专利名称：钢管超声波探伤组合探头装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于超声检测技术领域，特别涉及一种钢管超声波探伤组合探头装置。
背景技术：
近年来,无缝钢管的需求越来越大,其产量也越来越高。对于钢管的超声波检测应用也越来越多。超声波检测方法有很多，脉冲反射法就是其中一种。所谓脉冲反射法，就是指在一定时序内通过一次或者多次脉冲激发换能器发射和接收超声信号，在同步信号的作用下，检测仪器通过接收返回的脉冲位置及脉冲强弱来判定缺陷或者测量厚度。发射和接收超声波信号的就是换能器，即探头。在超声波检测中，超声波的产生和接收过程是一种能量转换的过程，这种转换是通过探头来实现的，探头的作用就是将电能转换成超声能(产生超声波)和将超声能转换为电能(接收超声波)。将能量从一种形式转换为另一种形式的器件称为换能器，探头就是一种电声能量转换的换能器件。最早的超声检测是单通道手持式仪器，只有一个探头，通过人手持的方式在工件上做地毯式扫描检测，速度慢，效率低，且只能通过超声回波分析，不能实时保存检测数据。现在的数字化多通道自动检测仪器，配备多通道组合探头，实现全自动扫描检测，完全保存工件检测数据，速度快，效率高。在此过程中，探头的排列方式就很重要，合理的排列方式更加有效率。超声波检测主要包含测厚和探伤，测厚是指通过返回的超声波回波信号自动计算管件厚度。探伤是指通过超声波回波信号自动检测管件内部是否有缺陷，以便判定该管件是否可用。在超声波检测中，规定管件缺陷如图3所示，管件缺陷按取向分为横向缺陷(12，14)和纵向缺陷(11，13)，按位置分为内部缺陷(11，12)和外部缺陷(13，14)，检测过程中，必须将管件上所有的此类缺陷都检测出来不可遗漏，否则将带来隐患。在超声波自动检测中，测厚和探伤都是必不可少的，尤其对于气瓶管件，其厚度和缺陷都有严格要求，不满足要求不能使用，否则将导致气瓶爆裂，造成生命及财产损失。所以，研制一套完整的超声波自动测厚探伤系统就显得尤为重要。在超声波检测中，换能器好比人的眼睛，没有换能器将无法完成检测。换能器的功能和排列方式直接决定该检测系统所能实现的检测功能。在现有的技术中，换能器的排列方式有很多种，但是都有一定缺陷。最常见的就是将探头组间隔一定距离一字排开，当管件移动到检测位置时，探头组依次手动或者自动落下，然后螺旋扫描以检测整个管件。这种排列方式所带来的不足在于，只能采用水膜式耦合方式，耦合不稳定，当探头落下的时候带来的干扰将影响检测结果。现有的检测设备，功能都比较单一，有的只能测厚，不能检测管件缺陷；有的只能检测纵向缺陷或者只能检测横向缺陷，没有测厚功能。在这样的情况下，同一根管件如果测厚，横向缺陷和纵向缺陷都需要检测，那将至少需要检测三次，检测效率低。
发明内容为解决以上问题，本实用新型提供了一种钢管超声波探伤组合探头装置，将实现测厚、横向缺陷和纵向缺陷的同时检测。 本实用新型采用的技术方案为在探头架内并排设置多个探头组，位于中间的为测厚探头组，超声发射方向垂直向上，用以测量管件厚度；在测厚探头组两侧为测纵伤探头组，分为测纵伤左探头组和测纵伤右探头组，用以检测管件纵向缺陷；再外侧为测横伤探头组，分为测横伤前探头组和测横伤后探头组，用以检测管件横向缺陷；所有探头组排列成弧形，且各探头组的角度可调。测纵伤的探头组和测横伤的探头组安装位置可以互换。所述探头组为5组，中间的为一组测厚探头组；在测厚探头组左侧为测纵伤左探头组，超声发射方向为测厚探头组的左侧；测厚探头组右侧为测纵伤右探头组，超声发射方向为测厚探头组的右侧；测纵伤左探头组的左侧为测横伤前探头组，超声发射方向为探头装置的前进方向；测纵伤右探头组的右侧为测横伤后探头组，超声发射方向为探头装置后退方向。所述测厚探头组为直探头，晶片的安装角度为零，超声波垂直发射。所述测纵伤探头组为斜探头，晶片向探头组所构成弧形的中心倾斜，倾斜角度为三十五度至四十五度；所述测横伤探头组为斜探头，其中测横伤前探头组的晶片向探头装置的前进方向倾斜，测横伤后探头组的晶片方向向探头装置的后退方向倾斜，倾斜角度为三十五度至四十五度。所述探头架的上表面为弧形，探头架的两端设置探头架随动轮。本实用新型的有益效果为整套系统用于钢管或者气瓶的超声波无损检测，探头连接上超声波探伤仪安装在传动机械上，通过软件控制探头按照一定时序发射和接收超声信号后处理成像。探头采用多组探头并列方式排列，从安装上来看，结构紧凑，节省了安装空间；从功能上看，测厚，横向和纵向全部包含在内，一次扫描即可完成对测厚和探伤检测的所有工作，提高了效率。从扫描覆盖上看，检测时探头从管头扫描至管尾，覆盖完全盲区小，提高了检测质量。一般适用于无缝钢管或者天然气瓶的检测。
图I为探头组排列方式示意图；图2为探头组排列方式的径向示意图)；图3为管件缺陷定义；图4为测厚原理图；图5为纵向探伤原理图；图6为横向探伤原理图；图7为本装置的整体效果图；图8为探头架示意图；[0028]图9为探头架在管件上方的示意图。图中标号I-测厚探头组；2_测纵伤左探头组；3_测纵伤右探头组；4_测横伤前探头组；5-测横伤后探头组；6_探头角度调节槽；7_探头固定端；8_探头架；9_管件；10_管件中心；11_纵向内伤；12_横向内伤；13_纵向外伤；14_横向外伤；15_水钢界面波；16_纵向探头内壁回波；17_纵向外缺陷波；18_纵向内缺陷波；19_横向内缺陷；20_横向外缺陷；21-超声波检测器；22_超声信号线；23_旋转电机；24_水槽；25_探头架随动轮。
具体实施方式
本实用新型提供了一种钢管超声波探伤组合探头装置，
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型做进一步说明。由图I、图2、图8和图9所示，在探头架8内并排设置多个探头组，位于中间的为测厚探头组，超声发射方向垂直向上，用以测量管件厚度；在测厚探头组两侧为测纵伤探头组，用以检测管件纵向缺陷11和13 ;再外侧为侧横伤探头组，用以检测管件横向缺陷12和14 ;所有探头组排列成弧形，且各探头组的角度可通过探头角度调节槽6调节。具体到本实施例中，探头组共为5组，中间的为一组测厚探头组I ;在测厚探头组I左侧为测纵伤左探头组2，超声发射方向为测厚探头组I的左侧；测厚探头组I右侧为测纵伤右探头组3，超声发射方向为测厚探头组I的右侧；测纵伤左探头组2的左侧为测横伤前探头组4，超声发射方向为探头装置的前进方向；测纵伤右探头组3的右侧为测横伤后探头组5，超声发射方向为探头装置后退方向。测厚探头组I为直探头，晶片的安装角度为零，超声波垂直发射；测纵伤探头组为斜探头，晶片角度的安装角度为三十五度至四十五度；测横伤探头组为斜探头，晶片角度的安装角度为三十五度至四十五度。在检测不同直径的管件9时，分别调整每个探头组的角度，使得每个探头组与管件中心10相对，通过样管上的人工缺陷来做相应调整，使得角度达到最佳检测位置并固定，以后相同直径的管件就可以在此角度下完成检测。探头架8的两端各安装两个随动轴承，随动轴承上安装探头架随动轮25。所谓随动，是指探头架8随着管件9的旋转而上下移动。在检测过程中，四个随动轴承在水的浮力或者弹簧的压力作用下保持与管件表面接触。当管件9旋转的过程中，由于管件本身有一定弯曲度，所以在旋转的过程中管件9会有一定幅度的跳动，想要探头盒能保持与管件表面接触，就必须有一个作用力压着探头盒，一般选择水的浮力或者是弹簧的弹力，这样使得探头表面与管件表面始终保持一定的距离和固定的角度，以保证检测精度。实际检测过程中，探头架8安装在水槽24之内，水槽24内放满水没过探头架8，管件9通过夹紧装置固定在水槽24上方通过旋转电机23带动旋转，检测时通过样管分别调整每组探头组的角度并固定。换上实际检测管件并启动自动检测，检测过程中，管件9在旋转电机23的带动下原地旋转，探头架8从管件9的一端以一定的速度匀速移动到另一端，实现对管件表面的螺旋扫描。扫描过程中，扫描螺距不能大于探头覆盖，否则将导致覆盖不完全而漏检。所谓螺距即管件旋转一周探头架前进的距离。超声波检测器21安装在水槽24 一侧靠近探头架8，探头组接收的数据通过超声波检测器21采集，由超声信号线22输出送入计算机，再由相应软件处理成像并保存，由此可得到整根管件的厚度和缺陷信息图像。安装时，探头架8可置于管件9上方或者下方，如果探头盒置于管件上方，那么管件将全部浸入水中，使得管件表面到探头组表面之间充满水以保证耦合。测厚探头组I为直探头，晶片角度零度，超声波垂直发射，通过水耦合进入管件9，在水和管件的接触界面会有一个水钢界面波15，超声波进入管件9后，在管件内表面反射将形成一个内表面的纵向探头内壁回波16,此后将在内表面形成多次反射回波,超声波在管件内部的传播速度是一定的，仪器采集两次回波数据，通过软件算出两次回波之间的时间间隔，再乘以超声波的传播速度，即可得出管件的厚度。测纵伤探头组为斜探头，超声波倾斜发射通过水耦合进入管件，在水和管件的接触界面将会形成一个水钢界面波。由于倾斜入射，一部分超声波能量被反射入水中，一部分进入管件，反射回探头被接收到的能量相比测厚小很多，所以此水钢界面回波比测厚回波低。进入管件的部分超声波将在管件内部多次反射，当管件内壁或者外壁有缺陷时，超声波 的大部分能量将被缺陷反射回探头，被探头接收后经过仪器处理形成反射回波，内壁缺陷形成的回波称之为纵向内缺陷波18，外壁缺陷形成的回波称之为纵向外缺陷波17。仪器通过软件采集相应位置的反射回波来判定此处是否有缺陷，从而判定该管件是否合格。横向缺陷检测原理跟纵向缺陷检测大致相同，不同的是探头晶片的排列方向，所检测出来的相应缺陷回波为横向内缺陷波19和横向外缺陷波20。检测过程具体分以下几步(I)给水槽内注水，水量以没过探头组覆盖区域即可。在水的浮力作用下，探头架整体将上升。(2)放上标准样管，在管件的压力下探头架将下降一定距离。使得探头架上的四个探头架随动轮紧贴着管件，以保证探头到管件之间的距离一定。(3)打开仪器，运行软件。在软件的控制下，探头组按照一定时序发射和接收超声波信号，经信号线将信号传送至计算机处理画图。(4)通过标准样管调整探头角度，通过对应的人工缺陷，分别将各组探头角度调整至最佳角度位置并固定。(5)卸下样管，放上实际待检测管件，将探头架移动至管件一端，同时启动行走和旋转，调整好螺距使得探头螺旋覆盖扫描整根管件，计算机通过软件实时采集信号画出缺陷图。(6)保存扫描数据图像，分析结果。(7)换上下一根管件，继续扫描。
权利要求1.钢管超声波探伤组合探头装置，其特征在于，在探头架内并排设置多个探头组，位于中间的为测厚探头组，超声发射方向垂直向上；在测厚探头组两侧为测纵伤探头组，分为测纵伤左探头组和测纵伤右探头组；再外侧为测横伤探头组，分为测横伤前探头组和测横伤后探头组；所有探头组排列成弧形，且各探头组的角度可调；测纵伤的探头组和测横伤的探头组安装位置可以互换。
2.根据权利要求I所述的钢管超声波探伤组合探头装置，其特征在于，所述探头组为5组，中间的为一组测厚探头组；在测厚探头组左侧为测纵伤左探头组，超声发射方向为测厚探头组的左侧；测厚探头组右侧为测纵伤右探头组，超声发射方向为测厚探头组的右侧；测纵伤左探头组的左侧为测横伤前探头组，超声发射方向为探头装置的前进方向；测纵伤右探头组的右侧为测横伤后探头组，超声发射方向为探头装置后退方向。
3.根据权利要求I所述的钢管超声波探伤组合探头装置，其特征在于，所述测厚探头组为直探头，晶片的安装角度为零，超声波垂直发射。
4.根据权利要求I所述的钢管超声波探伤组合探头装置，其特征在于，所述测纵伤探头组为斜探头，晶片向探头组所构成弧形的中心倾斜，倾斜角度为三十五度至四十五度；所述测横伤探头组为斜探头，其中测横伤前探头组的晶片向探头装置的前进方向倾斜，测横伤后探头组的晶片方向向探头装置的后退方向倾斜，倾斜角度为三十五度至四十五度。
5.根据权利要求I所述的钢管超声波探伤组合探头装置，其特征在于，所述探头架的上表面为弧形，探头架的两端设置探头架随动轮。
专利摘要一种钢管超声波探伤组合探头装置属于超声检测技术领域。在探头架内并排设置多个探头组，位于中间的为测厚探头组，超声发射方向垂直向上，用以测量管件厚度；在测厚探头组两侧为测纵伤探头组，用以检测管件纵向缺陷；再外侧为测横伤探头组，用以检测管件横向缺陷；两种探头组位置可以互换。所有探头组排列成弧形，且各探头组的角度可调。探头采用多组探头并列方式排列，从安装上来看，结构紧凑，节省了安装空间；从功能上看，测厚，横向和纵向全部包含在内，一次扫描即可完成对测厚和探伤检测的所有工作，提高了效率。从扫描覆盖上看，检测时探头从管头扫描至管尾，覆盖完全盲区�。岣吡思觳庵柿�。一般适用于无缝钢管或者天然气瓶的检测。
文档编号G01N29/04GK202676673SQ20122038514
公开日2013年1月16日 申请日期2012年8月3日 优先权日2012年8月3日
发明者滕永平, 吴迪, 张乐, 梁业君 申请人:北京交通大学, 北京波易达成像技术有限公司
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