CN103760240B - 一种法兰缺陷自动检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种法兰缺陷自动检测装置及检测方法，包括相控阵探头及与其连接的相控阵探伤仪，还包括含有刀架和旋转卡盘的立式车床；相控阵探头通过支架与刀架连接；旋转卡盘上安装有定位件，定位件用于将待检测法兰固定在旋转卡盘上方并使待检测法兰的下端面与旋转卡盘保持一定距离；相控阵探头通过调整位置可与待检测法兰的上、下端面接触。检测时，分别进行顶部和底部检测，相控阵探头相对待检测法兰做环向运动，且以扇形扫描方式对经过的法兰横截面进行扫描。本发明对法兰进行检测时，检测结果不易受人为因素影响、检测效率提高，可以避免漏检且检测结果具有可追溯性，尤其适用于风电塔筒用法兰的内部缺陷检测。

Description

一种法兰缺陷自动检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及一种法兰缺陷自动检测装置及检测方法，尤其涉及风电塔筒用法兰的检测。

背景技术

风电塔筒用法兰技术标准中要求在产品粗加工后进行超声波检验，产品的表面必须机加工到最大粗糙度Ra12.5，以确保在超声检验中声波耦合良好。

风电塔筒用法兰必须使用2-4MHz的纵波直探头沿圆周360°进行100％的检验，在两个垂直的表面（从法兰的四个平面进行检测，即法兰内、外圆周面，法兰上、下连结面）对内部缺陷进行超声波检测，其结果要满足规定的检验标准。

随着风电的发展，对大兆瓦机组要求越来越高。塔筒和法兰是支撑机舱的重要部件，对于其安全、可靠性要求也越来越高，由于法兰尺寸的变化，对于其生产制造过程中的质量控制要求也提高了。

常规手工超声波无损检测操作方便，设备价格较为低廉，这种方式已经应用多年，技术比较成熟，也是目前应用最广泛的一种方法。但是常规手工超声波无损检测存在以下的缺点和不足：

常用的手工A型脉冲反射法检测时结果显示不直观，检测结果无直接见证记录。检测结论仅仅依靠操作人员当时的评判，事后并不能进行核查。

对人员检测水平和经验要求较高，受人工干预影响较大，由于仪器精度或操作方法的影响，容易漏检。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种法兰缺陷自动检测装置及检测方法，使检测不易受人为因素影响、检测效率提高、可以避免漏检且检测结果具有可追溯性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种法兰缺陷自动检测装置，包括相控阵探头、与相控阵探头连接的相控阵探伤仪，还包括含有刀架和旋转卡盘的立式车床；所述相控阵探头通过支架与立式车床的刀架连接；所述立式车床的旋转卡盘上安装有定位件，所述定位件用于将待检测法兰固定在旋转卡盘上方并使待检测法兰的下端面与旋转卡盘保持一定距离；所述相控阵探头通过调整位置可与待检测法兰的上端面及下端面接触。

进一步地，所述支架包括法兰上端面检测用支架及法兰下端面检测用支架；所述法兰上端面检测用支架包括导向杆及弹簧，所述相控阵探头通过导向杆与刀架连接，所述弹簧套在导向杆外周且位于刀架与相控阵探头中间。

进一步地，所述定位件包括多个可与待检测法兰螺栓孔配合的定位杆，所述定位杆固定安装在旋转卡盘上，所述定位件还包括多个夹紧卡件，所述夹紧卡件的下端固定安装在旋转卡盘上，夹紧卡件的上端用于对待检测法兰的圆周面施加力矩进行定位和夹紧。

进一步地，所述圆周面为内圆周面，所述力矩为向外的力矩。

进一步地，所述相控阵探头与支架、支架与刀架之间为可拆卸连接。

一种法兰缺陷自动检测方法，包括如下步骤：

A、利用与相控阵探伤仪连接的相控阵探头与旋转的待检测法兰上端面接触，相控阵探头相对待检测法兰做环向运动，且以扇形扫描方式对经过的法兰横截面进行扫描；

B、利用与相控阵探伤仪连接的相控阵探头与旋转的待检测法兰下端面接触，相控阵探头相对待检测法兰做环向运动，且以扇形扫描方式对经过的法兰横截面进行扫描。

进一步地，采用上述的法兰缺陷自动检测装置进行检测。

进一步地，检测时，在所述待检测法兰上下端面涂覆耦合剂。

进一步地，所述待检测法兰为风电塔筒用法兰，所述步骤（A）中，相控阵探头与待检测法兰上端面上靠近内圆周侧的位置接触；所述步骤（B）中，相控阵探头与待检测法兰下端面上靠近外圆周侧的位置接触。

由于采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

（1）本发明将相控阵技术应用到法兰内部缺陷的检测中，为了确保工件无缺陷，采用了上下端面同时检测的方法，并设计了相应的检测装置，实现了法兰内部缺陷的自动检测，与传统的手工脉冲反射法对比，简化了检测工作流程，速检测速度快、提高了法兰检测效率，避免了漏检、误检，成像直观，且能够保存检测记录，为后期的复查提供了可追溯性的历史记录。

（2）支架中弹簧的设置，可以对相控阵探头施加一个推力，使得相控阵探头时刻与法兰表面接触紧密，避免了相控阵探头与法兰之间由于耦合不好而导致信号异常。

（3）本发明的法兰缺陷自动检测装置结构简单，安装便捷，操作流程易于掌握，同时克服了某些难进入区域的限制，降低对操作者的技术依赖。

（4）本发明尤其适用于大型风电塔筒用法兰缺陷的自动检测，可及时掌握了风电塔筒用法兰内部情况，为现场制造的检验工作提供了依据。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为法兰缺陷自动检测装置进行顶部检测时的使用状态图；

图2为图1中的B部放大示意图（定位杆处法兰顶部检测）；

图3为图1中的A部放大示意图（夹紧卡件处顶部检测）；

图4为法兰缺陷自动检测装置进行顶部检测时的示意图；

图5为图4中的C部放大示意图（相控阵探头的相对移动方向）；

图6为顶部检测范围示意图；

图7为法兰缺陷自动检测装置进行底部检测时的使用状态图；

图8为图7中的B部放大示意图（定位杆处法兰底部检测）；

图9为图7中的A部放大示意图（夹紧卡件处底部检测）；

图10为法兰缺陷自动检测装置进行底部检测时的示意图；

图11为图10中的C部放大示意图（相控阵探头的相对移动方向）；

图12为底部检测范围示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明主要是将相控阵技术结合到法兰的缺陷检测中，通过大量实验摸索，设计了可将相控阵技术合理结合到法兰缺陷检测中的法兰缺陷自动检测装置，且通过实验论证，也确定了其可行性。

相控阵是一种利用先进电子技术，将晶片发射能量进行聚焦，达到能量穿透能力强的现代检测手段。相控阵探头由一系列独立晶片组成，就像是将许多小的常规超声探头集成进入一个探头中。每一个晶片都有自己的接头、延时电路和数模转换器，每个晶片在声学上都是独立的。通过预先计算好的延时对每个晶片进行激发，以得到所需的波形。

相控阵技术目前使用常规超声检测技术标准。

如图1-3所示，本发明的法兰缺陷自动检测装置，包括相控阵探头5、与相控阵探头5连接的相控阵探伤仪（图中未示出），还包括含有刀架3和旋转卡盘7的立式车床；相控阵探头5通过支架与立式车床的刀架3连接；立式车床的旋转卡盘7上安装有定位件，定位件可将待检测法兰4固定在旋转卡盘7上方并使待检测法兰4的下端面与旋转卡盘7保持一定距离。

使用时，通过移动刀架3调节相控阵探头5的位置，使其与待检测法兰4的上端面接触进行顶部检测。旋转卡盘7低速旋转时，待检测法兰4以相同速度旋转，相控阵探头5与法兰上端面保持紧密接触，以保持稳定的信号。其中，相控阵探头5相对于旋转的待检测法兰4的相对移动方向如图4、5所示。移动过程中，相控阵探头5记录待检测法兰4内部结构情况，对于缺陷部位则直观的反映在相控阵探伤仪的屏幕上。

如图2、3所示，顶部检测时用的支架包括导向杆1及弹簧2，导向杆1连接相控阵探头5与刀架3，弹簧2套在导向杆1外周且位于刀架3与相控阵探头5中间。通过采用弹簧2，可以保证相控阵探头5始终与法兰上端面紧密接触，得到较好的耦合效果。

如图2所示，定位件包括多个可与待检测法兰4的螺栓孔配合的定位杆8，本实施例采用8个，定位杆8固定安装在旋转卡盘7上。如图3所示，定位件还包括多个夹紧卡件6，本实施例采用4个，夹紧卡件6的下端固定安装在旋转卡盘7上，夹紧卡件6的上端用于对待检测法兰4的圆周面施加力矩进行定位和夹紧。本实施例的夹紧卡件6上端位于待检测法兰4的内圆周面侧，对其施加向外的力矩。

通过实践发现，将相控阵探头5与待检测法兰4的上端面接触进行顶部检测时，如图6所示，相控阵扫描范围已覆盖大部分区域，其覆盖范围为-60°～80°，只有在靠近上端面的-90°～-60°和80°～90°之间的小区域未覆盖（以-90°～90°为参考的水平方向），为了确保法兰无缺陷，还需要在下部检测上端面附近未覆盖部位的缺陷。

为此，如图7-9所示，本发明的法兰缺陷自动检测装置还包括法兰下端面检测用支架9，该自动检测装置的其他部分不变。在进行完顶部检测后，可将法兰上端面检测用支架、相控阵探头5及刀架3拆卸开来，将相控阵探头5翻转方向，使其朝向下端面，再通过法兰下端面检测用支架9将相控阵探头5与刀架3连接起来，再调整位置即可。图7-9的其他部分与图1-3相同。也可以设置两套相控阵探头5，一套与法兰上端面检测用支架连接，进行顶部检测，另一套与法兰下端面检测用支架9连接，进行底部检测，这样可以避免拆卸。

进行底部检测时，相控阵探头5相对于旋转的待检测法兰4的相对移动方向如图10、11所示。

如图12所示，为底部检测时的相控阵探头5的检测范围。

下面对本发明的法兰缺陷自动检测方法进行描述，该方法包括：

A、利用与相控阵探伤仪连接的相控阵探头5与旋转的待检测法兰4上端面接触，相控阵探头5相对待检测法兰4做环向运动，且以扇形扫描方式对经过的法兰横截面进行扫描；

B、利用与相控阵探伤仪连接的相控阵探头5与旋转的待检测法兰4下端面接触，相控阵探头5相对待检测法兰4做环向运动，且以扇形扫描方式对经过的法兰横截面进行扫描。

法兰在车床上进行粗车，表面光洁度达到检测要求之后，将待检测法兰4安装到立式车床的旋转卡盘7上时，具体是通过8个定位杆8插入待检测法兰4的螺栓孔内进行定位，同时4个夹紧卡件6贴紧待检测法兰4的内圆周面，依次向外施加力矩，利用待检测法兰4的内圆面进行定位和夹紧。

将相控阵探头5通过支架安装在刀架3上，缓慢进刀，待接近待检测法兰4表面时，减小进给量，在待检测法兰4表面涂覆耦合剂。

开始检测之前，调整好相控阵探头5的耦合效果和相控阵探伤仪灵敏度。仪器调整好之后，将旋转卡盘7调至低速档，旋转卡盘7缓慢旋转，通过旋转一周，将待检测法兰4检测一圈，相控阵探伤仪记录相控阵探头5的扫描情况，当扫描到内部缺陷时，很直观地从相控阵探伤仪屏幕上识别，并自动保存在相控阵探伤仪内存中。该自动检测装置在设置好仪器参数之后，无需人工干预，可自动对法兰进行检测。

具体检测过程分为两部分，第一部分为顶部检测，第二部分为底部检测。

配合图1-3所示，顶部检测时，将相控阵探头5、支架（导向杆1及弹簧2）安装到刀架3上之后，快速移动刀架3接近待检测法兰4上端面100mm时，缓慢接近上端面，直至相控阵探头5接触法兰上端面，然后再往下1mm，使弹簧2承受一定的预紧力。弹簧2承受预紧力后，对相控阵探头5施加一个推力，使得相控阵探头5时刻与法兰表面接触紧密，避免了相控阵探头5与待检测法兰之间由于耦合不好而导致信号异常。

相控阵探头5安装好后，对待检测法兰4进行预检测，以获得稳定信号。确认信号稳定之后，启动立式车床的旋转卡盘7，保持每分钟0.1转的速度旋转。相控阵探头5以扇形进行扫描，约10分钟左右完成上端面的100%扫描。

配合图7-9所示，底部检测时，将相控阵探头5倒置，通过法兰下端面检测用支架9安装到刀架3上，然后快速移动刀架5接近外圆50mm时，缓慢接近下端面，直至相控阵探头5接触待检测法兰4的下端面，调节好接触松紧程度。

相控阵探头5安装好后，对待检测法兰4进行预检测，以获得稳定信号。确认信号稳定之后，启动立式车床的旋转卡盘7，保持每分钟0.1转的速度旋转。相控阵探头5以扇形进行扫描，约10分钟左右完成下端面的100%扫描。

可利用上述自动检测装置对风电塔筒用法兰进行内部缺陷检测，其中，顶部检测时，相控阵探头5与待检测法兰4（风电塔筒用法兰）上端面上靠近内圆周侧的位置接触；底部检测时，相控阵探头5与待检测法兰4（风电塔筒用法兰）下端面上靠近外圆周侧的位置接触。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种法兰缺陷自动检测装置，其特征在于，包括相控阵探头、与相控阵探头连接的相控阵探伤仪，还包括含有刀架和旋转卡盘的立式车床；

所述相控阵探头通过支架与立式车床的刀架连接；

所述立式车床的旋转卡盘上安装有定位件，所述定位件用于将待检测法兰固定在旋转卡盘上方并使待检测法兰的下端面与旋转卡盘保持一定距离；

所述相控阵探头通过调整位置可与待检测法兰的上端面及下端面接触。

2.根据权利要求1所述的法兰缺陷自动检测装置，其特征在于，所述支架包括法兰上端面检测用支架及法兰下端面检测用支架，所述法兰上端面检测用支架包括导向杆及弹簧，所述相控阵探头通过导向杆与刀架连接，所述弹簧套在导向杆外周且位于刀架与相控阵探头中间。

3.根据权利要求1或2所述的法兰缺陷自动检测装置，其特征在于，所述定位件包括多个可与待检测法兰螺栓孔配合的定位杆，所述定位杆固定安装在旋转卡盘上，所述定位件还包括多个夹紧卡件，所述夹紧卡件的下端固定安装在旋转卡盘上，夹紧卡件的上端用于对待检测法兰的圆周面施加力矩进行定位和夹紧。

4.根据权利要求3所述的法兰缺陷自动检测装置，其特征在于，所述圆周面为内圆周面，所述力矩为向外的力矩。

5.根据权利要求1或2所述的法兰缺陷自动检测装置，其特征在于，所述相控阵探头与支架、支架与刀架之间为可拆卸连接。

6.一种法兰缺陷自动检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、利用与相控阵探伤仪连接的相控阵探头与旋转的待检测法兰上端面接触，相控阵探头相对待检测法兰做环向运动，且以扇形扫描方式对经过的法兰横截面进行扫描；

B、利用与相控阵探伤仪连接的相控阵探头与旋转的待检测法兰下端面接触，相控阵探头相对待检测法兰做环向运动，且以扇形扫描方式对经过的法兰横截面进行扫描。

7.根据权利要求6所述的法兰缺陷自动检测方法，其特征在于，采用权利要求1-5任一项所述的法兰缺陷自动检测装置进行检测。

8.根据权利要求7所述的法兰缺陷自动检测方法，其特征在于，检测时，在所述待检测法兰上下端面涂覆耦合剂。

9.根据权利要求7所述的法兰缺陷自动检测方法，其特征在于，所述待检测法兰为风电塔筒用法兰，所述步骤A中，相控阵探头与待检测法兰上端面上靠近内圆周侧的位置接触；所述步骤B中，相控阵探头与待检测法兰下端面上靠近外圆周侧的位置接触。