CN101419194A - 水浸横波法检测异型管件损伤的装置及其损伤检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水浸横波法检测异型管件损伤的装置及其损伤检测方法，由探头运动组件(1)、超声探伤仪(2)、去离子水(3)、水箱(5)组成，探头运动组件(1)通过四个滑轮设置在水箱(5)顶部，去离子水(3)置于水箱(5)中，探头运动组件(1)中的点聚焦探头(11)的敏感端置于去离子水(3)中，且与异型管件(4)相距10～20mm。采用水浸横波法，在水箱(5)中使用点聚焦探头(11)检测内凸和内凹形式异型管件。通过信号分析辨别，对不同深度的人工缺陷和异型台阶区域进行区分比较，信号强度随缺陷深度减小而减小。

Description

水浸横波法检测异型管件损伤的装置及其损伤检测方法

技术领域

本发明涉及一种超声波检测装置及方法，更特别地说，是指一种采用水浸横波法对小口径薄壁、且具有内凸和内凹的异型管件进行损伤检测装置，以及对异型管件的损伤检测方法。

背景技术

管状材料在实际工业生产中被广泛应用，比如，无缝钢管、石油运输管道、舰用U型钢管等，经过一定时间的运行后，可能会出现腐蚀和疲劳裂纹等缺陷，这将影响其预定功能的实现。而无损检测技术是在不破坏结构构件的情况下，直接在结构物上进行测试或在其内部钻取芯样进行测试，检测结构物的内部质量、推定结构物的强度及质量缺陷，用无损检测诊断技术提前或及时检测出失效部位和原因，并采取有效措施，就可以避免事故的发生。

异型管件也越来越广泛地应用于现代工业生产中，包括能源、化工、航空航天、军工等行业部门。为了保证产品质量，要求在使用前或者在役时对其进行检测保证其质量，要求定量检测出各种尺寸管状材料内壁表面裂纹、腐蚀等缺陷，且其测量精度和分辨率都要求很高。例如飞机中的紧固件记忆合金管接头、锅炉弯管，如果不能及时发现问题，则其在役阶段可能造成灾难性的事故。但现行检测标准中只有常规形状管材的检测，这就需要对异型管状的无损检测方法展开研究。通过选择合适的检测手段检测缺陷，同时找到其产生缺陷的原因，从而提高其使用性能。

发明内容

本发明的目的是提出一种水浸横波法检测异型管件损伤的检测方法，采用水浸横波法，在水箱中使用点距焦探头对具有内凸和内凹的异型管件进行检测。通过信号分析辨别，对不同深度的人工缺陷和异型台阶区域进行区分比较，信号强度随缺陷深度减小而减小，距离台阶最近为1mm处的人工缺陷能够与台阶信号明显区分，可以根据异型管件壁厚变化情况调整超声探伤仪输出的衰减或增益，得到最佳信号。

本发明的一种水浸横波法检测异型管件损伤的检测方法，先由超声探伤仪(2)发出超声波脉冲信号f₀给点聚焦探头(11)；点聚焦探头(11)输出超声波束f₁经去离子水(3)传播至异型管件(4)上，超声波束f₁中的一部分在异型管件(4)的表面被反射，另一部分发生波型转换折射入异型管件(4)内部；所述的表面被反射的超声波束作为界面反射波束S₁回到点聚焦探头(11)中，点聚焦探头(11)对接收的界面反射波束S₁进行声电转换后输出界面回波脉冲信号S₂给超声探伤仪(2)，在超声探伤仪(2)的显示视窗能够观察到一个界面波型；所述的折射入管内的超声波束在传播到凸部边界和损伤部位时会反射出异常回波波束F₁给点聚焦探头(11)，点聚焦探头(11)对接收的异常回波波束F₁进行声电转换后输出异常回波脉冲信号F₂给超声探伤仪(2)，在超声探伤仪(2)的显示视窗能够观察到继界面波型后相隔一个时间差Δt的异常信号波型；采用信号分贝差 $\mathrm{\ΔdB}=20\·\log \frac{A_1}{A_2},$ 对界面波型与异常信号波型进行分析获得损伤部位的位置，以及损伤部位的当量尺寸。

本发明水浸横波法检测异型管件损伤的检测方法的优点：(1)适用于普通管件及异型管件，具有良好的通用性。(2)检测所涉及部件结构合理，成本较低，适用于实际工业检测。(3)检测精度高，能够根据实际检测需求调整各部件，通过各部件能够准确得到所需参数。(4)对于异型管件，能够建立一套独立的检测体系和缺陷评价体系。

附图说明

图1是本发明损伤检测装置的结构示意图。

图2是本发明超声波的传播处理结构框图。

图3是本发明超声波在异型管件上的传播示意图。

图4是在超声探伤仪的显示视窗中观察到的界面回波脉冲信号与异常回波脉冲信号的波形示意图。

图中：    1.探头运动组件  11.点聚焦探头  12.底架    13.探头升降调节件14.探头入射角调节件       15.支撑件      16.转轴    2.超声探伤仪21.导线   3.去离子水      4.异型管件     4a.A凸台   4b.凹槽4c.B凸台  41.凸部边界     42.损伤部位5.水箱    51.前导轨       52.后导轨      5A.右板面  5B.左板面

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。

本发明的一种采用水浸横波法检测异型管件损伤的装置，由探头运动组件1、超声探伤仪2、去离子水3、水箱5组成，探头运动组件1通过四个滑轮在水箱5顶部左右移动，水箱5顶部设有供轮子沿直线方向运动的轨道；去离子水3置于水箱5中，探头运动组件1中的点聚焦探头11的敏感端置于去离子水3中，且与异型管件4相距10～20mm。

所述的探头运动组件1包括有支撑体15、点聚焦探头11、底架12、探头升降调节件13、探头入射角调节件14；底架12上设有四个滑轮，每两个为一组，该四个滑轮在水箱5顶部的导轨上运动；所述支撑体15为四方框金属盒结构，该盒的上板上安装有探头升降调节件13，该盒的右板上安装有探头入射角调节件14，且探头入射角调节件14与探头升降调节件13保持垂直关系，支撑体15安装在底架12上；点聚焦探头11安装在支撑体15的底部，且点聚焦探头11的连接端与探头升降调节件13连接，点聚焦探头11的敏感端置于去离子水3中；探头入射角调节件14上设有一拉簧，该拉簧的一端连接在探头入射角调节件14上，拉簧的另一端连接在点聚焦探头11的外壳上，通过拉簧来调整点聚焦探头11的入射角β＝0～45度，而0度是指点聚焦探头11的敏感端垂直于异型管件。

超声探伤仪2通过导线21与点聚焦探头11连接。所述的超声探伤仪2一方面用于产生一个具有方波结构的超声波脉冲信号f₀，另一方面接收经点聚焦探头11反馈回的界面回波脉冲信号S₂、异常回波脉冲信号F₂，然后输出一个波型结构。在本发明中，超声探伤仪2选取汕头超声仪器研究所生产的CTS-22A型超声探伤仪，该超声探伤仪的主视面如图4所示，图中，发射脉冲间隔声程钮201用于调整单位时间格数下所表示的时间(单位：ms)。始波位置调节钮202用于调节所选区域波型在显示窗203中的位置。衰减调节钮204用于调节超声探伤仪2输出声压衰减值(单位：dB)。探头收发模式钮205用于调节与超声探伤仪2连接的点聚焦探头11的同发同收工作模式。探头接口206用于将点聚焦探头11连接在超声探伤仪2上。显示窗203用于实时显示点聚焦探头11敏感到的界面反射波束S₁、异常回波波束F₁的波型结构。对于本发明选用的超声探伤仪2其余工作钮在图4中未表示出。

所述的水箱5为四方框金属盒结构，水箱5的顶部对称设有前导轨51、后导轨52，前导轨51用于供前面的两个滑轮其上运动，后导轨52用于供后面的两个滑轮其上运动。从而实现探头运动组件1在水箱5的顶部左右运动。探头运动组件1的左右运动使得点聚焦探头11从左至右对异型管件11进行超声波检测。水箱5内安装有一转轴16，转轴16上套接有异型管件4(被检测件)，转轴16的左端通过连接一滚珠轴承后安装在水箱5的左板面5B上，转轴16的右端套接另一滚珠轴承后，穿过右板面5A上的孔(孔内安装的是另一滚珠轴承)后连接一手动手轮(图中未示出)，手轮用于实现异型管件4在转动轴16的带动下，绕异型管件4圆周方向上进行超声检测。

所述的去离子水3作为耦合剂，有利于超声波的稳定集中传播至被测异型管件4上。采用去离子水3传播超声波为一种非接触式耦合，提高了对异型管件4损伤部位的检测精度及效率。

参见图2、图3、图4所示，在本发明中，先由超声探伤仪2发出超声波脉冲信号f₀(为方波)给点聚焦探头11；点聚焦探头11输出超声波束f₁经去离子水3传播至异型管件4上，超声波束f₁中的一部分在异型管件4的表面被反射，另一部分发生波型转换折射入异型管件4内部；所述的表面被反射的超声波束作为界面反射波束S₁回到点聚焦探头11中，点聚焦探头11对接收的界面反射波束S₁进行声电转换后输出界面回波脉冲信号S₂给超声探伤仪2，在超声探伤仪2的显示视窗能够观察到一个界面波型。所述的折射入管内的超声波束在传播到凸部边界和损伤部位时会反射出异常回波波束F₁给点聚焦探头11，点聚焦探头11对接收的异常回波波束F₁进行声电转换后输出异常回波脉冲信号F₂给超声探伤仪2，在超声探伤仪2的显示视窗能够观察到继界面波型后相隔一个时间差Δt的异常信号波型。采用信号分贝差 $\mathrm{\ΔdB}=20\·\log \frac{A_1}{A_2}$ (A₁表示凸部边界波型的相对强度，A₂表示损伤部位反馈波型的相对强度)对界面波型与异常信号波型进行分析获得损伤部位的位置，以及损伤部位的当量尺寸。

采用本发明装置与本发明的损伤检测方法进行同种材料内凸与内凹检测结果分析。检测结果均使用CTS-22A超声损伤仪读出，仪器衰减减小至0dB，检测范围调整至最小量程，检测入射角β约为法线方向15度。

对于内径为11mm的异型管件使用点聚焦水浸法进行超声检测，可检出最小尺寸为0.05mm的人工伤；在距台阶1mm处的人工伤可以成功检出，可以通过左右双向检测扩大检测有效范围。得到结论如下：

1、同等检测条件下，内凸型异型管材比内凹型异型管材信号强度高，约为两倍，也就是说壁厚为2mm的检测区间信号强度比壁厚为1mm的检测区间高，信号的差约为6dB。可以根据壁厚变化情况调整超声损伤仪输出的衰减或增益，得到最佳信号。

2、同等检测条件下，内凸和凹两种异型管材的最小检出人工伤均为0.05mm，而且信号强度随人工伤深度减小而减小。

3、对于内凸异型情况，台阶部分有效检测范围小于台阶宽度，而后台阶则可全部检出，包括后台阶垂直部分；对于内凹异型情况，台阶部分能够完全有效检出，且前台阶处垂直部分能够检出。建议对内部异型管材进行双向检测，避免漏检。

4、实际检测中，异型部分出现与连续信号区域初始信号声程相同的信号，可认为是异型部分伤的信号。当已知入射角，且能够从检测仪上读表面回波与横波之间声程差，综合探头频率等因素，可以计算横波在该种材料中的声速。

Claims (2)

1、一种水浸横波法检测异型管件损伤的装置，其特征在于：由探头运动组件(1)、超声探伤仪(2)、去离子水(3)、水箱(5)组成，探头运动组件(1)通过四个滑轮设置在水箱(5)顶部，去离子水(3)置于水箱(5)中，探头运动组件(1)中的点聚焦探头(11)的敏感端置于去离子水(3)中，且与异型管件(4)相距10～20mm；

所述的探头运动组件(1)包括有支撑体(15)、点聚焦探头(11)、底架(12)、探头升降调节件(13)、探头入射角调节件(14)；支撑体(15)安装在底架(12)上，底架(12)上设有四个滑轮，每两个为一组；点聚焦探头(11)安装在支撑体(15)的底部，且点聚焦探头(11)的连接端与探头升降调节件(13)连接，点聚焦探头(11)的敏感端置于去离子水(3)中；探头升降调节件(13)垂直安装在支撑体(15)上，探头入射角调节件(14)安装在支撑体(15)上，且与探头升降调节件(13)保持垂直关系，探头入射角调节件(14)上的拉簧一端连接在探头入射角调节件(14)上，拉簧另一端连接在点聚焦探头(11)的外壳上；通过拉簧来调整点聚焦探头(11)的入射角β＝0～45度；

超声探伤仪(2)通过导线(21)与点聚焦探头(11)连接；该超声探伤仪(2)一方面用于产生一个具有方波结构的超声波脉冲信号f₀，另一方面接收经点聚焦探头(11)反馈回的界面回波脉冲信号S₂、异常回波脉冲信号F₂，然后输出一个波型结构；

所述的水箱(5)的顶部对称设有前导轨(51)、后导轨(52)；水箱(5)内安装有一转轴(16)，转轴(16)上套接有异型管件(4)，转轴(16)的左端通过连接一滚珠轴承后安装在水箱(5)的左板面(5B)上，转轴(16)的右端套接另一滚珠轴承后，穿过右板面(5A)上的孔后连接一手动手轮，手轮用于实现异型管件(4)在转动轴(16)的带动下，绕异型管件(4)圆周方向上进行超声检测。

2、根据权利要求1所述的水浸横波法检测异型管件损伤的装置的损伤方法，其特征在于：先由超声探伤仪(2)发出超声波脉冲信号f₀给点聚焦探头(11)；点聚焦探头(11)输出超声波束f₁经去离子水(3)传播至异型管件(4)上，超声波束f₁中的一部分在异型管件(4)的表面被反射，另一部分发生波型转换折射入异型管件(4)内部；所述的表面被反射的超声波束作为界面反射波束S₁回到点聚焦探头(11)中，点聚焦探头(11)对接收的界面反射波束S₁进行声电转换后输出界面回波脉冲信号S₂给超声探伤仪(2)，在超声探伤仪(2)的显示视窗能够观察到一个界面波型；所述的折射入管内的超声波束在传播到凸部边界和损伤部位时会反射出异常回波波束F₁给点聚焦探头(11)，点聚焦探头(11)对接收的异常回波波束F₁进行声电转换后输出异常回波脉冲信号F₂给超声探伤仪(2)，在超声探伤仪(2)的显示视窗能够观察到继界面波型后相隔一个时间差Δt的异常信号波型；采用信号分贝差 $\mathrm{\ΔdB}=20\·\log \frac{A_1}{A_2},$ 对界面波型与异常信号波型进行分析获得损伤部位的位置，以及损伤部位的当量尺寸。

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