CN114441635B - 一种超声波检测系统及水浸式探伤方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种超声波检测系统及水浸式探伤方法，属于无损探伤检测的技术领域，其中，一种超声波检测系统包括超声波检测主体、设在超声波检测主体上的水槽箱、设在超声波检测主体上的变角度调节超声探头装置和设在水槽箱内的工件放置台；所述变角度调节超声探头装置位于工件放置台的上方；所述变角度调节超声探头装置包括安装在超声波检测主体上的移动组件、设在移动组件上的安装板、与安装板固定连接的机械手和设在机械手上的用于产生变角度超声波射入到工件表面的第一探头。本申请能使弧形件或具有弧面的工件中的人工缺陷更易被检出。

Description

一种超声波检测系统及水浸式探伤方法

技术领域

本申请涉及无损探伤检测的技术领域，尤其是涉及一种超声波检测系统及水浸式探伤方法。

背景技术

目前，对工件的无损探伤检测主要采用超声波检测设备，根据超声波在介质中的传播规律，声波在被测工件中传播，如遇到材质变化或缺陷时，会改变原来的传播特性，从而产生反射、折射和波型转换现象，而超声波的传播能量将会重新分配。常见的表面为平面的工件在检测时为了提高探伤的准确性，超声波探头发出的声波应与缺陷取向垂直。

但是，对于弧形件或具有弧面的工件来说，传统的超声波检测设备和水浸式探伤方法显然在检测弧形工件或具有弧面的工件中的人工缺陷时，是使用竖直向下的探头发出垂直于工件上表面的超声波进行检测，这样会产生弧形工件或具有弧面的工件中的人工缺陷不易被检出的问题，从而出现漏检率高的情况。

因此，亟需一种超声波检测系统及水浸式探伤方法。

发明内容

为了使弧形件或具有弧面的工件中的人工缺陷更易被检出，进而降低漏检率，本申请提供了一种超声波检测系统及水浸式探伤方法。

第一方面，本申请提供了的一种超声波检测设备采用如下的技术方案：

一种超声波检测系统，包括超声波检测主体、设在超声波检测主体上的水槽箱、设在超声波检测主体上的变角度调节超声探头装置和设在水槽箱内的工件放置台；

所述变角度调节超声探头装置位于工件放置台的上方；

所述变角度调节超声探头装置包括安装在超声波检测主体上的移动组件、设在移动组件上的安装板、与安装板固定连接的机械手和设在机械手上的用于产生变角度超声波射入到工件表面的第一探头。

通过采用上述技术方案，工件放置台用于固定安装工件，水槽箱内盛放水作为耦合剂，超声波检测主体控制移动组件移动，移动组件带动角度调节超声探头装置移动，进而使机械手和第一探头转动至合适的角度，然后第一探头产生变角度超声波射入到工件表面，使超声波与工件中的人工缺陷取向垂直，以此减少人工缺陷漏检或缺陷波不明显导致漏检情况的发生，从而使弧形件或具有弧面的工件中的人工缺陷更易被检出。

可选的，所述水槽箱侧面设有与水槽箱连通的供水滤箱，所述供水滤箱上连接有抽水装置。

通过采用上述技术方案，供水滤箱能将水槽箱内的水进行过滤，然后由抽水装置将过滤后的水重新从供水滤箱抽至水槽箱内，避免因水中的杂质影响超声波的反射或透射的效果，进而出现漏检的情况。

可选的，所述工件放置台上滑移连接有安装座，所述安装座上设有与第一探头配合使用的第二探头。

通过采用上述技术方案，安装座上设置有第二探头，第二探头与第一探头配合使用，使第一探头发出的超声波穿过工件后能被第二探头接收，避免透射波和反射波相互干扰影响探伤结果。

可选的，所述安装座上设有球铰接件，所述第二探头的尾端固定安装在球铰接件上。

通过采用上述技术方案，球铰接件的设置使第二探头安装在安装座上后，第二探头也能变换角度，以使第一探头和第二探头之间更好配合，检测精度更高。

可选的，所述第一探头和第二探头均为水浸式聚焦探头，且所述第一探头和第二探头采用超声波纵波。

通过采用上述技术方案，水浸式聚焦探头探伤时声能在水和工件中存在更小的扩散衰减，因此水浸式聚焦探头且采用超声波纵波，能降低人工缺陷的漏检率。

第二发明，本申请提供了一种水浸式探伤方法，使用了上述的超声波检测系统，用于检测工件上弧面位置的人工缺陷，包括如下步骤：

调整超声波检测系统，并做好探伤前期准备工作；

将工件安装在工件放置台上；

优化并调整第一探头的初始角度；

启动超声波检测系统，找到人工缺陷最大反射信号，记录信号信息。

通过采用上述技术方案，使用本申请提供的一种超声波检测系统进行弧形件或具有弧面的工件的探伤检测操作时，能使弧形件或具有弧面的工件中的人工缺陷更易被检出。

可选的，所述第一探头采用变角度超声纵波入射到工件上位于弧面位置的表面，第一探头角度移动范围为0°至90°。

通过采用上述技术方案，第一探头角度移动范围设置为0°至90°，以适应不同弧度的弧形件或具有不同弧度的弧面的工件的探伤检测，第一探头调节角度后能使第一探头发出的超声波与工件中的人工缺陷取向垂直，从而减少漏检情况的发生。

可选的，所述工件安装在工件放置台上的步骤中采用的工件直径为100至750毫米。

通过采用上述技术方案，当工件直径过小，容易发生第一探头的调节对准不方便的情况，当工件直径过大时，容易出现漏检的情况，因此采用的工件直径为100毫米至750毫米之间。

可选的，所述工件安装在工件放置台上的步骤中采用的工件的弧面处的对应的半径大于2毫米。

通过采用上述技术方案，当工件的弧面处小于2毫米时，对第一探头的性能要求也会更高，或者调整第一探头的角度时会花费更多的时间，因此所采用的工件弧面处对应的半径这样会增加成本。

可选的，所述工件的厚度大于5毫米时使用第一探头和第二探头一起进行探伤检测。

通过采用上述技术方案，当工件的厚度大于5毫米时，反射波和透射波相互影响的程度会变大，因此需要第一探头和第二探头配合来降低工件的人工缺陷的漏检率。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.工件放置台用于固定安装工件，水槽箱内盛放水作为耦合剂，超声波检测主体控制移动组件移动，移动组件带动角度调节超声探头装置移动，进而使机械手和第一探头转动至合适的角度，然后第一探头产生变角度超声波射入到工件表面，使超声波与工件中的人工缺陷取向垂直，以此减少人工缺陷漏检或缺陷波不明显导致漏检情况的发生，从而使弧形件或具有弧面的工件中的人工缺陷更易被检出；

2.供水滤箱能将水槽箱内的水进行过滤，然后由抽水装置将过滤后的水重新从供水滤箱抽至水槽箱内，避免因水中的杂质影响超声波的反射或透射的效果，进而出现漏检的情况；

3.供水滤箱能将水槽箱内的水进行过滤，然后由抽水装置将过滤后的水重新从供水滤箱抽至水槽箱内，避免因水中的杂质影响超声波的反射或透射的效果，进而出现漏检的情况。

附图说明

图1是本申请实施例公开的一种超声波检测系统的整体结构示意图。

图2是本申请实施例中供水滤箱和抽水装置的结构示意图。

图3是图1中A部分的局部放大图。

图4是为了展示本申请实施例中安装座和第二探头的结构示意图。

图5是本申请实施例中工件放置台的结构示意图。

图6是本申请实施例公开的一种水浸式探伤方法的步骤框图。

附图标记说明：

1、超声波检测主体；11、主支架；12、控制系统；

2、水槽箱；200、排水孔；21、供水滤箱；212、过滤板；22、抽水装置；221、水泵；222、抽水管道；

3、变角度调节超声探头装置；31、移动组件；311、滑轨底座；3111、T型槽；312、立柱；313、套筒；314、横杆；3141、滑槽；32、安装板；33、机械手；34、第一探头；

4、工件放置台；41、驱动盒；42、调速电机；43、转盘；44、丝杠调节组件；45、承托柱；46、安装座；461、球铰接件；4611、球形孔；4612、管体；47、第二探头。

具体实施方式

以下结合附图1-6对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例了公开一种超声波检测系统，参照图1，该超声波检测系统包括超声波检测主体1、水槽箱2、变角度调节超声探头装置3和工件放置台4，其中超声波检测主体1用于控制变角度调节超声探头装置3和工件放置台4工作，且能接收和处理检测数据，水槽箱2用于盛放水以完成水浸式探伤的检测过程，变角度调节超声探头装置3安装在超声波检测主体1上，且位于工件放置台4的上方，变角度调节超声探头装置3包括移动组件31、安装板32、机械手33和第一探头34，移动组件31带动安装板32和机械手33移动，机械手33能带动第一探头34转动，从而使第一探头34发出的声波能更好地垂直射入人工缺陷中。工件放置台4安装在水槽箱2内，能带动放置于工件放置台4上的工件旋转，便于检测。

具体的，超声波检测主体1包括主支架11和安装在主支架11上的控制系统12，其中，主支架11可采用金属杆焊接而成的矩形框架，控制系统12由PC及与PC通过数据传输线连接的外设组成。水浸超声检测的原理是将探头和待测工件全部或部分浸于水中，以水槽箱2内的水作为耦合剂，超声波通过穿过水进入工件内部，即可进行缺陷的检测。

参照图1和图2，水槽箱2可采用顶面开口的矩形箱体，水槽箱2内用于盛放水，水槽箱2内的水可采用自来水或纯净水，本申请实施例中，水槽箱2内盛放的为自来水，水槽箱2的水应浸没工件放置台4上放置的工件。

在本申请可能的实施方式中，为避免水中杂质影响声波的传播，从而对检测结果产生影响，造成漏检等现象，在水槽箱2的侧面还设置有供水滤箱21，供水滤箱21上连接有抽水装置22。其中，供水滤箱21与水槽箱2，供水滤箱21的侧面靠近底部的位置开设有进水孔，供水滤箱21内间隔插设有多块过滤板212，过滤板212可以是过滤网或活性炭板，水槽箱2的侧面靠近底部的位置上也开设有排水孔200，排水孔200与供水滤箱21上的进水孔之间可通过水管连通，抽水装置22包括放置于供水滤箱21内的水泵221和与水泵221连接的抽水管道222，抽水管道222的出口通向水槽箱2，抽水管道222可采用PVC管制成。

当水槽箱2中的水使用一段时间后，随着工件放置台4的转动以及空气中的灰尘等杂质进入水槽箱2的水中，此时需要启动水泵221，使供水滤箱21内的水从水泵221被抽至抽水管道222中，最终流入水槽箱2中，当探伤检测要求高需要使用纯净水作为耦合剂时，使用供水滤箱21和抽水装置能节约成本，减少给水槽箱2换水所花的时间。

参照图1和图3，变角度调节超声探头装置3主要由移动组件31、安装板32、机械手33和第一探头34组成，其中，移动组件31包括与主支架11底部侧面固定连接的滑轨底座311、滑动连接在滑轨底座311上的立柱312、滑移连接的立柱312上的套筒313和与套筒313螺栓连接的横杆314。滑轨底座311上开设有两个T型槽3111，用于安装立柱312，立柱312的底部可采用电机驱动滚轮行走的方式在T型槽3111中移动，套筒313通过齿轮齿条机构与立柱312连接，且套筒313上安装有驱动电机，驱动电机的动力输出轴与齿轮键连接。当驱动电机通电后，能带动齿轮齿条机构运动，在齿轮齿条机构的啮合传动作用下，带动套筒313沿立柱312向上或向下移动，横杆314与安装套可采用螺栓连接的方式固定连接，横杆314作为安装板32的滑移轨道，横杆314的表面上沿长度方向上开设有滑槽3141。

安装板32可以是小车，即安装板32内安装有绕线电机，绕线电机通过联轴器带动减速机进而带动整个安装板32内安装的滚轮做往返运动，安装板32用于安装机械手33。机械手33可采用多轴联动机械手，机械手33还通过导线与超声波检测主体1上的控制系统12电连接，在控制系统12的控制作用下，机械手33能带动第一探头34转动调整角度。第一探头34可采用螺栓连接的方式固定安装在机械手33上，机械手33在竖直面上旋转时，可带动第一探头34改变角度，第一探头34得以产生变角度超声波射入到工件上，在本申请可能的实施方式中，第一探头34采用水浸式聚焦探头，这种探头能使声束聚焦，指向性好，因此，能提高探伤灵敏度，且第一探头34采用的是超声波纵波。

参照图1 和图4，工件放置台4安装在水槽箱2内，工件放置台4由螺栓连接在水槽箱2内底面上的驱动盒41、安装在驱动盒41内的调速电机42和与调速电机42的动力输出轴固定连接的转盘43、三个安装在转盘43上的丝杠调节组件44和固定安装在丝杠调节组件44上的承托柱45。工件放置在承托柱45上，三个承托柱45相互靠拢时将工件夹持在转盘43上，当调速电机42转动时，调速电机42驱动转盘43转动，从而使工件旋转，以完成探伤操作。

应当理解，当超声波检测系统用于检测厚度大于5毫米的工件时，仅依靠第一探头34进行探伤检测会出现漏检率高的情况。因此，在本申请一些实施方式中，参照图4和图5，工件放置台4上滑移连接有安装座46，安装座46上还设置了第二探头47，安装座46可采用丝杆传动的安装方式安装在转盘43上，即安装座46上开设有螺纹孔，与固定安装在转盘43上的丝杠配合。安装座46的顶面上通过一体成型的方式设置有球铰接件461，球铰接件461可采用凸块，凸块上开设有球形孔4611，球铰接件461上位于球形孔4611的位置安装有具有球形头部的管体4612，管体4612的一端插入球形孔4611中，管体4612的另一端用于插设第二探头47。同样的，第二探头47采用的是水浸式聚焦探头，这种探头能使声束聚焦，指向性好，因此，能提高探伤灵敏度，且第二探头47采用的是超声波纵波。

本申请实施例还公开了一种水浸式探伤方法，使用了上述实施方式公开的超声波检测系统，用于检测工件上弧面位置的人工缺陷，参照图6，该水浸式探伤方法包括如下步骤：

调整超声波检测系统，并做好探伤前期准备工作；

首先，进行声速校准操作，根据工件的厚度将检测范围调节到待遇工件厚度的两倍，然后测试控制系统12是否能正常控制整个超声波检测系统运行。

将工件安装到工件放置台4上；

调整工件位置，使用工件放置台4上的丝杠调节组件44和承托柱45，使工件被夹紧固定。

优化并调整第一探头34的初始角度；

然后调整第一探头34的角度，再进行增益调节，选择适当的增益，然后操作控制系统移动第一探头34，找到弧形件圆弧面的最高反射波，前后输入两个参考点的竖直，再移动探头到工件上第一个参考点的一侧，使该处的反射波具有一定高度，再选中该处圆弧面回波，按压控制系统12的校准键，此时第一个回波已经校准，同样的操作步骤对第二个参考点的回波进行校准，第一探头的角度移动范围为0°至90°。

启动超声波检测系统，找到人工缺陷最大反射信号，记录信号信息；

使用控制系统12操控超声波检测系统工作，找到人工缺陷的最大反射信号，将信号调至百分之八十，并记录敏度值，直至工件上的人工缺陷被检测完成。

在本申请可能的实施方式中，在工件安装在工件放置台4上的步骤中，所采用的工件直径为100至750毫米，因为工件直径过大或过小会影响纵波的传播和反射，从而影响探伤操作，出现漏检的情况。另外，该步骤中所采用的工件的弧面处对应的半径大于2毫米，因为如果弧面半径过小，意味着要更高精度的机械手33，这无疑会增加成本。

进一步的，为避免因工件厚度过大，导致在超声波穿透工件的过程中，对一些位置较深的人工缺陷容易出现漏检的情况，漏检的原因是第一探头34接收到的透射波受反射波的影响较大，不好进行后续的人工缺陷波的分析，进而出现漏检的情况。需要使用第二探头47与第一探头34一起进行探伤检测，由第一探头34发射超声波，第二探头47接收超声波信号，这样第二探头47只需接收穿透工件之后的超声波信号，并将该信号转换成电信号传输至控制系统12即可，这样在遇到厚度大于5毫米的工件时，接收到的信号受反射波的影响较小，使得人工缺陷更容易被检出。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种超声波检测系统，其特征在于：包括超声波检测主体（1）、设在超声波检测主体（1）上的水槽箱（2）、设在超声波检测主体（1）上的变角度调节超声探头装置（3）和设在水槽箱（2）内的工件放置台（4）；

所述变角度调节超声探头装置（3）位于工件放置台（4）的上方；

所述变角度调节超声探头装置（3）包括安装在超声波检测主体（1）上的移动组件（31）、设在移动组件（31）上的安装板（32）、与安装板（32）固定连接的机械手（33）和设在机械手（33）上的用于产生变角度超声波射入到工件表面的第一探头（34），所述工件放置台（4）上滑移连接有安装座（46），所述安装座（46）上设有与第一探头（34）配合使用的第二探头（47），工件放置台（4）安装在水槽箱（2）内，工件放置台（4）有螺栓连接在水槽箱（2）内底面上的驱动盒（41）、安装在驱动盒（41）内的调速电机（42）和与调速电机（42）的动力输出轴固定连接的转盘（43）、三个安装在转盘（43）上的丝杠调节组件（44）和固定安装在丝杠调节组件（44）上的承托柱（45）。

2.根据权利要求1所述的一种超声波检测系统，其特征在于：所述水槽箱（2）侧面设有与水槽箱（2）连通的供水滤箱（21），所述供水滤箱（21）上连接有抽水装置（22）。

3.根据权利要求1所述的一种超声波检测系统，其特征在于：所述安装座（46）上设有球铰接件（461），所述第二探头（47）的尾端固定安装在球铰接件（461）上。

4.根据权利要求3所述的一种超声波检测系统，其特征在于：所述第一探头（34）和第二探头（47）均为水浸式聚焦探头，且所述第一探头（34）和第二探头（47）采用超声波纵波。

5.一种水浸式探伤方法，使用了如权利要求4所述的一种超声波检测系统，用于检测工件上弧面位置的人工缺陷，其特征在于，包括如下步骤：

调整超声波检测系统，并做好探伤前期准备工作；

将工件安装在工件放置台（4）上；

优化并调整第一探头（34）的初始角度；

启动超声波检测系统，找到人工缺陷最大反射信号，记录信号信息。

6.根据权利要求5所述的一种水浸式探伤方法，其特征在于：所述第一探头（34）采用变角度超声纵波入射到工件上位于弧面位置的表面，第一探头（34）角度移动范围为0°至90°。

7.根据权利要求5所述的一种水浸式探伤方法，其特征在于：所述工件安装在工件放置台（4）上的步骤中采用的工件直径为100-750毫米。

8.根据权利要求7所述的一种水浸式探伤方法，其特征在于：所述工件安装在工件放置台（4）上的步骤中采用的工件的弧面处的对应的半径大于2毫米。

9.根据权利要求5所述的一种水浸式探伤方法，其特征在于：所述工件的厚度大于5毫米时使用第一探头（34）和第二探头（47）一起进行探伤检测。