一種大型管狀結(jié)構(gòu)多通道水耦合超聲檢測裝置及檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)健康檢測領(lǐng)域，具體涉及一種大型管狀結(jié)構(gòu)的多通道水耦合超聲檢測裝置及其檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]大型管狀結(jié)構(gòu)作為氣、液容器、化工冶煉容器及安全保障設(shè)施等，廣泛應(yīng)用于航空航天、國防、化工、醫(yī)療等領(lǐng)域。由于制造過程中內(nèi)部缺陷(裂紋、空隙、夾雜物)的產(chǎn)生，以及使用過程中缺陷的演化以及新缺陷(裂紋、腐蝕)的產(chǎn)生，使得結(jié)構(gòu)的無損檢測變得困難。超聲檢測技術(shù)，作為五大常規(guī)無損檢測技術(shù)中應(yīng)用最廣泛、使用頻率最高、發(fā)展較快的一種無損檢測技術(shù)，以其檢測范圍廣、檢測深度大、缺陷定位準確、靈敏度高、成本低、使用方便、速度快、對人體無害以及便于現(xiàn)場使用等優(yōu)點，成為了此種結(jié)構(gòu)無損檢測的首要選擇。
[0003]超聲檢測方法可以分為接觸式、液浸式及空耦式三種。接觸式超聲檢測方法是超聲探頭與被測對象通過直接接觸傳播超聲波，兩者之間通常以涂抹耦合劑的方式達到排除空氣和良好接觸的效果。液浸式超聲檢測方法是超聲探頭與被測對象之間的超聲波耦合在液體通道中進行傳播?？振钍匠暀z測方法是超聲探頭與被測對象間的超聲波耦合在空氣中傳播。對于大型管狀結(jié)構(gòu)的超聲檢測，接觸式超聲檢測方法由于涂抹耦合劑的緣故，效率低下、成本較高、容易污染待測對象、難以自動化?？振钍匠暀z測方法檢測信號衰減嚴重、適用范圍有限且易受環(huán)境噪聲影響。相對以上兩種方法，液浸式超聲檢測方法具有非接觸、檢測信號衰減小、靈敏度高、效率高、適用范圍廣、成本較低、清潔環(huán)保且便于自動化的優(yōu)點，因此成為大型管狀結(jié)構(gòu)的首要選擇。但是，由于結(jié)構(gòu)體積大、質(zhì)量大、成封閉狀，浸沒在水槽中以實現(xiàn)液浸式超聲檢測的方法不適用于此種結(jié)構(gòu)。因此，通過噴水耦合的方式實現(xiàn)液浸式超聲脈沖回波檢測是大型管狀結(jié)構(gòu)的最佳方法。
[0004]對于上述方法，如何實現(xiàn)水親合直接決定著檢測結(jié)果。1985年，Borislav(US4507969)設(shè)計了一種超聲液體噴射探頭，主要實現(xiàn)方式為:制作一個噴嘴，將超聲探頭放置其中。通過改變噴嘴中探頭周圍流道的形狀來改變液體壓力及流速，將探頭底面部分浸入液體中，超聲波耦合在液體中噴射到被測對象表面。檢測信號既可以通過超聲脈沖回波的方式被同一探頭接收，也可以通過透射方式被結(jié)構(gòu)另一側(cè)的探頭接收，其中另一側(cè)探頭也是用相同的噴水耦合方法。隨后，波音公司的Fred(4558598)設(shè)計了一種超聲線性陣列噴嘴，用于層狀結(jié)構(gòu)(如蜂窩結(jié)構(gòu))的超聲透射模式檢測。該設(shè)計通過指數(shù)變幅擋板將線性陣列的超聲換能器流道完全隔開，每個換能器發(fā)射的超聲波耦合在水中經(jīng)各自的流道噴射到結(jié)構(gòu)表面，檢測信號由另一側(cè)的超聲探頭接收。隨著超聲檢測的廣泛應(yīng)用，各種超聲噴水耦合裝置也層出不窮，其中比較有代表性的如US74327B2、US7607594B2、US7798003B2等。上述專利的設(shè)計原理與結(jié)構(gòu)都和Borislav的設(shè)計大同小異。
[0005]相對國外而言，國內(nèi)的超聲檢測技術(shù)正處于一個蓬勃發(fā)展的階段，也有不少學(xué)者對噴水耦合系統(tǒng)進行了設(shè)計和應(yīng)用。徐志農(nóng)等(CN10268055A)設(shè)計了一種基于超聲檢測儀的水浸探頭噴水耦合裝置，采用可拆卸的多管道連接的方式形成探頭下游流道，將超聲波耦合其中并噴射到結(jié)構(gòu)表面。劉海波等(CN103962890A)設(shè)計了一種用于超聲檢測的噴液器，通過雙層多孔篩結(jié)構(gòu)實現(xiàn)雙層整流，控制水流為層流狀態(tài)。
[0006]上述國內(nèi)外液浸式超聲脈沖回波檢測的噴水耦合系統(tǒng)雖然都設(shè)計較為合理可行，但是仍不能應(yīng)用于大型的、管狀的結(jié)構(gòu)中，其主要不足之處在于:1.水流從噴嘴噴射出來后借助水槽形成水循環(huán)系統(tǒng)。對于大型系統(tǒng)，由于檢測時間長，且沒有足夠大的水槽，會造成嚴重的水流浪費，增加排水系統(tǒng)壓力。2.主要針對平面結(jié)構(gòu)的超聲檢測，很少考慮波束角度的改變，忽略了對管狀結(jié)構(gòu)超聲波檢測的波束角度校準問題，難以實現(xiàn)垂直入射。3.主要是單通道的超聲檢測，且噴嘴整體尺寸較大，不便于多通道的集成及測點密度的增加，進而無法滿足大型結(jié)構(gòu)的超聲檢測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了解決以上現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種大型管狀結(jié)構(gòu)的多通道水耦合超聲檢測裝置；檢測時可以實現(xiàn)接觸式水耦合檢測，大大減少水流損失；附加校準裝置，實現(xiàn)波束對弧面垂直入射；體積小，規(guī)范化，便于多通道的集成，有利于實現(xiàn)自動化。
[0008]本發(fā)明的一個目的在于提出一種大型管狀結(jié)構(gòu)的多通道水耦合超聲檢測裝置。
[0009]本發(fā)明的大型管狀結(jié)構(gòu)的多通道水耦合超聲檢測裝置包括:探頭、水腔組件、校準裝置和一分多水管轉(zhuǎn)換頭；其中，探頭設(shè)置在水腔組件中；多個水腔組件緊密排列成一排；在一排水腔組件的兩端分別設(shè)置校準裝置，通過緊固件與一排水腔組件緊固；在一排水腔組件上面設(shè)置一分多水管轉(zhuǎn)換頭，二者共軸，一分多水管轉(zhuǎn)換頭的下表面緊壓設(shè)置在水腔組件中的探頭；每一個水腔組件的頂部設(shè)置有入水嘴，底部設(shè)置有出水孔；一分多水管轉(zhuǎn)換頭的一端設(shè)置有總?cè)胨?，并且與多個水腔組件的入水嘴相對應(yīng)，設(shè)置有多個出水嘴，通過連接管分別與水腔組件的入水嘴連接；水從一分多水管轉(zhuǎn)換頭的總?cè)胨诹魅?，通過一分多水管轉(zhuǎn)換頭的每一個出水嘴分別流入水腔組件中的入水嘴，最終從每一個水腔組件的出水孔流出；在未受壓力的狀態(tài)下，校準裝置的下表面超出水腔組件的底部，放置在待測試件上的過程中校準裝置的下表面先接觸待測試件的表面，完成弧面校正，之后下壓整個檢測裝置，直至水腔組件的底部接觸待測試件的圓弧形的表面。
[0010]水腔組件包括上組件、中組件和下組件；其中，上組件內(nèi)設(shè)置有:探頭孔、入水孔、入水嘴、第一貯水池和流水槽，其中，在上組件的頂部分別設(shè)置探頭孔和一個或多個入水孔，探頭設(shè)置在探頭孔內(nèi)，入水嘴插入入水孔，入水孔的底部與第一貯水池的頂部連通，第一貯水池的底部設(shè)置多個流水槽，上組件的底部設(shè)置有外螺紋；中組件內(nèi)設(shè)置有第二貯水池，上組件中的多個流水槽的底部連接第二貯水池的頂部，中組件的頂部和底部分別設(shè)置有內(nèi)螺紋，分別與上組件和下組件連接；下組件的中心設(shè)置有通孔，通孔的底部設(shè)置出水口，作為水腔組件的終端，在出水口的外邊緣設(shè)置環(huán)形的硬質(zhì)海綿塊，硬質(zhì)海綿塊的底部超出出水口的底部；下組件的頂部設(shè)置有外螺紋，與中組件連接；水從入水嘴流入，經(jīng)入水孔進入第一 IC水池，從第一 IC水池的底部經(jīng)多個流水槽，進入第二 IC水池，最終從出水口流出。第一貯水池用以緩沖和整流，第二貯水池用以二次整流。探頭孔的尺寸根據(jù)探頭的尺寸設(shè)計為變徑孔，上部設(shè)置有軸肩凹槽，與探頭的軸肩配合定位。出水口的形狀為喇叭口形或圓錐形。
[0011]進一步，在上組件中還包括密封槽和密封圈，一個或多個密封槽環(huán)繞著探頭孔的外壁，密封圈設(shè)置在密封槽內(nèi)，以減少流水溢出。
[0012]在每一個水腔組件的上組件的兩側(cè)，分別設(shè)置有定位孔，多個水腔組件緊密排列成一排，分別用兩根支撐桿通過兩排定位孔，將水腔組件連接固定。
[0013]校準裝置包括滑