专利名称：无缝钢管超声波探伤的探头盘装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于无缝钢管全管体超声波自动化探伤设备，特别涉及一种无缝钢管超声波探伤的探头盘装置。
背景技术：
小口径无缝钢管全管体超声波自动化探伤，常采用水浸法旋转探头盘装置，但对大口径无缝钢管，这种方法不宜采用，故而国内外都在探讨新的探头盘装置。特别是应用于特殊场合的大口径厚壁无缝钢管，对其产品质量的检验要求越来越高，要求全面检测纵向、横向、线状、体积状、平面状等多种缺陷，因此需用探头数量越来越多，探头盘机构越来越复杂，调节越来越麻烦。如何解决能够容纳多个探头且简便实用的探头盘装置，是急待解决的技术课题。
发明内容
本实用新型为解决各种管径的无缝钢管全管体超声波自动化探伤的技术问题，提供一种可检测多种不同性质缺陷、简便实用的无缝钢管超声波探伤的探头盘装置。
本实用新型无缝钢管超声波探伤的探头盘装置内容简述本实用新型无缝钢管超声波探伤的探头盘装置，适用于无缝钢管全管体超声波自动化探伤，其特征在于是一种水膜法探头盘，是由多个探头体和水膜耦合探头盘组成，对单一品种管径确定的无缝钢管，采用圆弧形确定管径探头盘，对多品种不同管径的无缝钢管，采用成双交错布置的直线排列式组合探头盘，以此两种形式的探头盘装置实现全管体100％扫查；圆弧形确定管径探头盘装置是由1个与被测钢管相同曲率半径的探头盘和多个有序排列的单个探头体组成，探头盘底部带有可更换的耐磨条，多个有序排列的单个探头体，其几何布局应满足如下数学关系，即s＜S，n＜N；Lmax＝6S＝2N；Lmax/πφ≤δ/h＝Δ/H；其中s、h、S、δ分别是检测横伤的单个探头体的水平间距、垂直间距、有效扫查宽度、水平方向重叠扫查宽度，n、H、N、Δ分别是检测纵伤的单个探头体的水平间距、垂直间距、有效扫查宽度、水平方向重叠扫查宽度；直线排列式组合探头盘，由有序排列的数个单探头复合而成的组合探头体和直线式探头盘组成，直线式探头盘的底部带有可更换的与被测钢管相同曲率半径的耐磨靴；检测横伤的组合探头体，是将多个相同参数的斜探头芯间隔排列组成一个组合探头体、其几何布局应满足S1＝S2＝S3＝S4＝S5＝S6≥m1＝m2＝m3＝m4数学关系；其中S1、S2、S3分别是左向扫查的3个探头有效扫查宽度，m1、m2是其排列间距，S4、S5、S6分别是右向扫查的3个探头有效扫查宽度，m3、m4是其排列间距；检测纵伤的组合探头体，其几何布局应满足N1＝N2＝3S1数学关系，其中N1、N2分别是上扫查和下扫查2个斜探头的有效扫查宽度，S1是上述横伤扫查单个斜探头的有效扫查宽度；在允许增加探伤通道数的情况下，检测横伤的组合探头体，可做成4个斜探头或更多个斜探头的组合体，如果是4个斜探头的组合体，则应满足N1＝N2＝4S1数学关系；直线排列式组合探头盘实际应用时应成双交错布置，其几何位置应满足A＝HL/πφ+S和B＝HL/πφ+N数学关系；其中A、B分别是横伤组合探头盘和纵伤组合探头盘的交错距离，L是检测螺距，φ是被测钢管管径，S、N分别是单个探头横伤有效扫查宽度和纵伤有效扫查宽度。
本实用新型采用圆弧形确定管径探头盘和直线排列式组合探头盘2种形式的探头盘，对各种管径的无缝钢管和不同特点的应用现�。加薪虾玫氖视眯裕矣薪峁辜虻�、调节简便、实用性强和通道数容易扩展、便于提高系统探伤能力的优点和可检测多种不同性质缺陷的特点。
图1为圆弧形确定管径探头盘装置示意图图2为圆弧形确定管径探头盘横伤及纵伤全复盖扫查展开图图3为直线排列式横伤检测组合探头体和探头盘示意图图4为直线排列式纵伤检测组合探头体和探头盘示意图图5为直线排列式横伤右扫查组合探头间隔扫查示意图图6为两个直线排列式横伤扫查组合探头左扫查部份交错全复盖扫查展开图图7为两个直线排列式纵伤扫查组合探头上扫查部份交错全复盖扫查展开图具体实施方法 本实用新型无缝钢管超声波探伤的探头盘装置是这样实现的，
以下结合附图做进一步说明。
图1为圆弧形确定管径探头盘装置示意图，1是探头盘；2是横伤左扫查斜探头安装孔，共6个，还有6个对称布置的横伤右扫查斜探头安装孔；3是纵伤上扫查斜探头安装孔，共2个，还有2个对称布置的纵伤下扫查斜探头安装孔；4是注水孔共8个，还可多设；5是万向转动结；6是探头盘升降杆，由气缸控制上下起落；7是耐磨条，2条对称布置，采用硬质合金或其他耐磨材料，可定期更换；8、9是测厚探头安装孔，测厚的同时还兼检测分层缺陷；R是被测钢管的半径，实际加工应比R大1～2mm，视被测钢管椭圆度大小而定。探头盘上的所有探头安装孔，都是通孔且向心，即其钻孔方向与其位置的半径R方向一致。每个单一探头体都是斜角探头，加工成圆柱体且刚好能够安装于相应安装孔中并能调节声束入射方向。同一品种的探头，其晶片形状、尺寸、工作频率、入射角(或K值)均相同，比如横伤检测探头采用2.5MHz12×12(或φ14)K1.5斜角探头，有效扫查宽度S大于8mm，纵伤检测探头采用2.5MHz 30×8K1.5斜角探头，有效扫查宽度S大于21mm。在如图1所示的探头布置状态下，探头间距可设s＝7mm，n＝3s＝21mm。6个右扫查横伤检测探头的总扫查宽度L为L＝6s＝2n＝42mm。因每个探头的有效扫查宽度为8mm，所以6个探头最大可能的总扫查宽度是48mm。当取s＝7mm时，6个探头的每相邻两个探头之间有1mm扫查重叠区，总共有6mm扫查重叠(包括下一个螺距重叠1mm)，即实际的总扫查宽度L＝42mm，其中有6条每条宽1mm的相间扫查重叠区，占用了6个探头总计48mm的有效扫查宽度。为尽量提高每个探头有效扫查宽度的利用率，探头布局(s、h)和(n、H)及如图2所示有效扫查宽度(S、N)和检测螺距(L)之间，应同时满足3个条件，才能在保证不漏检的前提下最大限度地提高每个探头有效扫查宽度的利用率。该3个条件如下条件1s＜S，n＜N；条件2Lmax＝6S＝2N，Lmax是可能获得的检测螺距L的最大值；条件3Lmax/πφ≤δ/h＝Δ/H，其中φ是被测钢管管径；图2为圆弧形确定管径探头盘横伤及纵伤全复盖扫查展开图，是横伤左扫和纵伤下扫部份，φ是被测钢管管径(外径)，πφ是展开宽度，L是钢管每施转一周时探头盘直线运动的距离，即检测螺距。探头盘中各种单一探头体的有效扫查宽度和几何位置，须符合上述3个数学条件。对称布置横伤右扫查和纵伤上扫查部份，一次完成双向检验，有利于检测不同倾斜角的横向和纵向缺陷，便于执行各种检验标准中较高级标准，也可省略对一根钢管实施两次换向检验的麻烦。
图3为直线排列式横伤检测组合探头体和探头盘示意图，3个单探头I、II、III、间隔排列复合成1个组合探头体，负责横伤左扫查，3个单探头IV、V、VI间隔排列复合成另1个组合探头体，负责横伤右扫查，上述6个单探头的性能参数相同，S1S2---S6是每个单探头的有效扫查宽度，且S1＝S2＝S3＝S4＝S5＝S6，m1＝m2＝m3＝m4，m值的准确含义应如图5所示的m3、m4，但当单个探头的晶片尺寸不很小(比如不小于6×6mm2)时，m值近似等于如图3所示的相邻单个探头之间的几何间距，且应满足条件m＝m1＝m2＝m3＝m4＜S1＝S2＝S3＝S4＝S5＝S6，以保证交错扫查有一定的垂叠复盖。K是两个组合探头体之间的几何间距，在机械实施允许和组合探头体更换方便的前提下，K值小则有利于减少管端检测盲区，但须保证成双交错使用的两个组探头头盘的K值应相等。图中1是右扫组合探头体，2是直线排列式组合探头盘，3是可更换的耐磨靴，采用尼龙或其他易加工的耐磨材料，4是探头盘升降杆，5是注水孔，R是耐磨靴的曲率半径，与被测钢管的曲率半径相同。
图4为直线排列式纵伤检测组合探头体和探头盘示意图，内容与图3相同，其中I是纵伤上扫查探头，N1是其有效扫查宽度，II是纵伤下扫查探头，N2是其有效扫查宽度，N1、N2必须满足条件N1＝N2＝3S，S值大小与图3中的S1、S2、…S6相同。K是两探头几何间距，K值小则有利于减少管端检测盲区，但须保证成双交错使用的两个组合探头盘的K值应相同。
图5为直线排列式横伤右扫查组合探头间隔扫查示意图，其文字标识及其含义与图3相对应。
图6为两个直线排列式横伤扫查组合探头左扫部份交错全复盖扫查展开图，φ是被测钢管管径(外径)，πφ是其展开宽度，S是单个探头有效扫查宽度，Lmax是可能获得的最大检测螺距，即Lmax＝6S，若制作组合探头时考虑到扫查重叠区，即如图3所示m1＝m2＜S1＝S2＝S3，则实际使用时的检测螺距L应控制为L＝6m＝6m1＝6m2。图中螺旋角α＝arc tg(Lmax/πφ)，成双交错使用的两个组合探头盘的交错距离A应满足A＝Htg α+S＝HLmax/πφ+S，其中H是两个组合探头盘之间的圆周方向间隔距离(圆弧线)，当实际使用时的控制螺距为L时，A应调节成A＝HL/πφ+m。
图7为两个直线排列式纵伤扫查组合探头上扫部份交错全复盖扫查展开图，其文字标识涵意与图6、图4中相同，最大检验螺距为Lmax＝2N＝6S，两个交错布置的组合探头的交错距离为B＝Htgα+N＝HLmax/πφ+N，其中H为两个组合探头盘之间的圆周方向间隔距离(圆弧线)，实际检测螺距L应如上述为L＝2n＝6m，n＜N，因此B＝HL/πφ+n＝HL/πφ+3m。
权利要求1.一种适用于无缝钢管全管体超声波自动化探伤的无缝钢管超声波探伤的探头盘装置，其特征在于是一种水膜法探头盘，是由多个探头体和水膜耦合探头盘组成，对单一品种管径确定的无缝钢管，采用圆弧形确定管径探头盘，由1个与被测钢管相同曲率半径的探头盘和多个有序排列的单个探头体组成，探头盘底部带有可更换的耐磨条；对多品种不同管径的无缝钢管，采用成双交错布置的直线排列式组合探头盘，由有序排列的数个单探头复合而成的组合探头体和直线式探头盘组成，直线式探头盘的底部带有可更换的与被测钢管相同曲率半径的耐磨靴。
2.根据权利要求1所述的无缝钢管超声波探伤的探头盘装置，其特征在于所说的圆弧形确定管径探头盘装置中的多个有序排列的单个探头体，其几何布局应满足如下数学关系，即s＜S，n＜N；Lmax＝6S＝2N；Lmax/πφ≤δ/h＝Δ/H；其中s、h、S、δ分别是检测横伤的单个探头体的水平间距、垂直间距、有效扫查宽度、水平方向重叠扫查宽度，n、H、N、Δ分别是检测纵伤的单个探头体的水平间距、垂直间距、有效扫查宽度、水平方向重叠扫查宽度。
3.根据权利要求1所述的无缝钢管超声波探伤的探头盘装置，其特征在于所说的直线排列式组合探头盘装置中检测横伤的组合探头体，是将多个相同参数的斜探头芯间隔排列组成一个组合探头体、其几何布局应满足数学关系S1＝S2＝S3＝S4＝S5＝S6≥m1＝m2＝m3＝m4，其中S1、S2、S3分别是左向扫查的3个探头有效扫查宽度，m1、m2是其排列间距，S4、S5、S6分别是右向扫查的3个探头有效扫查宽度，m3、m4是其排列间距；检测纵伤的组合探头体，其几何尺寸应满足数学关系N1＝N2＝3S1，其中N1、N2分别是上扫查和下扫查2个斜探头的有效扫查宽度，S1是上述横伤扫查单个斜探头的有效扫查宽度；在允许增加探伤通道数的情况下，检测横伤的组合探头体，可做成4个斜探头或更多个斜探头的组合体，如果是4个斜探头的组合体，则应满足数学关系N1＝N2＝4S1。
4.根据权利要求1所述的无缝钢管超声波探伤的探头盘装置，其特征在于所说的直线排列式组合探头盘实际应用时应成双交错布置，其几何布局应满足数学关系A＝HL/πφ+S和B＝HL/πφ+N；其中A、B分别是两个横伤组合探头盘和两人纵伤组合探头盘的交错距离，L是检测螺距，且满足数学关系L＝6S＝2N，φ是被测钢管管径(外径)，S、N分别是单个探头横伤有效扫查宽度和纵伤有效扫查宽度，若考虑留有一定的扫查重叠区，则应满足数学关系A＝HL/πφ+m和B＝HL/πφ+n，其中m＜S，n＜N且L＝6m＝2n。
专利摘要本实用新型属于无缝钢管全管体超声波自动化探伤设备，特别涉及一种无缝钢管超声波探伤的探头盘装置，是一种水膜法探头盘，是由多个探头体和水膜耦合探头盘组成，对单一品种管径确定的无缝钢管，采用网弧形确定管径探头盘，对多品种不同管径的无缝钢管，采用成双交错布置的直线排列式组合探头盘，以此两种形式的探头盘装置实现全管体100％扫查。本实用新型对各种管径的无缝钢管和不同特点的应用现�。加薪虾玫氖视眯裕矣薪峁辜虻�、调节简便、实用性强和通道数容易扩展、便于提高系统探伤能力的优点和可检测多种不同性质缺陷的特点。
文档编号G01N29/24GK2607576SQ0321142
公开日2004年3月24日 申请日期2003年2月19日 优先权日2003年2月19日
发明者卢明熙 申请人:鞍山美斯探伤设备有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
