傷右探頭組；4_測橫傷前探頭組；5-測橫傷後探頭組；6_探頭角度調節槽；7_探頭固定端；8_探頭架；9_管件；10_管件中心；11_縱向內傷；12_橫向內傷；13_縱向外傷；14_橫向外傷；15_水鋼界面波；16_縱向探頭內壁回波；17_縱向外缺陷波；18_縱向內缺陷波；19_橫向內缺陷；20_橫向外缺陷；21-超聲波檢測器；22_超聲信號線；23_旋轉電機；24_水槽；25_探頭架隨動輪。
具體實施方式
本實用新型提供了一種鋼管超聲波探傷組合探頭裝置，
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型做進一步說明。由圖I、圖2、圖8和圖9所示，在探頭架8內並排設置多個探頭組，位於中間的為測厚探頭組，超聲發射方向垂直向上，用以測量管件厚度；在測厚探頭組兩側為測縱傷探頭組，用以檢測管件縱向缺陷11和13 ;再外側為側橫傷探頭組，用以檢測管件橫向缺陷12和14 ;所有探頭組排列成弧形，且各探頭組的角度可通過探頭角度調節槽6調節。具體到本實施例中，探頭組共為5組，中間的為一組測厚探頭組I ;在測厚探頭組I左側為測縱傷左探頭組2，超聲發射方向為測厚探頭組I的左側；測厚探頭組I右側為測縱傷右探頭組3，超聲發射方向為測厚探頭組I的右側；測縱傷左探頭組2的左側為測橫傷前探頭組4，超聲發射方向為探頭裝置的前進方向；測縱傷右探頭組3的右側為測橫傷後探頭組5，超聲發射方向為探頭裝置後退方向。測厚探頭組I為直探頭，晶片的安裝角度為零，超聲波垂直發射；測縱傷探頭組為斜探頭，晶片角度的安裝角度為三十五度至四十五度；測橫傷探頭組為斜探頭，晶片角度的安裝角度為三十五度至四十五度。在檢測不同直徑的管件9時，分別調整每個探頭組的角度，使得每個探頭組與管件中心10相對，通過樣管上的人工缺陷來做相應調整，使得角度達到最佳檢測位置並固定，以後相同直徑的管件就可以在此角度下完成檢測。探頭架8的兩端各安裝兩個隨動軸承，隨動軸承上安裝探頭架隨動輪25。所謂隨動，是指探頭架8隨著管件9的旋轉而上下移動。在檢測過程中，四個隨動軸承在水的浮力或者彈簧的壓力作用下保持與管件表面接觸。當管件9旋轉的過程中，由於管件本身有一定彎曲度，所以在旋轉的過程中管件9會有一定幅度的跳動，想要探頭盒能保持與管件表面接觸，就必須有一個作用力壓著探頭盒，一般選擇水的浮力或者是彈簧的彈力，這樣使得探頭表面與管件表面始終保持一定的距離和固定的角度，以保證檢測精度。實際檢測過程中，探頭架8安裝在水槽24之內，水槽24內放滿水沒過探頭架8，管件9通過夾緊裝置固定在水槽24上方通過旋轉電機23帶動旋轉，檢測時通過樣管分別調整每組探頭組的角度並固定。換上實際檢測管件並啟動自動檢測，檢測過程中，管件9在旋轉電機23的帶動下原地旋轉，探頭架8從管件9的一端以一定的速度勻速移動到另一端，實現對管件表面的螺旋掃描。掃描過程中，掃描螺距不能大於探頭覆蓋，否則將導致覆蓋不完全而漏檢。所謂螺距即管件旋轉一周探頭架前進的距離。超聲波檢測器21安裝在水槽24 一側靠近探頭架8，探頭組接收的數據通過超聲波檢測器21採集，由超聲信號線22輸出送入計算機，再由相應軟體處理成像並保存，由此可得到整根管件的厚度和缺陷信息圖像。安裝時，探頭架8可置於管件9上方或者下方，如果探頭盒置於管件上方，那麼管件將全部浸入水中，使得管件表面到探頭組表面之間充滿水以保證耦合。測厚探頭組I為直探頭，晶片角度零度，超聲波垂直發射，通過水耦合進入管件9，在水和管件的接觸界面會有一個水鋼界面波15，超聲波進入管件9後，在管件內表面反射將形成一個內表面的縱向探頭內壁回波16,此後將在內表面形成多次反射回波,超聲波在管件內部的傳播速度是一定的，儀器採集兩次回波數據，通過軟體算出兩次回波之間的時間間隔，再乘以超聲波的傳播速度，即可得出管件的厚度。測縱傷探頭組為斜探頭，超聲波傾斜發射通過水耦合進入管件，在水和管件的接觸界面將會形成一個水鋼界面波。由於傾斜入射，一部分超聲波能量被反射入水中，一部分進入管件，反射回探頭被接收到的能量相比測厚小很多，所以此水鋼界面回波比測厚回波低。進入管件的部分超聲波將在管件內部多次反射，當管件內壁或者外壁有缺陷時，超聲波 的大部分能量將被缺陷反射回探頭，被探頭接收後經過儀器處理形成反射回波，內壁缺陷形成的回波稱之為縱向內缺陷波18，外壁缺陷形成的回波稱之為縱向外缺陷波17。儀器通過軟體採集相應位置的反射回波來判定此處是否有缺陷，從而判定該管件是否合格。橫向缺陷檢測原理跟縱向缺陷檢測大致相同，不同的是探頭晶片的排列方向，所檢測出來的相應缺陷回波為橫向內缺陷波19和橫向外缺陷波20。檢測過程具體分以下幾步(I)給水槽內注水，水量以沒過探頭組覆蓋區域即可。在水的浮力作用下，探頭架整體將上升。(2)放上標準樣管，在管件的壓力下探頭架將下降一定距離。使得探頭架上的四個探頭架隨動輪緊貼著管件，以保證探頭到管件之間的距離一定。(3)打開儀器，運行軟體。在軟體的控制下，探頭組按照一定時序發射和接收超聲波信號，經信號線將信號傳送至計算機處理畫圖。(4)通過標準樣管調整探頭角度，通過對應的人工缺陷，分別將各組探頭角度調整至最佳角度位置並固定。(5)卸下樣管，放上實際待檢測管件，將探頭架移動至管件一端，同時啟動行走和旋轉，調整好螺距使得探頭螺旋覆蓋掃描整根管件，計算機通過軟體實時採集信號畫出缺陷圖。(6)保存掃描數據圖像，分析結果。(7)換上下一根管件，繼續掃描。
權利要求1.鋼管超聲波探傷組合探頭裝置，其特徵在於，在探頭架內並排設置多個探頭組，位於中間的為測厚探頭組，超聲發射方向垂直向上；在測厚探頭組兩側為測縱傷探頭組，分為測縱傷左探頭組和測縱傷右探頭組；再外側為測橫傷探頭組，分為測橫傷前探頭組和測橫傷後探頭組；所有探頭組排列成弧形，且各探頭組的角度可調；測縱傷的探頭組和測橫傷的探頭組安裝位置可以互換。
2.根據權利要求I所述的鋼管超聲波探傷組合探頭裝置，其特徵在於，所述探頭組為5組，中間的為一組測厚探頭組；在測厚探頭組左側為測縱傷左探頭組，超聲發射方向為測厚探頭組的左側；測厚探頭組右側為測縱傷右探頭組，超聲發射方向為測厚探頭組的右側；測縱傷左探頭組的左側為測橫傷前探頭組，超聲發射方向為探頭裝置的前進方向；測縱傷右探頭組的右側為測橫傷後探頭組，超聲發射方向為探頭裝置後退方向。
3.根據權利要求I所述的鋼管超聲波探傷組合探頭裝置，其特徵在於，所述測厚探頭組為直探頭，晶片的安裝角度為零，超聲波垂直發射。
4.根據權利要求I所述的鋼管超聲波探傷組合探頭裝置，其特徵在於，所述測縱傷探頭組為斜探頭，晶片向探頭組所構成弧形的中心傾斜，傾斜角度為三十五度至四十五度；所述測橫傷探頭組為斜探頭，其中測橫傷前探頭組的晶片向探頭裝置的前進方向傾斜，測橫傷後探頭組的晶片方向向探頭裝置的後退方向傾斜，傾斜角度為三十五度至四十五度。
5.根據權利要求I所述的鋼管超聲波探傷組合探頭裝置，其特徵在於，所述探頭架的上表面為弧形，探頭架的兩端設置探頭架隨動輪。
專利摘要一種鋼管超聲波探傷組合探頭裝置屬於超聲檢測技術領域。在探頭架內並排設置多個探頭組，位於中間的為測厚探頭組，超聲發射方向垂直向上，用以測量管件厚度；在測厚探頭組兩側為測縱傷探頭組，用以檢測管件縱向缺陷；再外側為測橫傷探頭組，用以檢測管件橫向缺陷；兩種探頭組位置可以互換。所有探頭組排列成弧形，且各探頭組的角度可調。探頭採用多組探頭並列方式排列，從安裝上來看，結構緊湊，節省了安裝空間；從功能上看，測厚，橫向和縱向全部包含在內，一次掃描即可完成對測厚和探傷檢測的所有工作，提高了效率。從掃描覆蓋上看，檢測時探頭從管頭掃描至管尾，覆蓋完全盲區小，提高了檢測質量。一般適用於無縫鋼管或者天然氣瓶的檢測。
文檔編號G01N29/04GK202676673SQ20122038514
公開日2013年1月16日 申請日期2012年8月3日 優先權日2012年8月3日
發明者滕永平, 吳迪, 張樂, 梁業君 申請人:北京交通大學, 北京波易達成像技術有限公司