CN111272878A - 一种高压储氢容器封头焊缝的自动内检测装置 - Google Patents

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郭伟灿
凌张伟
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Abstract

本发明涉及高压储氢容器封头焊缝的检测领域。技术方案是：一种高压储氢容器封头焊缝的自动内检测装置，其特征在于：该装置包括用于固定在接管锻件上的安装座、电机、可伸入接管锻件中的相控阵探头、连接相控阵探头的超声波检测仪、用于传递电机动力驱动相控阵探头在接管锻件内孔中绕圆周运动的导向结构；所述导向结构包括通过紧固件固定在安装座上的导向板、设置在导向板内圈边沿的环形导轨、设置在导向板外圆周面上的齿圈、固定在电机转轴上并与齿圈啮合的齿轮、可滑动地定位在导轨上的滑台；所述电机固定在滑台上。该装置应能对全多层高压储氢容器封头对接焊缝进行超声相控阵检测，并且具有检测灵敏度高、操作方便的特点。

Description

一种高压储氢容器封头焊缝的自动内检测装置
技术领域
本发明涉及高压储氢容器封头焊缝的检测领域，特别是涉及一种高压储氢容器封头焊缝的自动内检测装置。
背景技术
全多层高压储氢容器是高压氢气储存的重要装备，在加氢站得到了重要应用。其接管锻件5与双层半球形封头1之间存在的对接焊缝及热影响区4，该部位为不同于容器的其他部位(双层或多层)的单层结构，一旦缺陷扩展就可能造成容器破裂，严重地威胁设备与人员的安全，甚至可能造成灾难性事故。
由于全多层高压储氢容器的接管锻件设有一个内径狭小的开孔，该特殊结构导致常规的检测装备无法进入，现有的射线检测、磁粉检测和渗透检测及相应的检测设备均难以有效检出制造过程及使用过程中产生的缺陷。超声检测具有操作方便、分辨率高、成本低、适应面广、对厚壁容器面积型缺陷检测灵敏度较高等优点，然而针对这种狭小开孔的内检测，超声检测也存在以下难题：
1)孔径小，常规相控阵探头难以进入；
2)内壁面为凹面，且曲率半径较小，界面的超声传播能量损失大；
3)从开孔内壁到焊缝外侧热影响区，声程超过120mm，常用超声聚焦技术难以满足要求；
4)焊接结构复杂，待检测区域的一侧是双层低合金钢(双层半球形封头)，另一侧是单层奥氏体不锈钢(接管锻件)，波形判断困难，且焊接截面较厚，单次扫查难以全面覆盖检测厚度范围；
5)焊缝为奥氏体不锈钢，晶粒粗大、各向异性，故声能衰减大、散射严重。
因此对于固定式全多层高压储氢容器封头对接焊缝的检测，现有的超声相控阵技术很难达到满意的效果。
发明内容
本发明的目的是克服上述背景技术中的不足，提供一种高压储氢容器封头焊缝的自动内检测装置，该装置应能对全多层高压储氢容器封头对接焊缝进行超声相控阵检测，并且具有检测灵敏度高、操作方便的特点。
本发明的技术方案是：
一种高压储氢容器封头焊缝的自动内检测装置，其特征在于：该装置包括用于固定在接管锻件上的安装座、电机、可伸入接管锻件中的相控阵探头、连接相控阵探头的超声波检测仪、用于传递电机动力驱动相控阵探头在接管锻件内孔中绕圆周运动的导向结构；
所述导向结构包括通过紧固件固定在安装座上的导向板、设置在导向板内圈边沿的环形导轨、设置在导向板外圆周面上的齿圈、固定在电机转轴上并与齿圈啮合的齿轮、可滑动地定位在导轨上的滑台；所述电机固定在滑台上；
所述相控阵探头包括与导向板内圈同轴布置的安装杆、同轴固定在安装杆左端以伸入接管锻件内孔的基座、固定在基座上的多个阵元、分别连接阵元与超声波检测仪的导线；所述安装杆与滑台固定。
所述基座中设有安装槽，阵元固定在安装槽中，透声楔块与基座固定并且将阵元覆盖在安装槽中，阵元表面设有保护膜。
所述相控阵探头通过压紧结构固定在滑台上；所述压紧结构包括与滑台固定的支座、固定在支座上且垂直于安装杆布置的滑杆、可沿着滑杆滑动并与安装杆固定的滑块、装套在滑杆上用于顶推滑块的弹簧。
所述基座上设有用于保护接管锻件内孔壁面的缓冲件。
所述安装座为非金属材料制成；所述安装座上设有与接管锻件配合的内螺纹。
本发明的有益效果是：
本发明的安装座可与接管锻件螺纹连接，相控阵探头体积较小因而能够放入开孔狭小的接管锻件中，电机安装在滑台上并通过导向结构带动相控阵探头做圆周运动，从而实现对高压储氢容器封头焊缝的自动内检测。
附图说明
图1是本发明的主视结构示意图。
图2是本发明中相控阵探头的主视结构示意图。
图3是图2的右视结构示意图。
图4为图3中的A-A向示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图，对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
如图1所示，一种高压储氢容器封头焊缝的自动内检测装置，包括安装座2、电机9、相控阵探头23、超声波检测仪14、导向结构、压紧结构。
所述安装座用于固定在容器接管锻件上，安装座上设有与接管锻件外径相适合的安装孔，安装孔中设有与接管锻件外螺纹配合的内螺纹。所述安装座为非金属材料制成(如尼龙)，以免损坏单层的接管锻件。
所述导向结构设置在安装座上。所述导向结构中：导向板3通过紧固件6固定在安装座的顶部端面；导向板为环形，其内圈边沿设有沿圆周方向布置的环形导轨(图中省略)，其外圆周面上设有齿圈3.1；紧固件可采用为螺钉6；滑台8可滑动地定位在导轨上；电机固定在滑台上，齿轮7固定在电机转轴上并与齿圈啮合。
所述相控阵探头通过压紧结构与滑台固定。所述相控阵探头包括安装杆19、基座20与多个阵元17。所述安装杆与基座同轴固定且垂直穿过导向板的内圈。所述基座上设有安装槽18，阵元沿着基座的长度方向排列并且固定在安装槽中，阵元表面设有保护膜24，导线13的一端连接阵元并且另一端穿过安装杆后连接超声波检测仪，透声楔块15通过螺钉22与基座20固定，透声楔块将阵元覆盖在安装槽中。所述基座上还设有缓冲件，缓冲件可采用O型圈21，基座的两端设有用于安装O型圈的环形切槽25，O型圈凸出基座表面，能够将相控阵探头与接管锻件的内孔壁面隔开，防止相控阵探头损伤内孔。
所述相控阵探头中：选用R20的曲面透声楔块，0.1mm厚的保护膜，波型应选择纵波，4MHz检测频率，阵元间距为0.8mm，阵元间隙取0.1mm，阵元宽度为0.7mm，阵元长度取10mm，阵元数量为128个，通过128个阵元实现相控阵波束的方向控制与动态聚焦。
所述压紧结构中，支座10固定在滑台上，至少两条滑杆16固定在支座上，滑杆垂直于相控阵探头，每条滑杆上可滑动地定位着一个滑块15，滑块还与相控阵探头的安装杆固定，弹簧11装套在滑杆上用于顶推滑块，滑块与透声楔块分别设置在相控阵探头的两侧，以保证在弹簧推力作用下透声楔块能够靠近接管锻件的内孔壁面。
电机工作时，齿轮沿着导向板的齿圈滚动，同时带动滑台做圆周运动，滑台再带动相控阵探头在接管锻件中做圆周运动，从而实现对高压储氢容器封头焊缝的自动内检测。
本发明的使用方法为：
检测前将容器内部充满水，以水作为超声相控阵检测的耦合剂；
将安装座旋紧在接管锻件5上，连接相控阵探头与超声波检测仪，将相控阵探头伸入接管锻件中，根据容器的结构尺寸将相控阵探头的前端移动至接管锻件内孔的末端，再将导向板通过紧固件固定在安装座上(电机、相控阵探头、导向结构与压紧结构为整体部件)；
启动超声波检测仪，调整参数，使得相控阵阵列开展线形或扇形等的偏转聚焦扫查，将焦点区域集中在封头对接焊缝处；启动电机，通过滑台带动相控阵探头做圆周运动，对接管锻件内部进行周向扫查。
扫查过程中观察超声波检测仪14上的显示图像，通过对A扫、B扫、C扫等获得的扫查结果图像进行分析，如发现可疑缺陷则对相应区域进行复检；
检测结束后，松开紧固件，拆除导向板(电机、相控阵探头、导向结构与压紧结构)，最后再旋开安装座。
通过上述方法，可以基本检测出焊缝及热影响区内的体积型缺陷、面积型缺陷和纵向缺陷。
最后，需要注意的是，以上列举的仅是本专利的具体实施例。显然，本专利不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本专利公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本专利的保护范围。

Claims (5)

1.一种高压储氢容器封头焊缝的自动内检测装置，其特征在于：该装置包括用于固定在接管锻件上的安装座(2)、电机(9)、可伸入接管锻件中的相控阵探头(23)、连接相控阵探头的超声波检测仪(14)、用于传递电机动力驱动相控阵探头在接管锻件内孔中绕圆周运动的导向结构；
所述导向结构包括通过紧固件固定在安装座上的导向板(3)、设置在导向板内圈边沿的环形导轨、设置在导向板外圆周面上的齿圈(3.1)、固定在电机转轴上并与齿圈啮合的齿轮(7)、可滑动地定位在导轨上的滑台(8)；所述电机固定在滑台上；
所述相控阵探头包括与导向板内圈同轴布置的安装杆(19)、同轴固定在安装杆左端以伸入接管锻件内孔的基座(20)、固定在基座上的多个阵元(17)、分别连接阵元与超声波检测仪的导线(13)；所述安装杆与滑台固定。
2.根据权利要求1所述的一种高压储氢容器封头焊缝的自动内检测装置，其特征在于：所述基座中设有安装槽(18)，阵元固定在安装槽中，透声楔块(15)与基座固定并且将阵元覆盖在安装槽中，阵元表面设有保护膜(24)。
3.根据权利要求2所述的一种高压储氢容器封头焊缝的自动内检测装置，其特征在于：所述相控阵探头通过压紧结构固定在滑台上；所述压紧结构包括与滑台固定的支座(10)、固定在支座上且垂直于安装杆布置的滑杆(16)、可沿着滑杆滑动并与安装杆固定的滑块(15)、装套在滑杆上用于顶推滑块的弹簧(11)。
4.根据权利要求3所述的一种高压储氢容器封头焊缝的自动内检测装置，其特征在于：所述基座上设有用于保护接管锻件内孔壁面的缓冲件。
5.根据权利要求4所述的一种高压储氢容器封头焊缝的自动内检测装置，其特征在于：所述安装座为非金属材料制成；所述安装座上设有与接管锻件配合的内螺纹。
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