CN113533520B - 一种用于小径管障碍焊焊缝检测的相控阵检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于小径管障碍焊焊缝检测的相控阵检测装置，其特征在于：包括超声检测装置一、超声检测装置二以及通过一对连接杆连接的单链式支架和弹性夹持机构，所述弹性夹持机构设在连接杆的上端用于夹持超声检测装置一，所述单链式支架设在连接杆的下端用于夹持超声检测装置二；所述弹性夹持机构在连接杆上的上下位置可调用于调节超声检测装置一的探头和超声检测装置二的探头之间的距离。本发明可在单侧夹持换热管的情况下实现单面双侧检测，可满足对不同厚度管热管的相控阵超声检测，提高了坡口未熔合缺陷的检出能力，并提供一定压紧力确保超声耦合效果，解决的了现有扫查器由于结构和体积原因，无法实现小径管障碍焊单面双侧检测的问题。

Description

一种用于小径管障碍焊焊缝检测的相控阵检测装置

技术领域

本发明涉及一种用于小径管障碍焊焊缝检测的相控阵检测装置，尤其是一种集管锻件与换热管障碍焊对接焊缝受限空间相控阵单面双侧检测装置，属于换热器检测领域。

背景技术

蛇形换热管与集管锻件障碍焊焊接接头是蛇形管高压加热器的关键部件之一，该焊缝作为换热器一次侧压力边界，由于机组负荷调峰频率较高，在运行过程承受振动和交变压力载荷，易由于焊接缺陷产生泄漏设置断裂失效，影响机组换热效率，更甚者造成安全隐患。再制造阶段对每个障碍焊接头进行全体积无损检测是消除设备隐患，确保机组安全运行的重要手段。

相控阵超声检测是根据设定的延迟法则激发阵列探头各独立压电晶片，合成声束并实现声束的移动、偏转和聚焦等功能，再按一定的延迟法则对接收到的超声信号进行处理并以图像的方式显示被检对象内部状态的超声检测方法。

相控阵超声检测技术由于去高效灵活，灵敏度高，在小径管对接接头的检测上有不少的应用案例。蛇形换热管与集管锻件障碍焊焊接接头由于焊缝一侧的集管锻件至焊缝熔合线边缘距离仅15mm，现有小径管扫查器和相控阵探头楔块无法在该受限空间下检测，只能进行单面单侧检测，降低了缺陷的检出能力和可靠性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：现有单链式小径管扫查架只能进行单面单侧检测，而双链式小径管扫查器结构不适用障碍焊焊接接头有限空间的问题。

为了解决上述问题，本发明的技术方案是提供了一种用于小径管障碍焊焊缝检测的相控阵检测装置，其特征在于：包括超声检测装置一、超声检测装置二以及通过一对连接杆连接的单链式支架和弹性夹持机构，所述弹性夹持机构设在连接杆的上端用于夹持超声检测装置一，所述单链式支架设在连接杆的下端用于夹持超声检测装置二；

所述弹性夹持机构在连接杆上的上下位置可调用于调节超声检测装置一的探头和超声检测装置二的探头之间的距离；

所述单链式支架横向设置，单链式支架的两端设有锁定组件用于将单链式支架的两端连接固定。

优选地，所述弹性夹持机构包括横梁、弹性组件和探头臂，所述横梁上设有供连接杆穿过的套环一，横梁上垂直于套环一设有用于将连接杆与横梁固定的螺孔一，所述横梁的两端分别通过弹性组件活动连接两个探头臂，两个探头臂相对设置，超声检测装置一设在两个探头臂之间。

优选地，所述弹性组件包括螺杆二和弹簧，所述弹簧套在螺杆二上，所述横梁的两端设有凹槽一，所述探头臂上设有凹槽二，凹槽二通过螺杆二嵌设在凹槽一内并与凹槽一活动连接，弹簧的两端分别与凹槽一和凹槽二的槽底接触用于向探头臂施加压紧力。

优选地，所述超声检测装置一包括相控阵探头、数据线和曲面楔块，所述数据线设在相控阵探头上，相控阵探头和曲面楔块连接固定，曲面楔块两端设有与单链式支架和弹性夹持机构连接的盲孔。

优选地，所述曲面楔块的一端为楔形面，另一端为圆弧形曲面，所述相控阵探头与曲面楔块的楔形面连接固定。

优选地，所述单链式支架结构包括夹持架、链节和滚轮，所述夹持架用于夹持所述超声检测装置二，夹持架通过连接杆与弹性夹持机构连接固定，所述链节有多个，每节所述链节的两端均设置滚轮，多个所述链节分别设在夹持架的两侧形成链式结构，锁定组件设在链式结构的两端。

优选地，所述夹持架包括左夹持架和右夹持架，所述左夹持架和右夹持架上均设有供连接杆穿过的套环二以及与套环二垂直用于固定连接杆的螺孔四，左夹持架的底端和右夹持架的底端可拆卸连接，左夹持架和右夹持架上设有夹持所述超声检测装置二的夹持部。

优选地，所述夹持部为凸台，所述凸台与超声检测装置二上的曲面楔块通过盲孔连接固定。

优选地，所述左夹持架和右夹持架底端搭接并通过螺杆一可拆卸连接。

优选地，所述锁定组件包括锁钩以及与锁钩配合的锁扣，所述锁钩和锁扣分别设在单链式支架的两端。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过设置了单链式支架、探头夹持机构、超声检测装置一，使检测装置可同时夹持两只相控阵超声探头对焊接接头进行单面双侧检测，解决了现有小径管相控阵单链链式扫查器仅能夹持一只相控阵超声探头进行单面单侧检测的问题。

本发明通过应用数据线前出式设计、相控阵楔块小型化、相控阵探头小型化，使相控阵探头可放置于障碍焊靠近集管一侧的有限空间内进行扫查，并适当调整探头与焊缝中心距离，解决了现有相控阵探头受探头体积、楔块体积和数据线影响无法在障碍焊受限空间进行扫查的问题，提高了集管侧缺陷，尤其是坡口未熔合缺陷的检测灵敏度和可靠性。

本发明在焊缝单侧夹持换热管情况下，可同时在障碍焊焊接接头两侧进行扫查，解决了现有双链式小径管扫查器进行单面双侧扫查无法适用于障碍焊有限空间的问题。

附图说明

图1为本发明一种用于小径管障碍焊焊缝检测的相控阵检测装置结构俯视示意图；

图2为本发明一种用于小径管障碍焊焊缝检测的相控阵检测装置结构侧向立体视图；

图3为图2的另一侧向立体视图；

图4A为弹性夹持机构在非工作情况下的结构示意图；

图4B为弹性夹持机构在工作状态下的结构示意图；

图5为单链式支架结构示意图；

图6为超声检测装置一结构示意图。

其中：1、超声检测装置一；2、超声检测装置二；3、单链式支架；4、弹性夹持机构；5、连接杆；6、横梁；6-1、凹槽一；6-2、凹槽三；7、弹簧；8、套环一；9、探头臂；9-1、凹槽二；10、螺孔一；11、螺孔二；12、数据线；13、螺孔三；14、特殊相控阵探头；15、特殊曲面楔块；16、盲孔；17、螺杆一；18、编码器；19、锁扣；20、锁钩；21、链节；22、滚轮；23、螺杆二；24、夹持架；24-1、左夹持架；24-2、右夹持架；25、套环二；26、螺孔四；27、凸台。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

请参阅图1-6所示，本发明一种用于小径管障碍焊焊缝检测的相控阵检测装置主要包括超声检测装置一1、超声检测装置二2、单链式支架3、弹性夹持机构4和连接杆5。单链式支架3和弹性夹持机构4通过一对连接杆5连接，弹性夹持机构4安装在连接杆5的上端用于夹持超声检测装置一1，单链式支架3横向安装在连接杆5的下端用于夹持超声检测装置二2。弹性夹持机构4在连接杆5上的上下位置可调用于调节超声检测装置一1的探头和超声检测装置二2的探头之间的距离。

超声检测装置一1包括适用于障碍焊有限空间检测的特殊相控阵探头14和与之配套的特殊曲面相控阵楔块15，曲面相控阵楔块15体积相比于常规相控阵楔块减小一般以上。超声检测装置二2的结构与超声检测装置一1略有不同，超声检测装置一1相比超声检测装置二2长度缩短2.5倍，数据线前出设计，适应有限空间检测要求。相控阵探头14上安装有数据线12，相控阵探头14和曲面楔块15连接固定，曲面楔块15两端加工有与单链式支架3和弹性夹持机构4连接的盲孔16。曲面楔块15的一端为楔形面，另一端为圆弧形曲面，相控阵探头14与曲面楔块15的楔形面通过加工在相控阵探头14和曲面楔块15上的螺孔三13连接固定。

单链式支架3包括链节21、滚轮22、夹持架24、编码器18、锁钩20和锁扣19，链节21有多个，每个链节21的两端都装有一对滚轮22，滚轮22与链节21通过与之相匹配的螺钉和螺帽连接。多个链节21分别连接在夹持架24的两侧形成链式结构，锁钩20和锁扣19分别安装在链式结构的两端。链节21之间，以及链节21与锁钩20、锁扣19、编码器18和夹持架24之间均通过与之相匹配的螺钉和螺帽连接，编码器18用于记录采集的超声数据的相对位置。

夹持架24包括左夹持架24-1和右夹持架24-2，左夹持架24-1和右夹持架24-2上均加工有套环二25以及与套环二25垂直相通用于固定连接杆5的螺孔四26。单链式支架3通过左夹持架24-1和右夹持架24-2上的套环二25与连接杆5连接，并通过螺孔四26固定连接杆5。左夹持架24-1的底端和右夹持架24-2的底端搭接并通过螺杆一17可拆卸连接，左夹持架24-1和右夹持架24-2上相对加工凸台27，松开螺杆一17可使左夹持架24-1的底端和右夹持架24-2两部分向两侧分开，将超声检测装置二2的曲面楔块15两端的盲孔16分别与左夹持架24-1和右夹持架24-2上的凸台27对准后，夹紧左夹持架24-1和右夹持架24-2，拧紧螺杆一17，即可完成超声检测装置二2和单链式支架3的固定。

弹性夹持机构4包括横梁6、弹簧7、探头臂9及螺杆二23，弹性夹持机构4通过横梁6两端的套环一8与连接杆5连接，并通过横梁6上与套环一8相通的螺孔一10固定其在连接杆上5的相对位置。需要调节超声检测装置一1与超声检测装置二2的间距时，松开螺孔一10内的紧固螺钉，在连接杆5上滑动弹性夹持机构4到指定位置，再锁紧即可。

横梁6的两端加工有凹槽一6-1，探头臂9加工凹槽二9-1，弹簧7套在螺杆二23上，凹槽二9-1通过螺杆二23嵌设在凹槽一6-1内并与凹槽一6-1活动连接，横梁6、弹簧7与探头臂9之间通过横梁6上的螺杆二23串联。探头臂9上加工用于连接超声检测装置一1的螺孔二11用于将超声检测装置一1固定在两个探头臂9之间。弹簧7的两端分别接触凹槽一6-1和凹槽二9-1的槽底，通过弹簧7对探头臂9施加向下的力(即探头压紧力)，探头臂9向上摆动时，弹簧7受力弯折，于是产生反向作用力，给探头臂9向下的力，实际检测时，探头臂9夹持的超声检测装置一1与检测面接触使探头臂9向上运动，此时弹簧7产生反向作用力以获得稳定的超声耦合效果)。

本发明探头臂9在非工作情况下由于弹簧7的压紧力，其方向如图4A所示，在工作状态下，其方向如图4B所示。

夹持架24上的套环二25和弹性夹持机构4的套环一8通过一对连接杆5串联，并可调整两者沿连接杆方向的相对位置。

将超声检测装置一1固定至弹性夹持机构4时，将特殊曲面相控阵楔块15中的盲孔16与弹性夹持机构4中的螺孔二11对齐，后用与之相匹配的螺钉连接固定。可以理解的是，盲孔16和螺孔二11具有相同的直径，螺钉用于固定特殊曲面相控阵楔块15的相对位置，但仍可以在与螺孔连线垂直平面内做一定角度的摆动。

超声检测装置一1的数据线12采用前出式设计(常规相控阵探头数据线出线方向与声束发射方向相反，此处采用出线方向与超声声束发射方向相同的设计)，以减少检测装置的整体尺寸。横梁6上加工用于固定数据线12的凹槽三6-2，工作状态下，数据线12经过弹性夹持机构4中的横梁6上的凹槽三6-2进行相对位置的固定，起到保护作用。

进行检测时，通常是根据被检件厚度调节弹性夹持机构4在连接杆5上的位置，以获得超声检测装置一1和超声检测装置二2适当的间距，将相控阵检测装置环绕被检换热管，将锁钩20与锁扣19连接固定，将超声检测装置一1置于受限空间一侧(靠近集管一侧)，将超声检测装置二2置于焊缝的另一侧(换热管自由段一侧)，用手轻推超声检测装置二2，通过单链式支架3上的滚轮22的滚动，带动整个相控阵检测装置沿着换热管绕行一圈，即完成检测工作，解开锁扣19即可取下整个扫查器。

本发明具备可装载两个相控阵探头进行单面双侧扫查功能，其中一侧可匹配障碍焊单侧受限空间布置，可在一定范围内根据换热管壁厚调整探头之间距离，工件加持性能优良，耦合效果好。

通过设置弹性夹持机构，并将其通过一对连接杆与单链式夹持装置连接，使装置可在单侧夹持换热管的情况下实现单面双侧检测，提高了坡口未熔合缺陷的检出能力，并提供一定压紧力确保超声耦合效果，解决的了现有扫查器由于结构和体积原因，无法实现小径管障碍焊单面双侧检测的问题。并且本发明一种适用于小径管障碍焊焊缝单面双侧检测的相控阵检测装置，通过调节弹性夹持机构在连接杆上的固定位置，可调节探头间距，以满足对不同厚度管热管的相控阵超声检测。

Claims (6)

1.一种用于小径管障碍焊焊缝检测的相控阵检测装置，其特征在于：包括超声检测装置一(1)、超声检测装置二(2)以及通过一对连接杆(5)连接的单链式支架(3)和弹性夹持机构(4)，所述弹性夹持机构(4)设在连接杆(5)的上端用于夹持超声检测装置一(1)，所述单链式支架(3)设在连接杆(5)的下端用于夹持超声检测装置二(2)；

所述弹性夹持机构(4)在连接杆(5)上的上下位置可调用于调节超声检测装置一(1)的探头和超声检测装置二(2)的探头之间的距离；

所述单链式支架(3)横向设置，单链式支架(3)的两端设有锁定组件用于将单链式支架(3)的两端连接固定；

所述超声检测装置一(1)包括相控阵探头(14)、数据线(12)和曲面楔块(15)，所述数据线(12)设在相控阵探头(14)上，相控阵探头(14)和曲面楔块(15)连接固定，曲面楔块(15)两端设有与单链式支架(3)和弹性夹持机构(4)连接的盲孔(16)；

所述单链式支架(3)结构包括夹持架(24)、链节(21)和滚轮(22)，所述夹持架(24)用于夹持所述超声检测装置二(2)，夹持架(24)通过连接杆(5)与弹性夹持机构(4)连接固定，所述链节(21)有多个，每节所述链节(21)的两端均设置滚轮(22)，多个所述链节(21)分别设在夹持架(24)的两侧形成链式结构，锁定组件设在链式结构的两端；

超声检测装置一(1)相比超声检测装置二(2)长度缩短2.5倍，数据线前出设计；

小径管障碍焊为蛇形换热管与集管锻件障碍焊；

所述弹性夹持机构(4)包括横梁(6)、弹性组件和探头臂(9)，所述横梁(6)上设有供连接杆(5)穿过的套环一(8)，横梁(6)上垂直于套环一(8)设有用于将连接杆(5)与横梁(6)固定的螺孔一(10)，所述横梁(6)的两端分别通过弹性组件活动连接两个探头臂(9)，两个探头臂(9)相对设置，超声检测装置一(1)设在两个探头臂(9)之间；

所述弹性组件包括螺杆二(23)和弹簧(7)，所述弹簧(7)套在螺杆二(23)上，所述横梁(6)的两端设有凹槽一(6-1)，所述探头臂(9)上设有凹槽二(9-1)，凹槽二(9-1)通过螺杆二(23)嵌设在凹槽一(6-1)内并与凹槽一(6-1)活动连接，弹簧(7)的两端分别与凹槽一(6-1)和凹槽二(9-1)的槽底接触用于向探头臂(9)施加压紧力。

2.如权利要求1所述的一种用于小径管障碍焊焊缝检测的相控阵检测装置，其特征在于：所述曲面楔块(15)的一端为楔形面，另一端为圆弧形曲面，所述相控阵探头(14)与曲面楔块(15)的楔形面连接固定。

3.如权利要求1所述的一种用于小径管障碍焊焊缝检测的相控阵检测装置，其特征在于：所述夹持架(24)包括左夹持架(24-1)和右夹持架(24-2)，所述左夹持架(24-1)和右夹持架(24-2)上均设有供连接杆(5)穿过的套环二(25)以及与套环二(25)垂直用于固定连接杆(5)的螺孔四(26)，左夹持架(24-1)的底端和右夹持架(24-2)的底端可拆卸连接，左夹持架(24-1)和右夹持架(24-2)上设有夹持所述超声检测装置二(2)的夹持部。

4.如权利要求3所述的一种用于小径管障碍焊焊缝检测的相控阵检测装置，其特征在于：所述夹持部为凸台(27)，所述凸台(27)与超声检测装置二(2)上的曲面楔块(15)通过盲孔(16)连接固定。

5.如权利要求3所述的一种用于小径管障碍焊焊缝检测的相控阵检测装置，其特征在于：所述左夹持架(24-1)和右夹持架(24-2)底端搭接并通过螺杆一(17)可拆卸连接。

6.如权利要求1所述的一种用于小径管障碍焊焊缝检测的相控阵检测装置，其特征在于：所述锁定组件包括锁钩(20)以及与锁钩(20)配合的锁扣(19)，所述锁钩(20)和锁扣(19)分别设在单链式支架(3)的两端。

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