電子束焊縫的超聲相控陣快速掃查裝置和檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無損檢測領(lǐng)域，涉及一種電子束焊縫的超聲相控陣快速掃查裝置和檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在電子束焊接過程中存在各種復(fù)雜因素的影響，不可避免地會形成一些焊接缺陷，根本上消除焊接缺陷在工程上是不可能的。因此，防止電子束焊接件發(fā)生失效的根本措施是對電子束焊縫實施可靠的無損檢測，對其中可能出現(xiàn)的各類缺陷定性和定位，篩選出存在危險缺陷的零件，消除隱患。
[0003]超聲檢測可在大厚度材料中檢測小缺陷，同時還可較精確地確定缺陷深度，是解決上述問題的良好途徑。已有的研究也已經(jīng)證明了該技術(shù)應(yīng)用于電子束焊縫的可行性。為了檢測出焊縫中微小的氣孔型缺陷，常采用水浸聚焦超聲技術(shù)對焊縫內(nèi)部進(jìn)行高靈敏度檢測。但聚焦探頭的焦區(qū)長度有限，檢測的厚度范圍一般較小，焦區(qū)外靈敏度急劇下降。為了實現(xiàn)厚度較大零件電子束焊縫的高靈敏度檢測，需要采用多個不同焦距的探頭檢測不同深度區(qū)域，以便在整個檢測范圍內(nèi)實現(xiàn)超聲聲束的聚焦。
[0004]為了實現(xiàn)整個焊縫區(qū)域的覆蓋，需要采用多個探頭實施檢測，每個探頭都需進(jìn)行二維掃查，造成檢測周期長;再有，為了實現(xiàn)穩(wěn)定的耦合，需要專用的水浸或噴水掃查設(shè)備，這些設(shè)備通常體積龐大，成本高，且不易攜帶，無法進(jìn)行外場檢測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提出一種能夠避免頻繁更換探頭，并且能夠利用相控陣的電子掃查代替機械掃查，將二維掃查簡化為一維掃查的電子束焊縫的超聲相控陣快速掃查裝置和檢測方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0007]掃查裝置包括一個超聲探傷儀、控制計算機、超聲探頭、滾輪式編碼器，所說的超聲探傷儀是超聲相控陣探傷儀，所述的超聲探頭是由一個線性超聲相控陣探頭和與其配合的外套組成，外套為兩個對稱的倒L結(jié)構(gòu)，外套的長、寬、高分別與線性超聲相控陣探頭的長、寬、高相對應(yīng)，外套的一個邊上設(shè)有開口槽，開口槽卡接在線性超聲相控陣探頭的接線口上;其中一個外套的外壁上安裝滾輪式編碼器，滾輪式編碼器的滾輪轉(zhuǎn)動軸與線性超聲相控陣探頭長度方向平行，滾輪轉(zhuǎn)動軸上安裝滾輪緣，滾輪的外緣與線性超聲相控陣探頭的工作表面相切;超聲相控陣探傷儀的超聲回波信號輸出端通過電纜與控制計算機的超聲回波信號輸入端連接，線性超聲相控陣探頭的探頭激勵信號輸入端通過電纜與超聲相控陣探傷儀的探頭激勵信號輸出端連接，滾輪式編碼器的位置信號I/O端口與超聲相控陣探傷儀的位置信號I/O端口連接;線性超聲相控陣探頭的工作表面與被檢測電子束焊縫的上表面緊密接觸，線性超聲相控陣探頭的長軸方向垂直于電子束焊縫方向。
[0008]利用所述電子束焊縫的超聲相控陣快速掃查裝置進(jìn)行檢測的方法，檢測的步驟如下:
[0009](1)、系統(tǒng)連接:連接好超聲相控陣探傷儀、控制計算機和超聲探頭的電纜，在電子束焊縫的上表面均勻涂抹耦合劑，并將超聲探頭置于電子束焊縫表面，使線性超聲相控陣探頭的長軸方向垂直于電子束焊縫方向；
[0010](2)、獲取和記錄位置信息及超聲回波信號:
[0011 ]滾輪式編碼器將其初始位置信息傳遞給超聲相控陣探傷儀，并通過超聲相控陣探傷儀傳遞給控制計算機，保持線性超聲相控陣探頭位置不變，完成如下步驟:
[0012](2.1)、確定第一組晶片序列:確定線性超聲相控陣探頭的一組晶片序列的總晶片數(shù)m，m為1?η中的任一整數(shù)，η為線性超聲相控陣探頭的晶片總數(shù);則第一組晶片序列的晶片序號依次為1，2，......，m;
[0013](2.2)、確定超聲信號發(fā)射和接收的延遲時間:確定聲束聚焦深度δ，δ在0?d之間取值，d為被檢電子束焊縫的總厚度;超聲相控陣探傷儀根據(jù)聚焦深度δ計算出線性超聲相控陣探頭各個晶片的延遲時間L，i為第一組晶片序列的晶片序號，i = l，2，……，m;延遲時間^既是超聲信號發(fā)射的延遲時間，又是超聲信號接收的延遲時間；
[0014](2.3)、超聲信號的發(fā)射:超聲相控陣探傷儀根據(jù)延遲時間η分別輸出各個晶片的探頭激勵信號，通過線纜傳遞給線性超聲相控陣探頭內(nèi)的對應(yīng)晶片，使晶片順次產(chǎn)生振動并發(fā)出超聲波，最后各個晶片發(fā)出的超聲波合成為帶有聚焦效果的超聲波進(jìn)入電子束焊縫；
[0015](2.4)、超聲回波信號的接收:帶有聚焦效果的超聲波進(jìn)入電子束焊縫，經(jīng)過電子束焊縫的缺陷或電子束焊縫本身的反射返回線性超聲相控陣探頭，使線性超聲相控陣探頭內(nèi)的晶片發(fā)生振動，晶片將振動信號轉(zhuǎn)化為電信號通過線纜傳輸給超聲相控陣探傷儀，超聲相控陣探傷儀接收各個晶片返回的電信號，并根據(jù)超聲信號接收的延遲時間^將所有傳回的電信號合成為超聲回波信號ζ:傳遞給控制計算機；
[0016](2.5)、確定第r組晶片序列，r = 2，3，……，n_m+1，第r組晶片序號為r，r+1，……，m+r_l，每確定一組序列后重復(fù)步驟(2.2)?步驟(2.4)，使超聲波聚焦于電子束焊縫中的聲束聚焦深度I，得到第r組晶片序列下的超聲回波信號ζη將組超聲回波信號傳遞給控制計算機；
[0017]控制線性超聲相控陣探頭沿電子束焊縫長度方向移動ΔΧ，ΔΧ = 0.1mm?1mm，滾輪式編碼器將此時的位置信息傳遞給超聲相控陣探傷儀，并通過超聲相控陣探傷儀傳遞給控制計算機，保持線性超聲相控陣探頭位置不變，重復(fù)步驟(2.1)?步驟(2.5)之后，再將線性超聲相控陣探頭移到下一位置重新獲取和記錄位置信息及超聲回波信號，直到線性超聲相控陣探頭由電子束焊縫的一側(cè)移動到另一側(cè)為止。
[0018]本發(fā)明具有的優(yōu)點和有益效果是:本發(fā)明提出了一種電子束焊縫的超聲相控陣快速掃查裝置和檢測方法，利用滾輪式編碼器檢測并傳輸相控陣探頭的位置信息，實現(xiàn)相控陣的電子掃查，將二維掃查簡化為一維掃查，大大提高檢測效率；另一方面，通過控制不同組晶片的延時法則，控制聲束形狀，實現(xiàn)焊縫全厚度動態(tài)聚焦，避免了頻繁更換探頭；同時，采用接觸法檢測方法，避免了水浸或噴水掃查設(shè)備的使用，縮減了設(shè)備整體體積，使整套裝置便于攜帶，方便進(jìn)行外場檢測。本發(fā)明的一個實施例，經(jīng)實際檢測證明，檢測效率提高了3倍以上。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明檢測裝置的結(jié)構(gòu)原理框圖。
[0020]圖2是圖1超聲探頭3和滾輪式編碼器4的放大圖。
【具體實施方式】
[0021 ]下面對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。參見圖1，電子束焊縫的超聲相控陣快速掃查裝置，包括一個超聲探傷儀、控制計算機2、超聲探頭3、滾輪式編碼器(4)，所說的超聲探傷儀是超聲相控陣探傷儀1，所說的超聲探頭3是由一個線性超聲相控陣探頭3a和與其配合的外套3b組成，外套3b為兩個對稱的倒L結(jié)構(gòu)，外套3b的長、寬、高分別與線性超聲相控陣探頭3a的長、寬、高相對應(yīng)，外套3b的一個邊上設(shè)有開口槽3c，開口槽3c卡接在線性超聲相控陣探頭3a的接線口上;其中一個外套3b的外壁上安裝滾輪式編碼器4，滾輪式編碼器4的滾輪轉(zhuǎn)動軸與線性超聲相控陣探頭3a長度方向平行，滾輪轉(zhuǎn)動軸上安裝滾輪緣，滾輪的外緣與線性超聲相控陣探頭3a的工作表面相切;超聲相控陣探傷儀1的超聲回波信號輸出端通過電纜與控制計算機2的超聲回波信號輸入端連接，線性超聲相控陣探頭3a的探頭激勵信號輸入