專利名稱：鋼管超聲波探傷組合探頭裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于超聲檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鋼管超聲波探傷組合探頭裝置。
背景技術(shù)：
近年來,無縫鋼管的需求越來越大,其產(chǎn)量也越來越高。對于鋼管的超聲波檢測應(yīng)用也越來越多。超聲波檢測方法有很多，脈沖反射法就是其中一種。所謂脈沖反射法，就是指在一定時序內(nèi)通過一次或者多次脈沖激發(fā)換能器發(fā)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沖位置及脈沖強(qiáng)弱來判定缺陷或者測量厚度。發(fā)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(chǎn)生和接收過程是一種能量轉(zhuǎn)換的過程，這種轉(zhuǎn)換是通過探頭來實現(xiàn)的，探頭的作用就是將電能轉(zhuǎn)換成超聲能(產(chǎn)生超聲波)和將超聲能轉(zhuǎn)換為電能(接收超聲波)。將能量從一種形式轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shù)據(jù)。現(xiàn)在的數(shù)字化多通道自動檢測儀器，配備多通道組合探頭，實現(xiàn)全自動掃描檢測，完全保存工件檢測數(shù)據(jù)，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(nèi)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(guī)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(nèi)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，尤其對于氣瓶管件，其厚度和缺陷都有嚴(yán)格要求，不滿足要求不能使用，否則將導(dǎo)致氣瓶爆裂，造成生命及財產(chǎn)損失。所以，研制一套完整的超聲波自動測厚探傷系統(tǒng)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(tǒng)所能實現(xiàn)的檢測功能。在現(xiàn)有的技術(shù)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(dāng)管件移動到檢測位置時，探頭組依次手動或者自動落下，然后螺旋掃描以檢測整個管件。這種排列方式所帶來的不足在于，只能采用水膜式耦合方式，耦合不穩(wěn)定，當(dāng)探頭落下的時候帶來的干擾將影響檢測結(jié)果?，F(xiàn)有的檢測設(shè)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(fā)明內(nèi)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(xiàn)測厚、橫向缺陷和縱向缺陷的同時檢測。 本實用新型采用的技術(shù)方案為在探頭架內(nèi)并排設(shè)置多個探頭組，位于中間的為測厚探頭組，超聲發(fā)射方向垂直向上，用以測量管件厚度；在測厚探頭組兩側(cè)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(cè)為測橫傷探頭組，分為測橫傷前探頭組和測橫傷后探頭組，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(diào)。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(cè)為測縱傷左探頭組，超聲發(fā)射方向為測厚探頭組的左側(cè)；測厚探頭組右側(cè)為測縱傷右探頭組，超聲發(fā)射方向為測厚探頭組的右側(cè)；測縱傷左探頭組的左側(cè)為測橫傷前探頭組，超聲發(fā)射方向為探頭裝置的前進(jìn)方向；測縱傷右探頭組的右側(cè)為測橫傷后探頭組，超聲發(fā)射方向為探頭裝置后退方向。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(fā)射。所述測縱傷探頭組為斜探頭，晶片向探頭組所構(gòu)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(jìn)方向傾斜，測橫傷后探頭組的晶片方向向探頭裝置的后退方向傾斜，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(shè)置探頭架隨動輪。本實用新型的有益效果為整套系統(tǒng)用于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(jī)械上，通過軟件控制探頭按照一定時序發(fā)射和接收超聲信號后處理成像。探頭采用多組探頭并列方式排列，從安裝上來看，結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省了安裝空間；從功能上看，測厚，橫向和縱向全部包含在內(nèi)，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(qū)小，提高了檢測質(zhì)量。一般適用于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(biāo)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-測橫傷后探頭組；6_探頭角度調(diào)節(jié)槽；7_探頭固定端；8_探頭架；9_管件；10_管件中心；11_縱向內(nèi)傷；12_橫向內(nèi)傷；13_縱向外傷；14_橫向外傷；15_水鋼界面波；16_縱向探頭內(nèi)壁回波；17_縱向外缺陷波；18_縱向內(nèi)缺陷波；19_橫向內(nèi)缺陷；20_橫向外缺陷；21-超聲波檢測器；22_超聲信號線；23_旋轉(zhuǎn)電機(jī)；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(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型做進(jìn)一步說明。由圖I、圖2、圖8和圖9所示，在探頭架8內(nèi)并排設(shè)置多個探頭組，位于中間的為測厚探頭組，超聲發(fā)射方向垂直向上，用以測量管件厚度；在測厚探頭組兩側(cè)為測縱傷探頭組，用以檢測管件縱向缺陷11和13 ;再外側(cè)為側(cè)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(diào)節(jié)槽6調(diào)節(jié)。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(cè)為測縱傷左探頭組2，超聲發(fā)射方向為測厚探頭組I的左側(cè)；測厚探頭組I右側(cè)為測縱傷右探頭組3，超聲發(fā)射方向為測厚探頭組I的右側(cè)；測縱傷左探頭組2的左側(cè)為測橫傷前探頭組4，超聲發(fā)射方向為探頭裝置的前進(jìn)方向；測縱傷右探頭組3的右側(cè)為測橫傷后探頭組5，超聲發(fā)射方向為探頭裝置后退方向。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(fā)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(diào)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(yīng)調(diào)整，使得角度達(dá)到最佳檢測位置并固定，以后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(zhuǎn)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(dāng)管件9旋轉(zhuǎn)的過程中，由于管件本身有一定彎曲度，所以在旋轉(zhuǎn)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(nèi)，水槽24內(nèi)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(zhuǎn)電機(jī)23帶動旋轉(zhuǎn)，檢測時通過樣管分別調(diào)整每組探頭組的角度并固定。換上實際檢測管件并啟動自動檢測，檢測過程中，管件9在旋轉(zhuǎn)電機(jī)23的帶動下原地旋轉(zhuǎn)，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(xiàn)對管件表面的螺旋掃描。掃描過程中，掃描螺距不能大于探頭覆蓋，否則將導(dǎo)致覆蓋不完全而漏檢。所謂螺距即管件旋轉(zhuǎn)一周探頭架前進(jìn)的距離。超聲波檢測器21安裝在水槽24 一側(cè)靠近探頭架8，探頭組接收的數(shù)據(jù)通過超聲波檢測器21采集，由超聲信號線22輸出送入計算機(jī)，再由相應(yīng)軟件處理成像并保存，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可置于管件9上方或者下方，如果探頭盒置于管件上方，那么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(fā)射，通過水耦合進(jìn)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(jìn)入管件9后，在管件內(nèi)表面反射將形成一個內(nèi)表面的縱向探頭內(nèi)壁回波16,此后將在內(nèi)表面形成多次反射回波,超聲波在管件內(nèi)部的傳播速度是一定的，儀器采集兩次回波數(shù)據(jù)，通過軟件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(fā)射通過水耦合進(jìn)入管件，在水和管件的接觸界面將會形成一個水鋼界面波。由于傾斜入射，一部分超聲波能量被反射入水中，一部分進(jìn)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(jìn)入管件的部分超聲波將在管件內(nèi)部多次反射，當(dāng)管件內(nèi)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，被探頭接收后經(jīng)過儀器處理形成反射回波，內(nèi)壁缺陷形成的回波稱之為縱向內(nèi)缺陷波18，外壁缺陷形成的回波稱之為縱向外缺陷波17。儀器通過軟件采集相應(yīng)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(yīng)缺陷回波為橫向內(nèi)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(nèi)注水，水量以沒過探頭組覆蓋區(qū)域即可。在水的浮力作用下，探頭架整體將上升。(2)放上標(biāo)準(zhǔn)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(yùn)行軟件。在軟件的控制下，探頭組按照一定時序發(fā)射和接收超聲波信號，經(jīng)信號線將信號傳送至計算機(jī)處理畫圖。(4)通過標(biāo)準(zhǔn)樣管調(diào)整探頭角度，通過對應(yīng)的人工缺陷，分別將各組探頭角度調(diào)整至最佳角度位置并固定。(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(zhuǎn)，調(diào)整好螺距使得探頭螺旋覆蓋掃描整根管件，計算機(jī)通過軟件實時采集信號畫出缺陷圖。(6)保存掃描數(shù)據(jù)圖像，分析結(jié)果。(7)換上下一根管件，繼續(xù)掃描。
權(quán)利要求1.鋼管超聲波探傷組合探頭裝置，其特征在于，在探頭架內(nèi)并排設(shè)置多個探頭組，位于中間的為測厚探頭組，超聲發(fā)射方向垂直向上；在測厚探頭組兩側(cè)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(cè)為測橫傷探頭組，分為測橫傷前探頭組和測橫傷后探頭組；所有探頭組排列成弧形，且各探頭組的角度可調(diào)；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(jù)權(quán)利要求I所述的鋼管超聲波探傷組合探頭裝置，其特征在于，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(cè)為測縱傷左探頭組，超聲發(fā)射方向為測厚探頭組的左側(cè)；測厚探頭組右側(cè)為測縱傷右探頭組，超聲發(fā)射方向為測厚探頭組的右側(cè)；測縱傷左探頭組的左側(cè)為測橫傷前探頭組，超聲發(fā)射方向為探頭裝置的前進(jìn)方向；測縱傷右探頭組的右側(cè)為測橫傷后探頭組，超聲發(fā)射方向為探頭裝置后退方向。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋼管超聲波探傷組合探頭裝置，其特征在于，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(fā)射。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋼管超聲波探傷組合探頭裝置，其特征在于，所述測縱傷探頭組為斜探頭，晶片向探頭組所構(gòu)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(jìn)方向傾斜，測橫傷后探頭組的晶片方向向探頭裝置的后退方向傾斜，傾斜角度為三十五度至四十五度。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋼管超聲波探傷組合探頭裝置，其特征在于，所述探頭架的上表面為弧形，探頭架的兩端設(shè)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于超聲檢測技術(shù)領(lǐng)域。在探頭架內(nèi)并排設(shè)置多個探頭組，位于中間的為測厚探頭組，超聲發(fā)射方向垂直向上，用以測量管件厚度；在測厚探頭組兩側(cè)為測縱傷探頭組，用以檢測管件縱向缺陷；再外側(cè)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(diào)。探頭采用多組探頭并列方式排列，從安裝上來看，結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省了安裝空間；從功能上看，測厚，橫向和縱向全部包含在內(nèi)，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(qū)小，提高了檢測質(zhì)量。一般適用于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(yōu)先權(quán)日2012年8月3日
發(fā)明者滕永平, 吳迪, 張樂, 梁業(yè)君 申請人:北京交通大學(xué), 北京波易達(dá)成像技術(shù)有限公司