CN110320284A - 一种钢管焊缝超声相控阵检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢管焊缝超声相控阵检测装置，包括支撑架和超声探伤仪，所述支撑架包括一个第一支撑架和两个第二支撑架，所述第一支撑架上设置伺服电机和数字信号处理器，所述第二支撑架包括两个T型架和垂直固接在T型架之间的横杆，所述T型架上固接V型架，所述伺服电机的输出轴与旋转卡盘的中心固接，所述旋转卡盘与钢管可拆卸连接，所述钢管的另一端设置在V型架上，所述超声探伤仪与内部设有超声相控阵换能器的超声探头电连接，所述超声探伤仪与数字信号处理器电连接，所述数字信号处理器与伺服电机电连接,使用方便，检测效果好。

Description

一种钢管焊缝超声相控阵检测装置

技术领域

本发明涉及焊缝探伤领域，尤其涉及一种钢管焊缝超声相控阵检测装置。

背景技术

随着城市建设步伐的加快，城区输变电工程数量增多，占地面积小、运行寿命长的输电线路钢管塔得到了广泛应用。钢管塔主要采用低合金高强度钢，焊接过程中因天气、人为操作等因素可能会产生焊接缺陷如气孔、未熔合、裂纹等，这些焊接缺陷的存在破坏了焊缝的完整性和受力不均匀性，易引起应力集中某一点上的现象，降低焊接接头的力学性能，缩短钢管塔的使用寿命，严重时将发生质量事故，因此在焊接完成后要对焊缝进行检测。超声相控阵技术是当今无损检测技术中最先进的超声检测新方法，检测结果以图像形式呈现，能够为缺陷定位、定量、定性、定级提供丰富的信息，且检测速度快、使用灵活操作简便，因此被广泛应用到焊缝检测装置中。

中国实用新型专利CN 208488411U公布了一种钢结构焊缝检测装置,包括工作台、超声波检测仪、电脑，所述工作台包括的检测板的中心上开设的凹槽上固接电机，所述电机上固接有固定杆，所述固定杆顶部与滑杆下方开设的凹槽固接，所述滑杆上滑动连接有滑块，滑块靠近固定杆的一侧与电动伸缩杆的伸缩部固接，所述电动伸缩杆固接在滑杆上，所述滑块下方固接有检测头，所述滑块靠近底部一侧设有摄像头,此检测装置工作效率较高，但该装置检测钢管焊缝时较为困难，检测到存在焊缝缺陷的位置时电机仍会继续转动，需要工作人员根据超声波检测仪上的波形图和电脑图像重新判断存在焊缝缺陷的位置，增加了工作量和工作难度。中国实用新型专利CN 207611016 U公布了一种管道焊缝自动化加测装置，包括环形抱箍轨道、动力装置、制动器、活动支架、报警器、超声检测仪、探头固定端及超声检测探头，环形抱箍轨道可拆卸的环抱于管道上，动力装置设于环形抱箍轨道上，报警器、制动器和超声检测仪设于动力装置上，活动支架的一端连接于动力装置上，另一端设有探头固定端，探头固定端设有超声探头；超声探头与超声探伤仪电连接，超声探伤仪与制动器电连接，制动器与报警器电连接，该实用新型公布的管道焊缝自动化检测装置能实现对焊缝的自动化探伤检测，定位准确，但钢管上存在多个相距较远的焊缝时，需要不断将抱箍拆下并安装到新的待检测焊缝附近，使用不便。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的主要目的时提供一种结构简单、定位准确、使用方便、检测效果好的适用于钢管焊缝检测的超声相控阵检测装置。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种钢管焊缝超声相控阵检测装置，包括支撑架和超声探伤仪，所述支撑架包括一个第一支撑架和两个第二支撑架，所述第一支撑架上设置伺服电机和数字信号处理器，所述第二支撑架包括两个T型架和垂直固接在T型架之间的横杆，所述T型架上固接V型架，所述伺服电机的输出轴与旋转卡盘的中心固接，所述旋转卡盘与钢管可拆卸连接，所述钢管的另一端设置在V型架上，所述超声探伤仪与数字信号处理器电连接，所述数字信号处理器与伺服电机电连接。

作为本发明的进一步改进，所述第一支撑架包括支撑架上层板、支撑架下层板和垂直固定在上下层板之间的支腿，所述支撑架上层板上设置伺服电机，所述支撑架下层板上设置数字信号处理器。

作为本发明的进一步改进，所述V型架上设置托轮。

作为本发明的进一步改进，所述超声探伤仪的外部套接外壳，所述外壳底部固接万向刹车轮，所述外壳上固接活动支架，所述活动支架由固定杆和相互铰接的多个活动杆组成，所述活动杆一端铰接超声探头。

作为本发明的进一步改进，所述旋转卡盘包括卡盘本体和固定在卡盘本体内的多组筒环，所述筒环和卡盘本体上均匀设置多个通孔，通孔内旋转安装螺栓。

作为本发明的进一步改进，所述T型架的竖直杆为带有刻度线一的伸缩杆。

作为本发明的进一步改进，所述伺服电机电连接报警器，所述报警器在伺服电机的停转时发出报警信号。

作为本发明的进一步改进，所述T型架上倾斜设置多个支撑杆。

作为本发明的进一步改进，所述输出轴的端部固接齿轮，所述钢管上可拆卸连接固定盘，所述固定盘内壁上设置与齿轮相匹配的内齿。

作为本发明的进一步改进，所述支腿为带有刻度线二的伸缩杆。

传统输电线路钢管塔结构一、二级焊缝质量检测一般采用超声波检测方法进行内部缺陷的检验，当超声波检测不能对缺陷做出判断时，应采用射线检测方法。射线检测无法对缺陷进行定位, 无法检出平行于射线方向的缺陷，不能确定缺陷位置的深浅，且便携性较差，X 射线底片不易携带和保存。射线检验时由于检测场所所限, 很难实现有效屏蔽,对人员有辐射危害, 并且无法实现过程控制，且检测周期较长，效率低。常规超声波探头的参数和楔块角度确定以后即确定了波束角度, 导致可能漏检焊缝中走向与波束平行的缺陷。超声探头需要沿着钢管周向和轴向进行频繁的移动扫描，检测过程复杂，耗时较长。传统的钢管焊缝无损检测方法缺陷不能直观呈现、检验结果受检测人员检验水平制约，影响检测质量与检测效率。此外，传统的超声检测采用单晶片探头发射声束，在某些情况下也采用双晶片探头或单晶片聚焦探头来减少盲区和提高分辨率。但是不论是哪种情况下，超声场在介质中均是按照一个单一角度的轴线方向传播.单一角度的扫查限制了超声检测对于不同方向缺欠定性和定量的能力。因此，大部分“有效的”的标准都要求采用多个角度声束的扫查来提高检出率，但是对于复杂几何外形、大壁厚或者探头扫查空间有限的情况检测很难实现。

普通存在的一个共性是：现有技术中的探头检测都是楔形，超声波探头置于钢管表面上时，探头与钢管表面是线接触，耦合效果差，探头中超声波从楔块入射到钢管表面时，超声波声束将发散，而入射到钢管壁时，超声波再次发散，导致超声波指向性差，回波声能减弱，检测灵敏度低。同时，钢管塔用钢管的检测都是采用使用前出厂前的检测，将焊接好的钢管平放在地面上，通过人员手持探测头进行焊缝的检测，检测过程中翻转钢管，对焊缝进行全面检测，此种检测方法不需要上下移动钢管，操作简单，成本低廉，因此很少有人考虑到借助支撑架将钢管撑起，因为钢管塔用钢管重量大，上下移动过程中危险系数较高，稍有不慎便会对工作人员的人身安全造成影响。

本发明的有益效果是：

1、一种钢管焊缝超声相控阵检测装置，包括支撑架和超声探伤仪，所述支撑架包括一个第一支撑架和两个第二支撑架，所述第二支撑架包括两个T型架和垂直固接在T型架之间的横杆，所述T型架上固接V型架，所述伺服电机的输出轴与旋转卡盘的中心固接，所述旋转卡盘与钢管可拆卸连接，旋转卡盘将钢管与输出轴连接，使钢管随着输出轴的转动二转动；所述钢管的另一端设置在V型架上，为钢管提供支撑，且V型架的夹角固定，防止钢管转动过程时轴心移动，保证钢管转动时的稳定性，伺服电机启动后，输出轴转动，输出轴带动旋转卡盘转动进而带动钢管在V型架内转动，工作人员检测焊缝时，无需手动旋转钢管，大大减少了工作量；所述超声探伤仪与内部设有超声相控阵换能器的超声探头电连接，超声相控阵换能器可以灵活、便捷而有效地控制声束形状和声压分布，检测范围广，检测精度高，因此超声探头能够对钢管焊缝进行无死角的检测，使用方便，检测效果好，且检测结果以图像形式呈现，为缺陷定位、定量、定性、定级提供了丰富的信息，工作人员可以根据超声探伤仪显示的图像准确的判断出焊缝缺陷类型；所述超声探伤仪与数字信号处理器电连接，所述数字信号处理器与伺服电机电连接，测到焊缝时，数字信号处理器通过超声探伤仪波动的阶跃性变化使伺服电机关闭，钢管停转，超声探头所对应的位置为存在焊缝缺陷的位置，定位准确。

2.钢管放置在V型架内，V型架上设置托轮，钢管与托轮滚动连接，摩擦力较小，便于钢管转动，减少伺服电机的负荷，增加伺服电机的使用寿命。

3.T型架的竖直杆为带有刻度线一的伸缩杆，可精确地将钢管托举到一定的高度后安装在旋转卡盘中，避免按照工作人员的主观猜测多次调整，提高工作效率；T型架上倾斜设置多个支撑杆，加强了第二支撑架的稳定性，使本发明的安全性更好。

4.钢管端部固定在旋转卡盘内，旋转卡盘上设有多组筒环，每两组相邻的筒环之间可放置一定直径的钢管，通过螺栓将钢管固定，可适用于不同管径钢管的焊缝检测。

5.超声探伤仪固定在外壳内，超声探伤仪的外壳底端设置万向刹车轮，可以方便的将超声探测仪移动到所需的位置，无需手持，减轻了工作人员的负担；外壳顶端固接活动支架，活动支架由固定杆和活动杆组成，超声探头铰接在活动杆的端部，超声探头可以根据实际需要放置在焊缝附近，使用灵活方便。

6.报警器在伺服电机停转时发出报警信号，提醒工作人员及时检查和修整缺陷焊缝，确保所有的焊缝达到焊接标准。

7.输出轴端部固接齿轮，钢管上可拆卸连接内部设有与齿轮相匹配的内齿的固定盘，齿轮与内齿相互咬合带动钢管旋转，调整钢管高度时，齿轮和内齿之间可存在一定缝隙，只需保证齿轮和内齿能够相互咬合即可，对调节精度的要求降低。

8.支腿为带有刻度线二的伸缩杆，钢管的位置与旋转卡盘中筒环之间形成的轨道不匹配时，参照刻度线二调整支腿的高度，使旋转卡盘处于合适的高度，不需要调整两个第二支撑架的高度，调节更加简单方便。

附图说明

图1为本发明实施例一的结构示意图；

图2为本发明实施例一的第二支撑架的侧视图；

图3为本发明实施例一的旋转卡盘的侧视图；

图4为本发明实施例一的超声探头、外壳和活动支架的侧视图；

图5为本发明实施例二的主视图；

图6为本发明实施例二的俯视图；

图7为本发明实施例三的主视图；

图8为本发明实施例三的齿轮、固定盘和钢管的结构示意图；

图9为本发明实施例四的结构示意图；

其中，1-支撑架上层板，2-支撑架下层板，3-支腿，4-钢管，5-T型架，6-横杆，7-V型架，8-支撑杆，9-托轮，10-伺服电机，11-数字信号处理器，12-报警器，13-输出轴，14-旋转卡盘，15-螺栓，16-刻度线一，17-超声探伤仪，18-超声探头，19-超声相控阵换能器，20-活动支架，21-外壳，22-万向刹车轮，，23-转盘轴承，24-卡盘本体，25-筒环，26-工字型架，27-圆轴，28-卡槽，29-固定盘，30-齿轮，32-刻度线二，33-固定杆，34-活动杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1-4为本发明的第一种实施方式，一种钢管焊缝超声相控阵检测装置，包括支撑架和超声探伤仪17，支撑架包括一个第一支撑架和两个第二支撑架，第一支撑架包括支撑架上层板1和支撑架下层板2，支撑架上层板1的四个角通过螺栓或焊接等方式垂直固定支腿3，支腿3之间通过螺栓或焊接等方式水平安装支撑架下层板2。第二支撑架包括两个T型架5，T型架5的竖杆为电动液压推杆，竖杆上通过刻刀刻出环形刻度线一16，用来表示竖杆上升的高度，两个T型架5的下部之间通过螺栓或焊接等方式垂直固定横杆6，为了增加第二支撑架的稳定性，T型架5上通过螺栓或焊接等方式倾斜固定四个支撑杆8，支撑杆8不影响电动液压推杆的伸缩。T型架5的顶部通过螺栓或焊接等方式固定V型架7，V型架7上通过螺栓对称安装多个托轮9，所述托轮9为CY-38A型万向球。

支撑架上层板1上通过螺栓固定伺服电机10，支撑架下层板2上安放数字信号处理器11，伺服电机10右侧设有伸出支撑架上层板1外的输出轴13，输出轴13的另一端与旋转卡盘14的中心焊接，旋转卡盘14包括卡盘本体24，卡盘本体24为圆盘结构，卡盘本体24侧面等间距焊接五个筒环25，每两个相邻的筒环25组成一个环形轨道，如图3所示，五个筒环25呈同心圆状，筒环25上设有相对应的通孔，通孔内均设有正螺纹，通孔内安装设有反螺纹的螺栓15。

超声探头18采用超声相控阵换能器19，超声探伤仪17外部套接外壳21，外壳21由背板、顶板、底板和两个侧板焊接而成，顶板上设有通孔，超声探伤仪17上的连接电线穿过通孔与超声探头18相连接，外壳21顶板上连接活动支架20，活动支架20由固定杆33和两个活动杆34组成，固定杆33垂直焊接在外壳21的顶板上，固定杆33与活动杆34之间、活动杆34与活动杆34之间通过转盘轴承24铰接，活动杆34可自由旋转并固定，活动杆34另一端与超声探头18通过万向接头连接，超声探头18与超声连接仪17之间的连接线通过粘胶等方式固定在活动支架20上，外壳21的底板的四个角通过螺栓安装四个万向刹车轮22。

伺服电机10采用 LCMT-07L02NB-80M02430B型号电机，数字信号传感器11采用脉冲阵列处理器，伺服电机10通过电线连接TGSG-01G防水声光报警器12，声光报警器12放置在第二层板2上，伺服电机10与数字信号传感器11通过电线连接，数字信号处理器11与超声探伤仪17通过电线连接。

将初步焊接完成的钢管4放置在两个第二支撑架上，通过T型架5的电动液压推杆参照T型架5上的刻度调整钢管4到合适的高度后，将钢管4一端放置在合适的环形轨道中，旋转螺栓15将钢管4固定在旋转卡盘14内，再移动超声探伤仪17到焊缝附近，通过活动支架20调整超声探头18的位置，使焊缝处于超声相控阵换能器19扫描的范围内，接通伺服电机10、数字信号处理器11、报警器12和超声探伤仪17的电源，伺服电机10带动钢管4旋转，超声探头18对依次进入扫描范围的焊缝进行检测，检测结果通过超声探伤仪17以波形图的形状显示出来，当检测到缺陷焊缝时，超声探伤仪17显示出阶跃性脉冲波形，数字信号处理器11将阶跃性脉冲转变为停转信号传递给伺服电机10，伺服电机10停转，同时报警器12发出声光报警，此时通过超声探伤仪17上显示出的阶跃性脉冲图判断焊缝缺陷类型后，关闭超声探伤仪17的电源，将超声探伤仪17移开，对有缺陷的焊缝进行修正后再次打开伺服电机10和超声探伤仪17的电源继续进行焊缝检测，直至将所有焊缝缺陷检查并修整完成，之后将超声探伤仪17移至其他焊缝处进行检测。本发明适用于直径相同的钢管焊缝检测，也适用于不同直径的钢管之间的焊缝检测，后者只需要调整第二支撑架的高度，使钢管中心轴保持水平状态，也适用于钢管上的角焊缝和T型焊缝的检测，将钢管放置在第二支撑架上，角焊缝和T型焊缝伸出第二支撑架外，移动超声探伤仪，调整超声探头的位置后打开伺服电机旋转钢管，使超声相控阵器的扫面范围覆盖焊缝。

实施例二

如图5-6为本发明第二种实施方式，与第一种实施方式的区别在于：所述第二支撑架包括两个互相平行的工字型架26和垂直焊接在工字型架26之间的横杆6，所述工字型架26上对称开设多个卡槽28，所述卡槽28内卡接两个圆轴27，圆轴27上安装托轮9，所述托轮9为滚珠轴承，所述滚珠轴承包括定子和转子，所述圆轴27与滚珠轴承的定子焊接，所述工字型架26的竖杆为带有刻度的电动液压推杆，为了提高第二支撑架的稳定性，所述工型架26上通过螺栓或焊接等方式固定四个支撑杆8。在需要检测左右直径不相同的钢管4的焊缝时，将圆轴27从原卡槽中取出放置在合适的新卡槽内，改变托轮9的位置，操作简单，实用性强。

实施例三

如图6和图7为本发明的第三种实施方式，本实施方式的结构与第一种实施例基本相同，不同之处在于：输出轴13右端焊接齿轮30，钢管4左端设置固定盘29，固定盘29为圆筒壳状结构，固定盘29的内壁左侧通过插齿刀加工出与齿轮30相匹配的内齿，固定盘29的右侧通过攻丝机均匀打出四个通孔，通孔内安装螺栓15，钢管塔4插接在固定盘29右侧后拧紧螺栓15，使钢管4位于固定盘29的中心，之后调整两个第二支撑架的高度和位置，使齿轮30和内齿相互咬合，齿轮30和内齿之间可留有一定的缝隙，最后启动伺服电机10，输出轴13带动齿轮30转动，进而带动钢管4转动，对焊缝进行检测。

实施例四

如图8所示为本发明的第四种实施方式，本实施方式的结构与第一种实施例的结构基本相同，不同之处在于，支腿3也为电动液压推杆，支腿3上通过刻刀刻出用来表示支撑架上层板1上升高度的环形刻度线二32，当旋转卡盘14与钢管4的相对位置需要微调时，参照支腿3上的刻度调整输出轴13离地的高度，更加方便快捷的将旋转卡盘14固定在钢管4上。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种钢管焊缝超声相控阵检测装置，其特征在于，包括支撑架和超声探伤仪（17），所述支撑架包括一个第一支撑架和两个第二支撑架，所述第一支撑架上设置伺服电机（10）和数字信号处理器（11），所述第二支撑架包括两个T型架（5）和垂直固接在T型架（5）之间的横杆（6），所述T型架（6）上固接V型架（7），所述伺服电机（10）的输出轴（13）与旋转卡盘（14）的中心固接，所述旋转卡盘（14）与钢管（4）可拆卸连接，所述钢管（4）的另一端设置在V型架（7）上，所述超声探伤仪（17）与内部设有超声相控阵换能器（19）的超声探头（18）电连接，所述超声探伤仪（17）与数字信号处理器（11）电连接，所述数字信号处理器（11）与伺服电机（10）电连接。

2.根据权利要求1所述的一种钢管焊缝超声相控阵检测装置，其特征在于，所述第一支撑架包括支撑架上层板（1）、支撑架下层板（2）和垂直固定在上下层板之间的支腿（3），所述支撑架上层板（1）上设置伺服电机（10），所述支撑架下层板（2）上设置数字信号处理器（11）。

3.根据权利要求1所述的一种钢管焊缝超声相控阵检测装置，其特征在于，所述V型架（7）上设置托轮（9）。

4.根据权利要求1所述的一种钢管焊缝超声相控阵检测装置，其特征在于，所述超声探伤仪（17）的外部套接外壳（21），所述外壳（21）底部固接万向刹车轮（22），所述外壳（21）上固接活动支架（20），所述活动支架（20）由固定杆（33）和相互铰接的多个活动杆（34）组成，所述活动杆（34）一端铰接超声探头（18）。

5.根据权利要求1所述的一种钢管焊缝超声相控阵检测装置，其特征在于，所述旋转卡盘（14）包括卡盘本体（24）和固定在卡盘本体（24）内的多组筒环（25），所述筒环（25）和卡盘本体（24）上均匀设置多个通孔，通孔内旋转安装螺栓（15）。

6.根据权利要求1所述的一种钢管焊缝超声相控阵检测装置，其特征在于，所述T型架（5）的竖直杆为带有刻度线一（16）的伸缩杆。

7.根据权利要求1所述的一种钢管焊缝超声相控阵检测装置，其特征在于，所述伺服电机（10）电连接报警器（12），所述报警器（12）在伺服电机（10）停转时发出报警信号。

8.根据权利要求1所述的一种钢管焊缝超声相控阵检测装置，其特征在于，所述T型架（5）上倾斜设置多个支撑杆（8）。

9.根据权利要求1所述的一种钢管焊缝超声相控阵检测装置，其特征在于，所述输出轴（13）的端部固接齿轮（30），所述钢管（4）上可拆卸连接固定盘（29），所述固定盘（29）内壁上设置与齿轮（30）相匹配的内齿。

10.根据权利要求1所述的一种钢管焊缝超声相控阵检测装置，其特征在于，所述支腿（3）为带有刻度线二（32）的伸缩杆。