CN112083069A - 单通道压电换能器超声导波检测装置及检测方法 - Google Patents
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Abstract
可单通道压电换能器超声导波检测装置及检测方法，包括滑轨，滑轨内设有滑块，连接器上部与滑块连接，连接器下部通过阻尼铰链连接激发用换能器；两个激发用换能器组成一个激发用换能器组，每个连接器下部连接有一组激发用换能器，每组中的两个激发用换能器在滑轨的同一轴向位置上，且沿滑轨轴向对称；滑轨端部通过接收换能器夹具安装有接收用换能器。本发明通过上述结构配合检测方法，提供了一种检测灵敏度高、检测效率好、能够对鳍片管材进行超声波检测的单通道压电换能器超声导波检测装置及检测方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种单通道压电换能器超声导波检测装置及检测方法，适用于锅炉换热管等相近规格的管材质量检测，属于压电超声导波检测技术领域。
背景技术
火力发电厂锅炉受热面的泄漏是常见病，从以往的受热面泄漏事故原因分析结果看：内外壁缺陷的存在，是泄漏的原因之一。
现阶段的火电厂受热面管材的超声检测，主要依据的标准有《GB/T5777-2008无缝钢管超声波探伤检验方法》、《NB/T47013.3-2015承压设备无损检测第3部分：超声检测》、《DL/T1452-2015火力发电厂管道超声导波检测》。标准GB/T5777-2008和NB/T47013.3-2015，采用的是传统横波检测，是一种逐点扫查法，优点是定量准确；缺点是工作效率低，探头的扫查轨迹重叠覆盖性差，易漏检；需要对检测区域进行100％打磨，不适合大面积的普查；标准DL/T1452-2015，给出的是声束沿管材圆周方向扫查的检测方法，即周向超声导波检测法。该方法易造成管材内外表面声场能量分布不均，导致内壁声能过低，易漏检；同时对于有鳍片的水冷壁管材，无法实现检测；对检测区域需要一定宽度的长度方向上的全打磨，现场可操作性不强。
目前市售成品导波设备大多为低频段导波，一般使用频率低于0.3MHz。本发明依据标准DL/T1452-2015，该标准推荐的频率范围是0.3-1MHz，之所以采用这个频率范围，是为了保证对占壁厚5％深槽能够被检出。从超声波的绕射理论可知，当超声场中的障碍物尺寸小于这个超声波的波长一半时，会发生绕射现象，导致尺寸小于半波长的缺陷漏检。而目前市场上成品超声导波设备大都是低于0.3MHz的低频超声波激励，相对波长较长，不利于更小的缺陷检出。为此本发明采用标准中的最高频率1MHz，作为检测频率。相对于市售的低频导波仪器而言，其难点在于如何去除过多的导波模态。
发明内容
本发明创造提供一种单通道压电换能器超声导波检测装置及检测方法，可在各种规格管材上根据需要调节出适合的导波模态，对于含有鳍片的管材检测，也可达到同样检测效果。该装置形成的导波声场，具有管材内外壁能量分布均匀、声场覆盖面积较大、检测效率高、不易漏检的特点，能有效解决或拟补传统超声横波和周向导波的各项弱点。
为了实现上述目的，本发明创造采用了如下技术方案：单通道压电换能器超声导波检测装置，包括滑轨，滑轨内设有滑块，连接器上部与滑块连接，连接器下部通过阻尼铰链连接激发用换能器；两个激发用换能器组成一个激发用换能器组，每个连接器下部连接有一组激发用换能器，每组中的两个激发用换能器在滑轨的同一轴向位置上，且沿滑轨轴向对称；滑轨端部通过接收换能器夹具安装有接收用换能器。
所述的滑轨上安装有两个滑块，每个滑块下安装有一个连接器，每个连接器下部设有两个激发用换能器。
靠近所述的接收用换能器的连接器下部安装有激发用换能器III、激发用换能器IV，远离接收用换能器的连接器下部安装有激发用换能器I、激发用换能器II。
所述的接收用换能器、激发用换能器III、激发用换能器IV、激发用换能器I、激发用换能器II，均与外部超声波探测仪连接。
所述的连接器设有向下伸出的连接片，连接片下部两侧分别连接有一个阻尼铰链，两个阻尼铰链沿滑轨位置对称。
所述的滑轨内部设有滑道，滑块上端插入滑轨中，插入端与滑道形状相对应；滑轨侧面设有滑块定位器，滑块定位器外部为旋转把手，另一端穿过滑轨并与滑轨螺纹连接，向内旋转滑块定位器使其内部压紧滑块，滑块的位置进行固定。
利用所述的单通道压电换能器超声导波检测装置进行检测的方法，其步骤为：
1)对实验样管进行调试：
1.1)调试：依次调节接收用换能器、激发用换能器III和激发用换能器IV、激发用换能器I和激发用换能器II的位置，使其灵敏度调整到最佳状态后定位；
1.2)通过调试后的装置，得到实验样管上人工缺陷纵向内壁沟槽的检测波形图，图中显示有缺陷起始端和缺陷末尾端回波；
2)对待检测管材进行检测：
2.1)调整：调整接收用换能器、激发用换能器III和激发用换能器IV、激发用换能器I和激发用换能器II的位置，使其灵敏度调整到最佳状态后定位；
2.2)通过调整后的装置，对待检测管材进行检测，得到待检测管材的检测波形图；
3)对待检测管材上的缺陷进行评定：将待检测管材检测波形图与步骤1)中得到的实验样管检测波形图进行对比确认后，再采用横波法进行定量后评定。
所述的步骤1.1)中，具体方法为，
1.1.1)在实验样管上定位接收用换能器的位置；
1.1.2)通过阻尼铰链和滑块，对激发用换能器III、激发用换能器IV进行圆周向和轴向的间距调整，把灵敏度调整到最佳状态，使用滑块定位器定位；
1.1.3)调整激发用换能器I、激发用换能器II，使其圆周向间距与激发用换能器III、激发用换能器IV相同，再通过滑块调整前后间距，至系统组合灵敏度最佳，用滑块定位器定位。
所述的步骤1.1.2)中所述的灵敏度调整到最佳状态的具体方法为：将接收用换能器、激发用换能器III、激发用换能器IV放置于实验样管上，激发用换能器III、激发用换能器IV声束朝向内壁人工缺陷处；调整接收用换能器、激发用换能器III、激发用换能器IV之间的相对距离，使人工缺陷处的回波能够显现，通过定位器锁定滑块。
所述的步骤1.1.3)中，至系统组合灵敏度最佳的具体方法为：调整激发用换能器I、激发用换能器II与激发用换能器III、激发用换能器IV沿管长方向间距，使得内壁槽回波波幅最大，即检测系统达到最佳状态。
本发明创造的有益效果：本发明通过上述结构和方法，在有效检测距离内，可以实现管材内、外壁缺陷的等灵敏度检测；声场覆盖面积较大；检测效率高且不易漏检；对现场管材规格的多样性适应能力强；对于有鳍片的管材，可达到同样检测效果，且填补了有鳍片管材的超声检测空白；该装置使用的是普通单通道超声检测仪器，无需特殊主机驱动，操作简便，设备成本低。
附图说明
图1为本发明创造结构示意图。
图2为图1的俯视图。
图3为图1的侧视图。
图4为实施例1中换能器间距调节至最大状态的沿管材圆周方向纵剖面构造图。
图5为实施例1中换能器间距调节至最小状态的沿管材圆周方向纵剖面构造图。
图6a为实施例1中实验样管示意图。
图6b为图6a的断面示意图。
图7为实施例1中实验样管检测波形图。
具体实施方式
下面将结合本发明创造实施例中的附图，对本发明创造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创造一部分实施例，而不是全部的实施例。
单通道压电换能器超声导波检测装置，其特征在于：包括滑轨7，滑轨7内设有滑块6，连接器8上部与滑块6连接，连接器8下部通过阻尼铰链9连接激发用换能器；两个激发用换能器组成一个激发用换能器组，每个连接器8下部连接有一组激发用换能器，每组中的两个激发用换能器在滑轨7的同一轴向位置上，且沿滑轨7轴向对称；滑轨7端部通过接收换能器夹具10安装有接收用换能器5。
所述的滑轨7上安装有两个滑块6，每个滑块6下安装有一个连接器8，每个连接器8下部设有两个激发用换能器。靠近所述的接收用换能器5的连接器8下部安装有激发用换能器III2、激发用换能器IV4，远离接收用换能器5的连接器8下部安装有激发用换能器I1、激发用换能器II3。
所述的接收用换能器5、激发用换能器III2、激发用换能器IV4、激发用换能器I1、激发用换能器II3，均与外部超声波探测仪连接。
所述的连接器8设有向下伸出的连接片8-1，连接片8-1下部两侧分别连接有一个阻尼铰链9，两个阻尼铰链9沿滑轨7位置对称。
所述的滑轨7内部设有滑道7-1，滑块6上端插入滑轨7中，插入端与滑道7-1形状相对应；滑轨7侧面设有滑块定位器12，滑块定位器12外部为旋转把手，另一端穿过滑轨7并与滑轨7螺纹连接，向内旋转滑块定位器12使其内部压紧滑块6，滑块6的位置进行固定。
所述的接收换能器夹具10底部连接在接收用换能器5两侧，上部与滑轨7铰接，接收换能器夹具10与滑轨7之间设有扭矩弹簧11，通过扭矩弹簧11为接收换能器夹具10提供夹持力。
利用所述的单通道压电换能器超声导波检测装置进行检测的方法，其步骤为：
1)对实验样管进行检测：
1.1)调整：依次调节接收用换能器5、激发用换能器III2和激发用换能器IV4、激发用换能器I1和激发用换能器II3的位置，使其灵敏度调整到最佳状态后定位。
具体的：
1.1.1)在实验样管上定位接收用换能器5的位置；
1.1.2)通过阻尼铰链9和滑块6，对激发用换能器III2、激发用换能器IV4进行圆周向和轴向的间距调整，把三换能器组合灵敏度调整到最佳状态，使用滑块定位器12定位。
灵敏度调整到最佳状态方法为：将接收用换能器5、激发用换能器III2、激发用换能器IV4放置于实验样管上，激发用换能器III2、激发用换能器IV4声束朝向内壁人工缺陷d；调整接收用换能器5、激发用换能器III2、激发用换能器IV4之间的相对距离，使内壁槽d的回波能够显现，通过定位器12锁定滑块6。
1.1.3)通过滑块定位器12将激发用换能器III2、激发用换能器IV4、接收用换能器5固定；
1.1.4)调整激发用换能器I1、激发用换能器II3，使其圆周向间距与激发用换能器III2、激发用换能器IV4相同，再通过滑块6调整前后间距，至系统组合灵敏度最佳，用滑块定位器12定位。
系统组合灵敏度最佳的具体方法为：调整激发用换能器I1、激发用换能器II3与激发用换能器III2、激发用换能器IV4沿管长方向间距，使得内壁槽回波波幅最大。
1.2)通过调整后的装置，在实验样管上进行检测，得到实验样管检测波形图。
2)对待检测管材进行检测：
2.1)调整：调整接收用换能器5、激发用换能器III2和激发用换能器IV4、激发用换能器I1和激发用换能器II3的位置，使其灵敏度调整到最佳状态后定位。调整方法与
1.1)相同，只是实验对象由实验样管换为待检测管。
2.2)通过调整后的装置，对待检测管材进行检测，待检测管材检测波形图。
3)对待检测管材上的缺陷进行评定：将待检测管材上的缺陷，依据《NB/T47013.3-2015承压设备无损检测第3部分：超声检测》中的规定，进行评定。
实施例1：
图4表征了换能器间距调节至最大状态的沿管材圆周方向纵剖面构造图，图5表征了换能器间距调节至最小状态的沿管材圆周方向纵剖面构造图。受检管材14之间设有管材焊接鳍片13。
该装置的四个激发用换能器，采用并联电路连接，脉冲同步触发。4个激发用换能器上各自有一个阻尼铰链9，阻尼铰链经连接器8与滑块6连接固定，滑块6可在滑轨7上前后移动。接收用换能器5，通过换能器夹具10和扭矩弹簧11连接在滑轨7上。
在所有的实际实验之前，需要先对实验样管进行检测，实验样管是依据《DL/T1452-2015火力发电厂管道超声导波检测》的要求，进行选材、加工，实验样管的规格为Φ64×7mm，长为1100mm，是带有鳍片的水冷壁管。在管材内外壁分别加工槽形人工缺陷d、c，两人工缺陷的尺寸均为40mm长、0.3mm深的槽形，槽形人工缺陷走向是管材的长度方向。为避免样管端头回波对人工缺陷的干扰，内、外壁人工缺陷均在距离各自的端头100mm处加工。实验样管如图6a-图6b所示，实验样管上设有人工缺陷d和c，两处人工缺陷检测方法相同，现以人工缺陷d处为例进行说明。
首先在管材上定位接收用换能器5，再通过阻尼铰链9和滑块6，对激发用换能器III2、激发用换能器IV4进行圆周向和轴向的间距调整，轴向即为管材长度方向，使内壁槽d得回波能够显现，通过定位器12锁定滑块6。
接着调整激发用换能器I1、激发用换能器II3，使其圆周向间距与激发用换能器III2和激发用换能器IV4间距相同，再通过滑块6调整前后间距，至系统组合灵敏度最佳，用滑块定位器12固定。至此该装置调试完毕。
将该装置的声束朝向内壁缺陷d，在距离人工缺陷d的600mm处，得到人工缺陷回波波形a和b，其中a是靠近该装置侧的内壁槽起始端回波，b是远离该装置侧的内壁槽末尾端回波，由此得到实验样管的波形图。
之后，再对待检测管材进行检测，检测方法和调整方法与实验样管相同，得到待检测管材的波形图。发现缺陷后，通过对比实验样管的波形图和待检测管材的波形图，再依据《NB/T47013.3-2015承压设备无损检测第3部分：超声检测》标准，对缺陷进行评定。
本专利采用《DL/T1452-2015火力发电厂管道超声导波检测》、《NB/T47013.3-2015承压设备无损检测第3部分：超声检测》两个标准的原因是：一是这两个标准所使用的对比试管上的人工缺陷各项参数均相同。二是超声导波本身对缺陷的定量能力不如普通横波准确，同时对缺陷性质的推断能力弱。
Claims (10)
1.单通道压电换能器超声导波检测装置，其特征在于：包括滑轨(7)，滑轨(7)内设有滑块(6)，连接器(8)上部与滑块(6)连接，连接器(8)下部通过阻尼铰链(9)连接激发用换能器；两个激发用换能器组成一个激发用换能器组，每个连接器(8)下部连接有一组激发用换能器，每组中的两个激发用换能器在滑轨(7)的同一轴向位置上，且沿滑轨(7)轴向对称；滑轨(7)端部通过接收换能器夹具(10)安装有接收用换能器(5)。
2.根据权利要求1所述的单通道压电换能器超声导波检测装置，其特征在于：所述的滑轨(7)上安装有两个滑块(6)，每个滑块(6)下安装有一个连接器(8)，每个连接器(8)下部设有两个激发用换能器。
3.根据权利要求2所述的单通道压电换能器超声导波检测装置，其特征在于：靠近所述的接收用换能器(5)的连接器(8)下部安装有激发用换能器III(2)、激发用换能器IV(4)，远离接收用换能器(5)的连接器(8)下部安装有激发用换能器I(1)、激发用换能器II(3)。
4.根据权利要求3所述的单通道压电换能器超声导波检测装置，其特征在于：所述的接收用换能器(5)、激发用换能器III(2)、激发用换能器IV(4)、激发用换能器I(1)、激发用换能器II(3)，均与外部超声波探测仪连接。
5.根据权利要求1所述的单通道压电换能器超声导波检测装置，其特征在于：所述的连接器(8)设有向下伸出的连接片(8-1)，连接片(8-1)下部两侧分别连接有一个阻尼铰链(9)，两个阻尼铰链(9)沿滑轨(7)位置对称。
6.根据权利要求1所述的单通道压电换能器超声导波检测装置，其特征在于：所述的滑轨(7)内部设有滑道(7-1)，滑块(6)上端插入滑轨(7)中，插入端与滑道(7-1)形状相对应；滑轨(7)侧面设有滑块定位器(12)，滑块定位器(12)外部为旋转把手，另一端穿过滑轨(7)并与滑轨(7)螺纹连接，向内旋转滑块定位器(12)使其内部压紧滑块(6)，滑块(6)的位置进行固定。
7.利用权利要求1-6中任意一项所述的单通道压电换能器超声导波检测装置进行检测的方法，其步骤为：
1)对实验样管进行调试：
1.1)调试：依次调节接收用换能器(5)、激发用换能器III(2)和激发用换能器IV(4)、激发用换能器I(1)和激发用换能器II(3)的位置，使其灵敏度调整到最佳状态后定位；
1.2)通过调试后的装置，得到实验样管上人工缺陷纵向内壁沟槽)检测波形图，图中显示有缺陷起始端和缺陷末尾端回波；
2)对待检测管材进行检测：
2.1)调整：调整接收用换能器(5)、激发用换能器III(2)和激发用换能器IV(4)、激发用换能器I(1)和激发用换能器II(3)的位置，使其灵敏度调整到最佳状态后定位；
2.2)通过调整后的装置，对待检测管材进行检测，得到待检测管材的检测波形图；
3)对待检测管材上的缺陷进行评定：将待检测管材检测波形图与步骤1)中得到的实验样管检测波形图进行对比确认后，再采用横波法进行定量、评定。
8.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于：所述的步骤1.1)中，具体方法为，
1.1.1)在实验样管上定位接收用换能器(5)的位置；
1.1.2)通过阻尼铰链(9)和滑块(6)，对激发用换能器III(2)、激发用换能器IV(4)进行圆周向和轴向的间距调整，把灵敏度调整到最佳状态，使用滑块定位器(12)定位；
1.1.3)调整激发用换能器I(1)、激发用换能器II(3)，使其圆周向间距与激发用换能器III(2)、激发用换能器IV(4)相同，再通过滑块(6)调整前后间距，至系统组合灵敏度最佳，用滑块定位器(12)定位。
9.根据权利要求8所述的检测方法，其特征在于：所述的步骤1.1.2)中所述的灵敏度调整到最佳状态的具体方法为：将接收用换能器(5)、激发用换能器III(2)、激发用换能器IV(4)放置于实验样管上，激发用换能器III(2)、激发用换能器IV(4)声束朝向内壁人工缺陷处；调整接收用换能器(5)、激发用换能器III(2)、激发用换能器IV(4)之间的相对距离，使人工缺陷处的回波能够显现，通过定位器(12)锁定滑块(6)。
10.根据权利要求8所述的检测方法，其特征在于：所述的步骤1.1.3)中，至系统组合灵敏度最佳的具体方法为：调整激发用换能器I(1)、激发用换能器II(3)与激发用换能器III(2)、激发用换能器IV(4)沿管长方向间距，使得内壁槽回波波幅最大，即检测系统达到最佳状态。
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