CN106442732B - 金属管件多层复合界面的超声检测装置和超声检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属管件多层复合界面的超声检测装置和超声检测方法，超声检测装置包括扫查同步装置、机械运动扫查系统、超声信号发射与采集系统、计算机系统，耦合平衡装置和管件固定旋转装置；所述管件固定旋转装置用于固定和旋转所述金属管件以使所述金属管件的一端端口垂直朝上；所述耦合平衡装置用于向所述金属管件内注入超声检测用液体耦合剂，在所述金属管件的两端分别安装有所述耦合平衡装置；超声检测方法包括准备步骤和检测步骤。本发明通过上述技术方案解决了超声检测时扫查不够全面和耦合效果差的难题，并具有可靠性高、可操作性强和检测效率高等优点。

Description

金属管件多层复合界面的超声检测装置和超声检测方法

技术领域

本发明属于无损检测领域，特别涉及一种金属管件多层复合界面超声检测装置和超声检测方法。

背景技术

在超导托卡马克可控热核聚变装置中，采用了大量具有多层复合界面的金属管件，其用于将该装置中产生的等离子体冷却和热量移除。金属管件的多层复合界面的焊接不良或者脱粘等缺陷直接影响金属管件的热交换能力，可能导致异常热应力，严重影响托卡马克装置的结构完整性和整体安全性。

目前，针对存在多层复合界面的金属管件，常规的检测方法主要有：射线检测方法、涡流检测方法以及超声检测方法等。射线检测方法成本高昂，同时针对钨材料的穿透能力较差；涡流检测方法针对多层复合界面的金属管件的脱粘性缺陷灵敏度较差；而超声检测方法凭借低成本优势较多应用于金属管件复合界面检测，其中，利用电磁超声对金属管件多层焊接界面脱粘缺陷的电磁超声检测信号进行数值模拟分析，说明了电磁超声对金属管件多层复合界面的检测可行性，但是检测条件要求较高，需要对超声信号进行复杂分析，无法给出直观的C型扫描成像结果；采用柔性管带动探头内插入管件的水浸法超声检测，可检出界面脱粘缺陷，但是仅能实现200mm左右较短管件的有效检测。

针对多种不同金属管件的尺寸和结构形状特性，超声检测主要有以下困难：

(1)当管件局部弯曲度较大时，较大的曲率切线方向角变化导致以树脂管等柔性管作为换能器运动的同步传递构件时，无论是采用轴向扫查还是周向旋转扫查方式，较长的柔性管一端在驱动装置带动下，不能传递足够扭转力到柔性管另一端(即探头端)，无法保证探头端旋转距离和机械控制系统的一致性，做不到管件界面的100％覆盖扫查和实时成像结果与实际扫查位置的一一对应。

(2)管件较长时，采用常规液浸法将管件整体浸入液体耦合剂中的检测方式，需要大型槽体容纳该管件；同时，为了固定长管件和实现管件的取放，还需要槽内具备复杂的固定夹取装置以及管件吊装装置，操作实施过程复杂，检测效率低下。

(3)长管的管件直径较小时，长管内难以实现100％液浸耦合。

发明内容

为了至少解决金属管件液浸耦合时，需使用大型槽体容纳该金属管件以及难以实现100％液浸耦合的问题，本发明一方面提供了一种金属管件多层复合界面的超声检测装置，所述超声检测装置包括：扫查同步装置、与扫查同步装置连接的机械运动扫查系统、分别与所述扫查同步装置和所述机械运动扫查系统连接的超声信号发射与采集系统、以及分别与所述机械运动扫查系统和所述超声信号发射与采集系统连接的计算机系统，所述机械运动扫查系统用于带动所述扫查同步装置对所述金属管件进行周向旋转同步扫查和轴向步进同步扫查，，还用于向所述超声信号发射与采集系统发送位置同步脉冲信号，所述超声检测装置还包括：耦合平衡装置和管件固定旋转装置；所述管件固定旋转装置，用于固定和旋转所述金属管件以使所述金属管件的一端端口垂直朝上；所述耦合平衡装置用于向所述金属管件内注入超声检测用液体耦合剂，在所述金属管件的两端分别安装有所述耦合平衡装置。

在如上所述的超声检测装置中，优选地，所述耦合平衡装置包括：容器、软管和固定平衡部件；所述容器用于容纳超声检测用液体耦合剂，在超声检测时，所述容器内容纳的超声检测用液体耦合剂的液面始终高于所述金属管件的最高点位置；所述软管用于将所述容器和所述金属管件的内部连通；所述固定平衡部件用于固定所述容器和所述软管位置。

在如上所述的超声检测装置中，优选地，所述管件固定旋转装置包括：支撑架、固定轴、旋转面板和紧固部件；所述固定轴固定安装在所述支撑架上；所述旋转面板套装于所述固定轴上，以绕所述固定轴转动；所述紧固部件用于将所述金属管件固定在所述旋转面板上。

在如上所述的超声检测装置中，优选地，所述紧固部件包括：凹槽固定部件、支撑部件和固定夹板；所述凹槽固定部件固定在所述旋转面板上，且容纳所述金属管件；所述固定夹板通过连接件将所述金属管件夹紧在所述凹槽固定部件和所述固定夹板之间；所述支撑部件的一端固定在所述旋转面板上，另一端抵接所述固定夹板。

在如上所述的超声检测装置中，优选地，所述扫查同步装置包括：换能器、同步传递构件和对接结构件；所述换能器与所述超声信号发射与采集系统电连接；所述同步传递构件的主体为钢丝绳，所述钢丝绳的上端与所述机械运动扫查系统连接，所述钢丝绳的下端通过所述对接结构件与所述换能器连接；所述对接结构件呈中空管状且套接于所述换能器外侧，沿所述对接结构件的轴向，所述对接结构件的外侧壁上形成有凸起，所述凸起的外缘以与所述金属管件的内壁沿金属管件的轴向相对滑动的方式设置，在所述对接结构件的周向上，所述凸起的周向长度小于所述对接结构件的周长，所述对接结构件的外侧壁上开有窗口以便于所述换能器发射超声波信号和接收反射回波信号。

在如上所述的超声检测装置中，优选地，所述钢丝绳的下端与所述对接结构件通过型面联接结构连接。

在如上所述的超声检测装置中，优选地，所述钢丝绳外包覆有热缩管。

在如上所述的超声检测装置中，优选地，所述钢丝绳由以单捻实心圆股钢丝绳作为绳芯，并外包多层异形钢丝捻制而成。

在如上所述的超声检测装置中，优选地，所述换能器与所述超声信号发射与采集系统电连接用的信号传输线外包覆有热缩管。

本发明另一方面还提供了一种金属管件多层复合界面的超声检测方法，采用上述金属管件多层复合界面的超声检测装置，其包括：准备步骤，利用管件固定旋转装置固定并旋转金属管件，使所述金属管件的一端端口朝向为垂直朝上，将扫查同步装置置于所述金属管件内，并将所述扫查同步装置的上端与所述机械运动扫查系统连接，将所述扫查同步装置的下端与所述超声信号发射与采集系统连接，通过分别安装在所述金属管件的两端的耦合平衡装置向所述金属管件内注入超声检测用液体耦合剂，通过计算机系统配置所述机械运动扫查系统的参数和所述超声信号发射与采集系统的参数；检测步骤，所述扫查同步装置在所述超声信号发射与采集系统的激励下发射超声波信号，并在所述机械运动扫查系统的带动下对所述金属管件进行周向旋转同步扫查和轴向步进同步扫查；同时，所述超声信号发射与采集系统在所述机械运动扫查系统的位置同步脉冲信号触发下，通过所述扫查同步装置采集所述金属管件的多层复合界面的反射回波信号；所述计算机系统分析提取反射回波信号，获得金属管件多层复合界面的扫描图像以便于超声无损检测。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

(1)以金属管件内部液浸耦合方式，节省了超声检测装置所占用的空间；同时采用安装有脚轮的管件固定旋转装置，对金属管件进行便携式安装和固定，增强了检测实施过程的可操作性；而且方便了金属管件的拆装，提高了检测效率。

(2)采用以密封钢丝绳为主体的同步传递构件，保证了局部弯曲度较大的金属管件中较好的机械转矩传递；并将换能器与同步传递构件通过型面联接结构对接，更好的带动换能器同步转动，确保周向旋转扫查100％覆盖，提高了检测结果的可靠性。

(3)通过对接结构件上的凸起结构，确保换能器发射的超声波信号垂直入射金属管件内壁的同时，还促进了超声检测用液体耦合剂的自由流动；并利用耦合平衡装置，依靠重力条件，达到了小直径长管件中100％液浸耦合的良好耦合效果。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种扫查同步装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种金属管件多层复合界面的超声检测装置的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种管件固定旋转装置的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种耦合平衡装置的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种紧固部件的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的一种对接结构件的轴向剖面结构示意图；

图7是本发明实施例提供的一种对接结构件的径向剖面结构示意图；

图8是本发明实施例提供的一种金属管件的径向剖面结构示意图；

图9是本发明实施例提供的一种金属管件的轴向剖面结构示意图；

图10是本发明实施例提供的金属管件多层复合界面脉冲回波信号图；

图11是本发明实施例提供的金属管件第一界面C型扫描结果图；

图12是本发明实施例提供的金属管件第二界面C型扫描结果图。

图中符号说明如下：

1扫查同步装置、11换能器、111信号传输线、12同步传递构件、121型面联接轴、122紧固螺母、13对接结构件、131窗口、132凸起、133型面联接轮毂结构、134外螺纹结构、2机械运动扫查系统、3超声信号发射与采集系统、4计算机系统、5管件固定旋转装置、51支撑架、52固定轴、53旋转面板、54紧固部件、541支撑部件、542凹槽固定部件、543固定夹板、6金属管件、61第一金属管、62第二金属管、63块状体、64内壁、65第一界面、66第二界面、7耦合平衡装置、71容器、72软管、8检测配套装置。

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的实施方式作进一步地详细描述。

参见图1～12，本发明实施例提供了一种金属管件多层复合界面的超声检测装置，其包括：机械运动扫查系统2、扫查同步装置1、超声信号发射与采集系统3、计算机系统4、耦合平衡装置7和管件固定旋转装置5。为了便于描述，扫查同步装置1、耦合平衡装置7和管件固定旋转装置5可以合称为检测配套装置8。本实施例提供的超声检测装置适用的金属管件6为具有多层复合界面的金属管件，优选为具有多层复合界面的弯金属管(或称具有多层复合界面和弯曲度的金属管件)，在其他的实施例中还可以为具有多层复合界面的直金属管，本实施例对此不进行限定。为了清楚地说明金属管件6的多层复合界面结构，下面以三种金属形成三层界面为例对金属管件进行介绍，参见图8，金属管件6包括：由第一金属形成的第一金属管61、由第二金属形成的第二金属管62以及由第三金属形成的带有通孔的块状体63；第二金属管62插入通孔中并与块状体63焊接，第一金属管61插入第二金属管62中并与第二金属管62焊接。金属管件的复合界面沿径向由内往外依次为：内壁64、第一界面65和第二界面66，如图9所示。

具体而言，机械运动扫查系统2与扫查同步装置1连接，用于带动扫查同步装置1在金属管件6内进行轴向和周向扫查，其优选为多轴机械控制与运动控制系统。为了扩展机械运动扫查系统2的扫查行程，本发明的超声检测装置还包括垂直升降辅助装置，安装在机械运动扫查系统2的下方，用于升降机械运动扫查系统2。扫查同步装置1置于金属管件6的内部，用于在机械运动扫查系统2的带动下，与机械运动扫查系统2的扫查同步。超声信号发射与采集系统3与扫查同步装置1和机械运动扫查系统2连接，用于激励扫查同步装置1发射超声波信号，并在机械运动扫查系统2的位置同步脉冲信号触发下，通过扫查同步装置1采集金属管件6的多层复合界面的反射回波信号，优选利用多闸门动态跟踪功能采集反射回波信号，也就是说机械运动扫查系统2的同步脉冲信号作为超声信号发射与采集系统3的外部触发信号，用于触发超声信号发射与采集系统3采集反射回波信号。计算机系统4与超声信号发射与采集系统3连接，用于分析提取超声信号发射与采集系统3发送来的反射回波信号，获得金属管件6的多层复合界面的扫描图像以便于超声无损检测。耦合平衡装置7分别安装在金属管件6的两端，与金属管件6的内孔(如图9中内壁围成的通孔)连通，用于向金属管件6内(即金属管件6的内孔)注入超声检测用液体耦合剂，且在检测过程中耦合平衡装置7内超声检测用液体耦合剂的液面始终高于金属管件6的最高点位置。管件固定旋转装置5用于固定金属管件6，并能够在需要时旋转金属管件6使金属管件6的一端端口垂直朝上。

本发明通过管件固定旋转装置5将金属管件6固定并调整金属管件6的一端端口朝向直至其垂直朝上，通过耦合平衡装置7向金属管件6内注入超声检测用液体耦合剂，使得超声检测装置可以基于U型管原理，依靠超声检测用液体耦合剂自身的重力，达到检测时扫查同步装置1在金属管件6中，尤其是在小直径(例如内径不小于10mm)的金属管件6中，长管件(例如长度2000mm以内)中、弯管件(局部弯曲度不超过400mm/m)中，100％液浸耦合的良好耦合效果，同时实现了采用金属管件6的内部液浸耦合的方式进行检测，避免了将金属管件6整体浸入超声检测用液体耦合剂中，从而节省了超声检测装置所占用的空间。

为了使得耦合平衡装置7的结构简单，可操作性强，参见图4，耦合平衡装置7包括：容器71、软管72和固定平衡部件(未图示)。容器71用于容纳超声检测用液体耦合剂，优选为锥形容器。软管72的两端分别与容器71和金属管件6的端口连接以使容器71和金属管件6内孔(即金属管件内部)连通，软管72优选为橡胶软管，其长度可依现场检验实施作相应调整。固定平衡部件用于固定容器71和软管72位置，以保证容器71和软管72的稳定性，其可以包括固定扎带和平衡杆。应用时，通过容器71向金属管件6内部注入液体耦合剂，容器71中超声检测用液体耦合剂的液面始终保持高于金属管件6的最高点位置，以保证金属管件6内部有足够液体耦合剂，从而实现100％液浸耦合。

参见图3，管件固定旋转装置5包括：支撑架51、固定轴52、旋转面板53和紧固部件54。支撑架51用于提供支撑，在其上固定安装有固定轴52。旋转面板53套装于固定轴52上以绕固定轴52旋转，此时固定轴52不发生转动，旋转面板53发生转动，即旋转面板53相对于固定轴52旋转滑动，可通过检测人员手推旋转面板53实现，从而调整金属管件6的一端端口的朝向，直至一端端口垂直朝上。支撑架51与旋转面板53上都分布有多个通孔，利用螺栓与通孔配合将旋转面板53固定于支撑架51上。紧固部件54用于将金属管件6整体固定在旋转面板53上，即金属管件6平置于旋转面板53上方。紧固部件54的数量为多个，多个紧固部件54沿金属管件6的中心线方向依次分布并安装在旋转面板53上。通过该管件固定旋转装置5实现了对金属管件6的便携式安装和固定，增强检测实施过程的可操作性，提高检测效率。需要说明的是，图3中实线所示的旋转面板上固定的金属管件的两个端口均不垂直朝上，通过旋转使金属管件的一端端口垂直朝上，具体如虚线所示的旋转面板53上固定的金属管件。

参见图5，紧固部件54固定在旋转面53板上，且其内夹紧有金属管件6，即将金属管件6以夹装方式固定在旋转面板53上，其包括：支撑部件541、凹槽固定部件542和固定夹板543。凹槽固定部件542的底端固定在旋转面板53上，顶端形成有凹槽以容纳金属管件6的底端，实现有效稳固金属管件6。固定夹板543置于金属管件6顶端，通过连接件(例如螺栓)使得固定夹板543和凹槽固定部件542夹紧金属管件6。支撑部件541置于固定夹板543和旋转面板53之间，且分别与固定夹板543和旋转面板53连接，其与金属管件6分列于连接件两侧，如此利于进一步实现有效夹紧，防止掉落。支撑部件541的形状可以呈圆柱形，还可以呈棱柱形，本实施例对此不进行限定。支撑部件541、凹槽固定部件542和固定夹板543优选均采用橡胶材料制作以在实施夹紧过程中避免对金属管件6的外表面造成损伤。在支撑架51的底部安装有脚轮，可以实现支撑架51整体的自由移动，进而在检测实施过程中实现金属管件6整体的自由移动，利于金属管件6的便携式安装和固定。

为了提高扫查同步装置1与机械运动扫查系统2扫查的同步性，尤其避免在金属管件6较长和局部弯曲度较大时带来的扫查不够全面的后果，参见图1，扫查同步装置1包括：换能器11、同步传递构件12和对接结构件13。换能器11与超声信号发射与采集系统3通过信号传输线111电连接，用于在超声信号发射与采集系统3的激励下发射超声波信号以及接收金属管件6的多层复合界面的反射回波信号。换能器11的周向旋转为扫查方向，换能器的轴向提升为步进方向。由于信号传输线111较长且扫查程中换能器11在机械运动扫查系统2的带动下不停地旋转，信号传输线111会在金属管件6内出现旋转打结的情况，为了避免信号传输线111打结和磨损，在信号传输线111外缠绕钢丝，然后再外包覆热缩管以确保信号传输线111不打结和不被磨损。

对接结构件13用于将换能器11和同步传递构件12对接连接，其呈中空管状且套接于换能器11外侧，在对接结构件13的侧壁上开有窗口131，换能器11产生的超声波信号经该窗口131发射出去，同时，反射回波信号经该窗口131后被换能器11所接收。在对接结构件13的位于该窗口131的上方(如图1中的右方)和下方(如图1中的左方)的外侧壁上均形成有凸起132，在对接结构件13的周向上，凸起132的周向长度小于对接结构件13的周长，如此有利于超声检测用液体耦合剂在金属管件6内部的流动，保证100％液浸耦合，同时，凸起132以其外缘与金属管件6的内壁相对滑动的方式进行运动，例如凸起132的外缘与金属管件6的内壁间隙配合，如此利于实现超声波信号传播方向与金属管件6的轴向相互垂直。凸起132的断面优选呈扇形，以增大与金属管件6内壁的接触面积，凸起132与对接结构件13为面接触，以增大与对接结构件13的接触面积，从而更利于超声波信号传播方向与金属管件6的轴向相互垂直。凸起132的数量可以为多个，多个凸起132沿对接结构件13的周向均匀分布。参见图7，凸起132的数量为三个，三个凸起132均布在对接结构件13的外侧壁上，即相邻凸起132之间间隔60°。对接结构件13和凸起132优选为一体式结构。

换言之，沿对接结构件13的轴向，将对接结构件13依次分为对接区域、中心区域和其他区域三部分(如图1中，对接结构件13的右部为对接区域，中部为中心区域，左部为其他区域)。对接区域与同步传递构件12的下端连接，中心区域开有窗口以保证换能器11的信号发射和接收器完整可见，凸起132分布于区域边界处，优选在两个区域交界处(即对接区域与中心区域的交界处、中心区域和其他区域的交界处)均分布有凸起132。其他区域与信号传输线利用热缩管包覆连接，加固对接结构件与换能器装置的连接。

同步传递构件12与机械运动扫查系统2连接，用于实现换能器11与机械运动扫查系统2的扫查同步，其主体为钢丝绳，钢丝绳的上端与机械运动扫查系统2连接，钢丝绳的下端与对接结构件13连接，从而实现与换能器11的连接。由于钢丝绳具有一定的弯曲性能，因此能够传递较大的转矩，进而有效带动换能器11旋转，从而保证了在局部弯曲度较大的金属管件6中较好的机械转矩传递。优选地，钢丝绳由以单捻实心圆股钢丝绳作为绳芯，并外包多层异形钢丝捻制而成的密封钢丝绳。为了在检测过程中保护金属管件6的内壁不被钢丝绳划，在钢丝绳外包覆有热缩管。

为了更好地实现换能器11与同步传递构件12的同步转动，以确保周向旋转扫查100％覆盖，并提高检测结果的可靠性。参见图1、图6和图7，钢丝绳的下端与对接结构件13通过型面联接结构连接。具体地，在钢丝绳的下端形成有型面联接轴121和紧固螺母122，对应的，对接结构件13具有型面联接轮毂结构133和外螺纹结构134，型面联接轴121与型面联接轮毂结构133键连接，紧固螺母122和外螺纹结构134旋合对接。钢丝绳的上端与机械运动扫查系统2可以通过刚性紧固件连接，刚性紧固件可以为带螺钉螺钉的金属棒，利用螺钉与钢丝绳固定连接。

基于前述金属管件多层复合界面的超声检测装置，本发明实施例还提供了一种金属管件多层复合界面的超声检测方法，其步骤包括：准备步骤和检测步骤。

准备步骤包括：利用管件固定旋转装置5固定并旋转金属管件6，使金属管件6的一端端口朝向为垂直朝上，将扫查同步装置1置于金属管件6内，并将扫查同步装置6的上端与机械运动扫查系统2连接，将扫查同步装置1的下端与超声信号发射与采集系统3连接，通过分别安装在金属管件6的两端的耦合平衡装置7向金属管件6内注入超声检测用液体耦合剂，通过计算机系统4配置机械运动扫查系统2的参数和超声信号发射与采集系统3的参数；

检测步骤包括：扫查同步装置1在超声信号发射与采集系统3的激励下发射超声波信号，并在机械运动扫查系统2的带动下对金属管件6进行周向旋转同步扫查和轴向步进同步扫查；超声信号发射与采集系统3通过扫查同步装置1采集金属管件6的多层复合界面的反射回波信号；计算机系统4分析提取反射回波信号，获得金属管件多层复合界面的扫描图像以便于超声无损检测。

下面对准备步骤进行具体说明：利用管件固定旋转装置5中的紧固部件54将金属管件6固定安装在旋转面板53上，该旋转面板53套装于设置在支撑架51上的固定轴52；然后按一定角度转动旋转面板53，使金属管件6的一端端口垂直朝上；将换能器11穿过金属管件6内部，并与同步传递构件12的下端(该下端形成有型面联接轴121和紧固螺母122)通过对接结构件13上的型面联接轮毂结构133和外螺纹结构134对接联接；同时，同步传递构件12的上端与机械运动扫查系统2的W旋转轴连接；金属管件6的两端分别安装耦合平衡装置7，并通过耦合平衡装置7向金属管件6内注入超声检测用液体耦合剂；

通过计算机系统4配置超声信号发射与采集系统3的参数，包括：设置频率与换能器11的标称频率保持一致；多闸门动态跟踪功能中浮动闸门跟踪金属管件内壁的反射回波信号，其他闸门依次跟踪金属管件6的复合界面反射回波信号；

通过计算机系统4配置机械运动扫查系统2的参数，包括设置扫查轴为W轴及其扫查分辨率，步进轴为Z轴及其步进分辨率；设置两轴的扫查范围；

检测步骤执行后，计算机系统4获得的实时扫描图像包括：B型、C型和D型扫描图像，这些扫面图像经图像分析(如图像缩放、位置跟踪以及波形查看)能得出金属管件多层复合界面的超声检测结果。

现结合检测实施例对本发明提供的超声检测方法作进一步描述：

以本发明提供的超声检测装置实现全长为1700mm，内径为12mm，局部弯曲度为400mm/m，由三种金属材料复合而成的具有两个扩散焊接界面的金属复合管件的超声检测为实例，其复合界面的示意图如图8～9所示。换能器11的结构尺寸选择如下：直径为6mm，长度为20mm，频率为15MHz。对接结构件13的结构尺寸选择如下：总长度为25mm，内径为6mm，外径为8mm；两组扇形叶片凸起结构厚度为2mm，间隔为8mm，凸起高度为1.9mm。

超声检测方法如下：

(1)、将金属管件6置于紧固部件54的凹槽固定部件542中，通过固定夹板543将金属管件6固定安装在旋转面板53上，该旋转面板53套装于设置在支撑架51上的固定轴52，然后移动至机械运到扫查系统2的下端；同时，按一定角度转动旋转面板53，使金属管件6的一端端口垂直朝上；换能器11穿过金属管件6内部，与同步传递构件12的下端(该下端形成有型面联接轴121和紧固螺母122)通过对接结构件13上的型面联接轮毂结构133和外螺纹结构134对接联接；同步传递构件12的上端与机械运动扫查系统2的W旋转轴连接；金属管件6的两端分别安装有耦合平衡装置7，并通过该耦合平衡装置7向金属管件6内注入超声检测用液体耦合剂，例如纯水。

(2)、通过计算机系统4配置超声信号发射与采集系统3的参数，包括：发射频率为15MHz，高通滤波/低通滤波为12～18MHz；浮动闸门I跟踪内壁界面64波，第一闸门A和第二闸门B触发方式均为界面波触发，用于跟踪第一界面65和第二界面66的脉冲反射回波，其回波信号如图10所示；

(3)、通过计算机系统4配置机械运动扫查系统2的参数，设置扫查轴为W轴及其扫查分辨率0.3mm，步进轴为Z轴及其步进分辨率为1mm；设置步进轴扫查范围，起点为金属长管件的中间适当位置，终点为金属管件一侧端口；

(4)、超声检测装置运行，开始自动扫查，实时成像；

(5)、超声检测装置扫查结束后，获得的C型扫描结果如图11～12所示，图11所示的C型扫描1为第一界面65结果图，图12所示的C型扫描2为第二界面66结果图；通过缩放、位置跟踪以及固定位置的A型扫描波形查看(即针对C型扫描图像结果，点击该图像中的任何位置可查看该位置对应的A型扫描波形结果)等功能分析图像。

(6)通过以上步骤，完成金属6管件近一半长度的复合界面检测，利用管件固定旋转装置5改变金属管件6的端口朝向使另一端端口垂直朝上和并重新调整换能器位置，重复上述步骤(1)～(5)完成金属管件剩余部分的复合界面检测。

通过利用本发明提供的超声检测方法和超声检测装置，可以有效检出两个界面(第一界面65和第二界面66)的1.0mm和2.0mm平底孔当量大小的未焊合缺陷，如图11和图12中所示。

综上所述，本发明实施例的有益效果如下：

(1)以金属管件6内部液浸耦合方式，节省了超声检测装置所占用的空间；同时采用安装有脚轮的管件固定旋转装置5，对金属管件6进行便携式安装和固定，增强了检测实施过程的可操作性；而且方便了金属管件6的拆装，提高了检测效率。

(2)采用以密封钢丝绳为主体的同步传递构件12，保证了局部弯曲度较大的金属管件6中较好的机械转矩传递；并将换能器11与同步传递构件12通过型面联接结构对接，更好的带动换能器11同步转动，确保周向旋转扫查100％覆盖，提高了检测结果的可靠性。

(3)通过对接结构件13上的凸起132结构，确保换能器11发射的超声波信号垂直入射金属管件6内壁的同时，还促进了超声检测用液体耦合剂的自由流动；并利用耦合平衡装置7，依靠重力条件，达到了小直径金属管件6中100％液浸耦合的良好耦合效果。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (9)

1.一种金属管件多层复合界面的超声检测装置，所述超声检测装置包括：扫查同步装置、与扫查同步装置连接的机械运动扫查系统、分别与所述扫查同步装置和所述机械运动扫查系统连接的超声信号发射与采集系统、以及分别与所述机械运动扫查系统和所述超声信号发射与采集系统连接的计算机系统，所述机械运动扫查系统用于带动所述扫查同步装置对所述金属管件进行周向旋转同步扫查和轴向步进同步扫查，还用于向所述超声信号发射与采集系统发送位置同步脉冲信号；

其特征在于，所述超声检测装置还包括：耦合平衡装置和管件固定旋转装置；

所述管件固定旋转装置用于固定和旋转所述金属管件以使所述金属管件的一端端口垂直朝上；

所述耦合平衡装置用于向所述金属管件内注入超声检测用液体耦合剂，在所述金属管件的两端分别安装有所述耦合平衡装置；

所述耦合平衡装置包括：容器、软管和固定平衡部件；

所述容器用于容纳超声检测用液体耦合剂，在超声检测时，所述容器内容纳的超声检测用液体耦合剂的液面始终高于所述金属管件的最高点位置；

所述软管用于将所述容器和所述金属管件的内部连通；

所述固定平衡部件用于固定所述容器和所述软管位置。

2.根据权利要求1所述的超声检测装置，其特征在于，所述管件固定旋转装置包括：支撑架、固定轴、旋转面板和紧固部件；

所述固定轴固定安装在所述支撑架上；

所述旋转面板套装于所述固定轴上，以绕所述固定轴转动；

所述紧固部件用于将所述金属管件固定在所述旋转面板上。

3.根据权利要求2所述的超声检测装置，其特征在于，所述紧固部件包括：凹槽固定部件、支撑部件和固定夹板；

所述凹槽固定部件固定在所述旋转面板上，且容纳所述金属管件；

所述固定夹板通过连接件将所述金属管件夹紧在所述凹槽固定部件和所述固定夹板之间；

所述支撑部件的一端固定在所述旋转面板上，另一端抵接所述固定夹板。

4.根据权利要求1所述的超声检测装置，其特征在于，所述扫查同步装置包括：换能器、同步传递构件和对接结构件；

所述换能器与所述超声信号发射与采集系统电连接；

所述同步传递构件的主体为钢丝绳，所述钢丝绳的上端与所述机械运动扫查系统连接，所述钢丝绳的下端通过所述对接结构件与所述换能器连接；

所述对接结构件呈中空管状且套接于所述换能器外侧，沿所述对接结构件的轴向，所述对接结构件的外侧壁上形成有凸起，所述凸起的外缘以与所述金属管件的内壁沿金属管件的轴向相对滑动的方式设置，在所述对接结构件的周向上，所述凸起的周向长度小于所述对接结构件的周长，所述对接结构件的外侧壁上开有窗口以便于所述换能器发射超声波信号和接收反射回波信号。

5.根据权利要求4所述的超声检测装置，其特征在于，所述钢丝绳的下端与所述对接结构件通过型面联接结构连接。

6.根据权利要求4所述的超声检测装置，其特征在于，所述钢丝绳外包覆有热缩管。

7.根据权利要求6所述的超声检测装置，其特征在于，所述钢丝绳由以单捻实心圆股钢丝绳作为绳芯，并外包多层异形钢丝捻制而成。

8.根据权利要求4所述的超声检测装置，其特征在于，所述换能器与所述超声信号发射与采集系统电连接用的信号传输线外包覆有热缩管。

9.一种金属管件多层复合界面的超声检测方法，采用权利要求1～8中任一项所述的金属管件多层复合界面的超声检测装置，其特征在于，所述超声检测方法包括：

准备步骤，利用管件固定旋转装置固定并旋转金属管件，使所述金属管件的一端端口朝向为垂直朝上，将扫查同步装置置于所述金属管件内，并将所述扫查同步装置的上端与所述机械运动扫查系统连接，将所述扫查同步装置的下端与所述超声信号发射与采集系统连接，通过分别安装在所述金属管件的两端的耦合平衡装置向所述金属管件内注入超声检测用液体耦合剂，通过计算机系统配置所述机械运动扫查系统的参数和所述超声信号发射与采集系统的参数；

检测步骤，所述扫查同步装置在所述超声信号发射与采集系统的激励下发射超声波信号，并在所述机械运动扫查系统的带动下对所述金属管件进行周向旋转同步扫查和轴向步进同步扫查；所述超声信号发射与采集系统在所述机械运动扫查系统的位置同步脉冲信号触发下，通过所述扫查同步装置采集所述金属管件的多层复合界面的反射回波信号；所述计算机系统分析提取反射回波信号，获得金属管件多层复合界面的扫描图像以便于超声无损检测。