厚壁管道母材超聲導波檢測專用探頭的製作方法

2023-12-01 15:48:46

專利名稱：厚壁管道母材超聲導波檢測專用探頭的製作方法
技術領域：
厚壁管道母材超聲導波檢測專用探頭一、技術領域[0001]本實用新型主要涉及一種厚壁管道超聲導波檢測用的探頭，特別是涉及一種用 超聲導波檢測火力發電廠厚壁管道母材的專用探頭，屬於無損檢測技術領域。二、背景技術[0002]厚壁管道是火力發電廠安全運行的重要部件，多應用在主蒸汽、再熱高溫段管 道等部位，其在役運行存在一定的溫度和壓力，屬於火力發電廠金屬監督範疇。以往對 其管道母材質量的檢測，大多採用傳統超聲波特定角度斜入射法，對其管道的軸向條狀 缺陷(管道走向方向)進行檢測，因為從管道運行中所受應力看，軸向條狀缺陷，尤其是 管道內外表面附近的縱向條狀缺陷，其危險性大於沿圓周方向的缺陷。傳統方法採用在 管材內部具有一定傾斜角度的超聲橫波，用超聲波換能器-探頭(單晶片)沿管道的圓周 方向進行掃查，該方法已有相關標準(JB/T4730-20(^)，是一種較成熟的方法。但該方 法存在檢測效率低(時間長、速度慢)，對探頭沒有掃查的部位或聲耦合不好的部位，無 法實現檢測，同時探頭掃查部位的材料檢測面必須經打磨處理，已達到聲耦合目的，否 者無法檢測。三、實用新型內容[0003]1、實用新型目的[0004]本實用新型提供一種厚壁管道母材超聲導波檢測專用探頭，其目的在於提高檢 測效率，實現對管道母材缺陷的高檢出率，克服傳統檢測方法採用單晶片的探頭檢測時 間長、速度慢、檢測效率低，對探頭沒有掃查或聲耦合不好的部位無法檢測等方面存在 的缺陷。[0005]2、技術方案[0006]本實用新型是通過以下技術方案來實現的[0007]—種厚壁管道母材超聲導波檢測專用探頭，用於火力發電廠主蒸汽、再高溫段 管道的檢測，其特徵在於所述探頭主要包括多塊壓電陶瓷製成的晶片和有機玻璃製成 的透聲楔塊，晶片設置在透聲楔塊上；透聲楔塊與待測的管道的外壁相接觸所形成的接 觸面為探頭檢測接觸面，上述多塊晶片沿管道橫截面的圓周方向排列設置，形成一維陣 列。[0008]上述探頭檢測接觸面與管道外徑的曲率相同。[0009]上述的多塊晶片為八塊，所述的八塊晶片沿從右到左方向的前七塊晶片為脈衝 發射晶片，最後一塊晶片為脈衝接收晶片。[0010]上述脈衝發射晶片的折射角α為，脈衝接收晶片的折射角β為60° 70°。[0011]上述的脈衝發射晶片即前七塊晶片的相鄰晶片之間的間距小於激勵脈衝的波長。[0012]當晶片的頻率為IMHz時，上述相鄰晶片之間的間距小於2.73mm。[0013]3、優點及效果[0014]本實用新型提供了一種厚壁管道母材超聲導波檢測專用探頭，具有以下優點[0015](1)、檢測效率高，只需要對管道的局部進行檢測面打磨處理，即可實現探頭所 在處、相當於探頭寬度範圍內的管道一周母材質量進行檢測，無需對受檢管道的檢測面 的一周進行100%打磨；[0016](2),可檢測的缺陷種類增加，傳統方法檢測時，一般情況下對管道材料內外表 面有一定面積的均勻腐蝕性缺陷、點狀缺陷不易檢出，本實用新型可以很好的解決這一 問題；[0017](3)、檢出率高、避免漏檢，本實用新型為大面積聲覆蓋，避免傳統方法中因打 磨不好或現場條件限制探頭無法接觸到的部位，對管道母材質量的漏檢；[0018](4),操作安全性強，因厚壁管道都具有一定危險性的高度，傳統檢測方法需要 檢測人員在高空中不斷變換體位，以實現100%管道母材檢測，本實用新型只需要一個對 檢測人員最合適的位置即可，無需變換體位，降低由此帶來的危險性，增強了操作人員 的安全性。

[0019]圖1為本實用新型的示意圖。[0020]附圖標記說明[0021]在圖1中1-晶片，2-透聲楔塊，3-管道，4-探頭檢測接觸面，5-脈衝發射 晶片，6-脈衝接收晶片，B-導波傳播方向。五具體實施方式
[0022]
以下結合附圖對本實用新型做進一步的說明[0023]本實用新型提供了一種厚壁管道母材超聲導波檢測專用探頭，用於火力發電廠 主蒸汽、再高溫段管道的檢測，如圖1中所示，其特徵在於所述的探頭主要包括多塊 壓電陶瓷製成的晶片1和有機玻璃製成的透聲楔塊2，晶片1設置在透聲楔塊2上；透聲 楔塊2與待測的管道3的外壁相接觸，所形成的接觸面為探頭檢測接觸面4，上述多塊晶 片1沿管道3橫截面的圓周方向排列設置，形成一維陣列。[0024]上述探頭檢測接觸面4與管道3外徑的曲率相同，設置成相同的曲率可以檢出危 險性高的軸向缺陷。[0025]上述的多塊晶片1設置為八塊時檢測效果最好，所述的八塊晶片1沿從右到左方 向的前七塊晶片1為脈衝發射晶片5，最後一塊晶片1為脈衝接收晶片6。[0026]上述脈衝發射晶片5的折射角α為，脈衝接收晶片6的折射角β為60° 70°。[0027]上述的脈衝發射晶片5即前七塊晶片1的相鄰晶片之間的間距小於激勵脈衝的波 長，這樣設置的目的是使前七塊晶片1形成的陣列不產生多餘的旁瓣，讓七塊晶片各自 產生的聲波互相疊加，形成單一的聲束主瓣。[0028]當晶片1的頻率選定為IMPiz時，上述相鄰晶片之間的間距小於2.73mm。4[0029]實施例1 [0030]針對Φ420X40mm規格的無縫鋼管，為了檢出危險性高的軸向缺陷，將探頭檢 測接觸面4製作成與管道3外徑相同的曲率，基於導波激發的原理，採用八塊10X20mm 的鋯鈦酸鉛壓電陶瓷晶片1，採用有機玻璃作為透聲楔塊2，將八塊晶片1沿管道3橫截 面的圓周方向排列設置，如圖1中所示，形成一維線陣，從右到左方向的前七塊晶片用 於脈衝發射，即為脈衝發射晶片5，最後一塊晶片即第八塊晶片用於接收導波信號，即為 脈衝接收晶片6，方向B為導波傳播方向；前七塊晶片的折射角選α定為的橫波， 第八塊晶片即脈衝接收晶片的折射角β在60° 70°之間，晶片1的頻率選定1MHz， 為使前七塊晶片形成的陣列不產生多餘的旁瓣，讓七塊晶片各自產生的聲波互相疊加， 形成單一的聲束主瓣，將該七塊晶片之間的間距控制在小於激勵脈衝的波長λ =C/f = 2.73/1 = 2.73mm以內，每塊晶片1背襯的聲阻尼和整個探頭的阻抗匹配線圈採用常規探 頭做法，這裡不再贅述。結合專用的數字超聲波儀器，在實際檢測中，只需將探頭垂直 管道3軸向(管道走向)，其激發出的導波沿管道3橫截面的圓周方向傳播一周，在第八 塊晶片即脈衝接收晶片6接收到導波的複合脈衝形成的波包波形，將探頭沿管道3的外壁 做軸向移動，由此管道3全周母材得以檢測。[0031]在實驗室中，根據現行標準JB/T4730-2005的相關要求，製作含人工缺陷的試 塊，本實用新型所述的探頭均可較好的檢測出符合標準要求的軸向人工缺陷，達到標準 的要求。[0032]本實用新型這種厚壁管道母材超聲導波檢測專用探頭，結構簡單、檢測效率 高、提高了管道母材的檢出率、有效避免漏檢，並且增加了可檢測的缺陷種類，增強了 操作人員的安全性，適於在發電廠大規模地推廣應用。
權利要求1.一種厚壁管道母材超聲導波檢測專用探頭，用於火力發電廠主蒸汽、再高溫段管 道的檢測，其特徵在於所述探頭主要包括多塊壓電陶瓷製成的晶片(1)和有機玻璃制 成的透聲楔塊0)，晶片(1)設置在透聲楔塊( 上；透聲楔塊( 與待測的管道(3)的 外壁相接觸所形成的接觸面為探頭檢測接觸面G)，上述多塊晶片(1)沿管道( 橫截面 的圓周方向排列設置，形成一維陣列。
2.根據權利要求1所述的厚壁管道母材超聲導波檢測專用探頭，其特徵在於所述 探頭檢測接觸面(4)與管道C3)外徑的曲率相同。
3.根據權利要求1或2所述的厚壁管道母材超聲導波檢測專用探頭，其特徵在於所 述的多塊晶片(1)為八塊，所述的八塊晶片(1)沿從右到左方向的前七塊晶片(1)為脈衝 發射晶片(5)，最後一塊晶片(1)為脈衝接收晶片(6)。
4.根據權利要求3所述的厚壁管道母材超聲導波檢測專用探頭，其特徵在於所述 脈衝發射晶片(5)的折射角α為，脈衝接收晶片(6)的折射角β為60° 70°。
5.根據權利要求3所述的厚壁管道母材超聲導波檢測專用探頭，其特徵在於所述 的脈衝發射晶片(5)即前七塊晶片⑴的相鄰晶片之間的間距小於激勵脈衝的波長。
6.根據權利要求4所述的厚壁管道母材超聲導波檢測專用探頭，其特徵在於當晶 片(1)的頻率為IMHz時，上述相鄰晶片之間的間距小於2.73mm。
專利摘要本實用新型涉及一種厚壁管道母材超聲導波檢測專用探頭，用於火力發電廠主蒸汽、再高溫段管道的檢測，其特徵在於所述探頭主要包括多塊壓電陶瓷製成的晶片和有機玻璃製成的透聲楔塊，晶片設置在透聲楔塊上；採用一維線陣形式的壓電陶瓷晶片組合，激發超聲導波，實現對火力發電廠厚壁管道母材的質量檢測。克服了傳統檢測方法的缺陷，結構簡單、檢測效率高、提高了管道母材的檢出率、有效避免漏檢，並且增加了可檢測的缺陷種類，增強了操作人員的安全性，適於推廣應用。
文檔編號G01N29/24GK201811946SQ20102053618
公開日2011年4月27日 申請日期2010年9月20日 優先權日2010年9月20日
發明者張博 申請人:東北電力科學研究院有限公司