CN114594165A - 一种薄壁管材缺陷检测装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种薄壁管材缺陷检测装置及其使用方法，其中管材的轴线方向为第一方向，所述缺陷检测装置包括：超声波发射单元，设于管材外，用于向管材发射超声波，超声波波束的传播方向为第二方向；反射体，设于管材内，相对靠近超声波发射单元侧具有规则面，超声波穿过所述管材发射至规则面；第二方向垂直于规则面；回波采集单元，与超声波发射单元的连线的延长线的方向平行于第二方向，回波采集单元用于接收来自规则面的第一回波；超声波发射单元、反射体、回波采集单元及管材浸入耦合剂中；当超声波穿过的管材的管壁无缺陷时，第一回波具有第一幅值；当超声波穿过的管材的管壁有缺陷时，第一回波具有第二幅值，第一幅值大于第二幅值。

Description

一种薄壁管材缺陷检测装置及其使用方法

技术领域

本申请涉及超声无损检测技术领域，具体涉及一种薄壁管材缺陷检测装置及其使用方法。

背景技术

现有的超声波无损检测标准中，均规定了管材的检测范围，不能覆盖所有的管材检测。YS/T 1187-2017标准原文规定的适用范围为：“适用于外径20mm~130mm、壁厚1mm~25mm及壁厚与外径之比不大于0.2的管材，且层状不连续不能有效检出”。GB/T 5777-2008标准原文规定的适用范围为：“本标准适用于外径不小于6mm且壁厚与外径之比不大于0.2的钢管”。

当超声波的波束穿过管材时，会在管材的表面、缺陷及内壁处产生不同时间点的回波，但当缺陷贴近表面或者内壁时，或者管材的管壁较薄时，缺陷的回波会覆盖在表面回波或内壁回波下，无法判断管壁内是否有缺陷。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，本申请旨在提供一种薄壁管材缺陷检测装置及其使用方法。

第一方面，本申请提出一种薄壁管材缺陷检测装置，所述管材的轴线方向为第一方向，所述缺陷检测装置包括：

超声波发射单元，设于所述管材外，所述超声波发射单元用于向所述管材发射超声波，超声波波束的传播方向为第二方向；

反射体，设于所述管材内，所述反射体相对靠近所述超声波发射单元侧具有规则面，超声波穿过所述管材发射至所述规则面；所述第二方向垂直于所述规则面；

回波采集单元，与所述超声波发射单元的连线的延长线的方向平行于所述第二方向，所述回波采集单元用于接收来自所述规则面的第一回波；

所述超声波发射单元、所述反射体、所述回波采集单元及所述管材浸入耦合剂中；

当超声波穿过的所述管材的管壁无缺陷时，所述第一回波具有第一幅值；当超声波穿过的所述管材的管壁有缺陷时，所述第一回波具有第二幅值，第一幅值大于第二幅值。

根据本申请实施例提供的技术方案，还包括：

架体，所述架体上设有承载面；

第一驱动机构，设于所述承载面上，包括沿第三方向分布设于所述管材两侧的滚动组件，所述滚动组件用于承载所述管材且驱动所述管材做圆周运动；

所述反射体的两端固定于所述架体上。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述反射体为圆柱体，其周面具有所述规则面。

根据本申请实施例提供的技术方案，还包括沿所述第一方向分布设置于所述管材两端的第二驱动机构，所述第二驱动机构用于驱动所述管材和所述反射体同步转动。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述第二驱动机构包括第二驱动电机和连接于所述第二驱动电机输出端的输出轴，所述输出轴远离所述第二驱动电机的端部设于所述管材内，且其轴线方向平行于所述第一方向，所述输出轴相对远离所述第二驱动电机端与所述反射体端部连接，所述输出轴外套设有第一膨胀部，所述第一膨胀部胀开后可将所述管材固定。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述反射体为空心圆柱体，所述第二驱动机构还包括套设于所述输出轴外的第二膨胀部，所述第二膨胀部设于所述输出轴的相对远离所述第二驱动电机的末端，且所述第二膨胀部设于所述反射体内，所述第二膨胀部胀开后可将所述反射体固定。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述超声波发射单元为超声换能器，所述超声换能器包括回波采集单元。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述管材外设有第三驱动机构，所述第三驱动机构用于驱动所述超声波发射单元和所述回波采集单元做同步直线运动，其运动方向平行于所述第一方向。

第二方面，本申请提出一种上述薄壁管材缺陷检测装置的使用方法，所述使用方法包括以下步骤：

安装超声波发射单元和回波采集单元，在待检测管材内安装反射体；所述超声波发射单元、所述回波采集单元、所述待检测管材及所述反射体浸入耦合剂内；

所述超声波发射单元沿所述第二方向发射超声波，超声波穿过所述待检测管材的管壁至规则面；

所述回波采集单元采集来自所述规则面的回波，设为第一回波，其幅值为第三幅值；

判断第三幅值与第一幅值的大小，若第三幅值等于第一幅值时，判定所述待检测管材超声波穿过处的管壁无缺陷；若第三幅值小于第一幅值时，判定所述待检测管材超声波穿过处的管壁有缺陷；所述第一幅值为通过上述所述的薄壁管材缺陷检测装置检测标准样管时，所述回波采集单元所采集的第一回波的幅值。

综上所述，本申请提出一种薄壁管材缺陷检测装置，通过在管材外设置超声波发射单元和回波采集单元，在管材内设置具有规则面的反射体，超声波发射单元沿第二方向穿过管材至规则面反射超声波，回波采集单元接收来自反射体的第一回波，若管壁表面或管壁内存在缺陷时，会消耗超声波的能量，故回波采集单元接收的第一回波的幅值会减小，从而可判断出薄壁管材的管壁是否有缺陷，本方案通过在薄壁管材内设置反射体，无需考虑管材的薄厚，避免了检测的盲区，提高了缺陷检测装置的适用性。

附图说明

图1为本申请实施例1中反射体为圆柱体时的薄壁管材缺陷检测装置的结构示意图；

图2为本申请实施例1中反射体为平板状的薄壁管材缺陷检测装置的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的无损管材的回波的波形图；

图4为本申请实施例提供的有缺陷管材的回波的波形图；

图5为本申请实施例2提供的反射体为实心圆柱体时薄壁管材缺陷检测装置的结构示意图；

图6为本申请实施例2提供的反射体为空心圆柱体时薄壁管材缺陷检测装置的结构示意图；

图7为本申请提供的薄壁管材缺陷检测装置的使用方法流程图。

图中所述文字标注表示为：

1、管材；2、反射体；21、规则面；3、架体；4、第一驱动机构；41、滚动组件；5、第三支架；6、超声换能器；71、第二驱动电机；72、输出轴；73、第一膨胀部；74、第二膨胀部。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

实施例1

诚如背景技术中提到的，针对现有技术中的问题，本申请提出了一种薄壁管材缺陷检测装置，如图1所示，所述管材1的轴线方向为第一方向，在某些实施例中，所述第一方向平行于水平方向，检测场地具有检测池，所述缺陷检测装置包括：

超声波发射单元，设于所述管材1外，所述超声波发射单元用于向所述管材1发射超声波，超声波波束的传播方向为第二方向；其中，具体地，所述检测池的池底竖直设有第一支架，所述第一支架沿水平方向设有第二支架，所述第二支架设于所述管材1上方，所述第二支架的末端安装有所述超声波发射单元，所述超声波发射单元的发射探头的方向竖直朝向所述管材1；

反射体2，设于所述管材1内，所述反射体2相对靠近所述超声波发射单元侧具有规则面21，超声波穿过所述管材1发射至所述规则面21；所述第二方向垂直于所述规则面21；其中，所述超声波发射单元发射的超声波包括多束能量，若所述反射体2的表面不规则，即使所述管材1管壁不存在缺陷，有些光束无法反射回去，故超声波需发射至所述规则面21上，保证超声波发射的能量都能均匀返回；

回波采集单元，与所述超声波发射单元的连线的延长线的方向平行于所述第二方向，所述回波采集单元用于接收来自所述规则面21的第一回波；其中，超声波穿过所述管材1管壁至所述规则面21后，所述管材1表面、所述管材1内壁及所述规则面21会反射回波至所述回波采集单元，所述回波采集单元按照时间顺序依次接收到来自所述管材1表面、所述管材1内壁及所述规则面21的回波，所述第一回波对应的时间为第一时间；

所述超声波发射单元、所述反射体2、所述回波采集单元及所述管材1浸入耦合剂中；由于超声波不能在空气中传播，通过耦合剂才能传播，故将超声波路径中的组件都浸入所述耦合剂中，其中，在某些实施例中，所述耦合剂为液态，所述检测池内充满所述耦合剂；

当超声波穿过的所述管材1的管壁无缺陷时，所述第一回波具有第一幅值；当超声波穿过的所述管材1的管壁有缺陷时，所述第一回波具有第二幅值，第一幅值大于第二幅值；如图3所示，所述回波接收单元接收到的来自无损管材表面、内壁及放置于无损管材内的所述规则面21的回波；如图4所示，所述回波接收单元接收到的来自有缺陷管材的所述规则面21的回波的幅值小于图3中的幅值，从而判定穿过所述管材1管壁的超声波的能量有损失，故管壁上存在缺陷，本方案通过在薄壁管材内设置反射体2，无需考虑管材1的薄厚，避免了检测的盲区，提高了缺陷检测装置的适用性。

进一步地，如图1所示，所述检测装置还包括：

架体3，所述架体3上设有承载面；所述架体3设于所述检测池的池底；

第一驱动机构4，设于所述承载面上，包括沿第三方向分布设于所述管材1两侧的滚动组件41，所述滚动组件41用于承载所述管材1且驱动所述管材1做圆周运动；可选地，所述滚动组件41为辊轮，其辊轮的长度方向平行于所述第一方向，所述第一驱动机构4还包括第一驱动电机，所述第一驱动电机可驱动两个所述辊轮同步转动，所述辊轮表面包覆有保护件，可选地，所述保护件可为橡胶材质，一方面可增大与所述管材1的摩擦力，另一方面可避免所述管材1在所述辊轮上铬伤；所述第三方向垂直于所述第一方向且平行于所述承载面；

所述反射体2的两端固定于所述架体3上；所述反射体2通过第三支架5固定于所述架体3上，而所述架体3固定于所述检测池上，故所述反射体2固定不动，本实施例不用考虑所述反射体2的形状，如图1所示，可为圆柱体，如图2所示，所述反射体2为平板状，所述反射体2亦可为矩形、半圆形等，只需所述反射体2相对靠近所述超声波发射单元侧具有所述规则面21即可，所述超声波发射单元和所述回波接收单元不动，所述反射体2也不动，通过转动所述管材1，可实现所述管材1整个周面的管壁缺陷检测。

实施例2

与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在：如图5所示，所述反射体2为圆柱体，其周面具有所述规则面21；其中，所述反射体2与所述管材1同轴设置，其轴线方向为所述第一方向。

进一步地，如图5所示，还包括沿所述第一方向分布设置于所述管材1两端的第二驱动机构，所述第二驱动机构用于驱动所述管材1和所述反射体2同步转动；所述超声波发射单元和所述回波接收单元位置不动时，由于所述反射体2为圆柱体且其周面都为所述规则面21，故当所述管材1和所述反射体2同步转动时，可检测所述管材长度方向同一位置处的整个周面的缺陷；故本实施例与实施例1相比的不同之处在于实施例1中的所述反射体2不动，对所述反射体2的形状没有要求，而实施例2中的所述反射体2与所述管材1同步转动，故所述反射体2周面全部都设有所述规则面21。

进一步地，所述第二驱动机构包括第二驱动电机71和连接于所述第二驱动电机71输出端的输出轴72，所述输出轴72远离所述第二驱动电机71的端部设于所述管材1内，且其轴线方向平行于所述第一方向，所述输出轴72相对远离所述第二驱动电机71端与所述反射体2端部连接，所述输出轴72外套设有第一膨胀部73，所述第一膨胀部73胀开后可将所述管材1固定；具体地，所述管材1两端对称设有所述第二驱动机构，可选地，可通过夹住管壁的方式来固定所述管材1，但当所述管材1的管壁较薄时，夹紧位置的管材1的表面和相应的内壁会出现损伤的情况，故可选地，可通过在管材1内壁设置所述第一膨胀部73的方式将所述管材1固定，所述第一膨胀部73通过气动的方式控制其胀开或缩回，所述第一膨胀部73包括多个扇形部，当需要固定所述管材1时，所述第一膨胀部73胀开，所述扇形部顶住所述管材1内壁，将其固定，当无需固定所述管材1时，所述第一膨胀部73缩回；通过此方式可增大与所述管材1内壁的接触面积，且只与所述管材1的内壁接触，减小了所述管材1的损伤的几率；如图5所示，所述反射体2可为实心圆柱体，所述反射体2的两端可通过螺接方式与所述输出轴72的端部连接；故当所述第一膨胀部73将所述管材1顶紧后，通过所述第二驱动电机71可驱动所述管材1和所述反射体2同步转动。

进一步地，如图6所示，所述反射体2为空心圆柱体，所述第二驱动机构还包括套设于所述输出轴72外的第二膨胀部74，所述第二膨胀部74设于所述输出轴72的相对远离所述第二驱动电机71的末端，且所述第二膨胀部74设于所述反射体2内，所述第二膨胀部74胀开后可将所述反射体2固定；其中，所述反射体2与所述管材1同轴设置，所述第二膨胀部74和所述第一膨胀部73的结构相同，包括多个通过气动控制的扇形部，当所述第二膨胀部74胀开，使得所述扇形部顶住所述反射体2的内壁，从而将所述反射体2固定。

进一步地，所述超声波发射单元为超声换能器6，所述超声换能器6包括回波采集单元；所述超声换能器6是电能-机械振动转换器，所述超声换能器6内包括换能器振动模块，当激发所述超声换能器6后，电压转化成机械振动，所述换能器振动模块会产生超声波束发射出去（时间0时），超声波束经所述规则面21反射回来时，也会引起所述换能器振动模块再次振动（时间t时），此时振动会转化成电压，采集t时的电压即采集了所述规则面21的相对波束能量大小；采用所述超声换能器6将所述超声波发射单元和所述回波接收单元集成为一体，提高了装置的简易性。

进一步地，所述管材1外设有第三驱动机构，所述第三驱动机构用于驱动所述超声波发射单元和所述回波采集单元做同步直线运动，其运动方向平行于所述第一方向；其中，所述超声换能器6通过竖直方向的所述第一支架和水平方向的所述第二支架固定于所述检测池，所述第二支架的方向平行于所述第一方向，在所述第二支架上设有滑轨，所述滑轨的长度方向平行于所述第一方向即所述管材1的长度方向，所述滑轨上设有与其相配的滑块；所述超声换能器6外设有外壳，所述外壳外固定有所述滑块；所述第三驱动机构包括第三驱动组件，所述第三驱动组件可为气缸，亦可为电机，所述第三驱动组件的输出端与所述滑块连接，通过所述第三驱动组件可驱动所述超声换能器6在所述滑轨上移动，实现了沿长度对所述管材1进行缺陷检测。

实施例3

本申请提供以上所述的薄壁管材缺陷检测装置的使用方法，如图7所示，所述使用方法包括如下步骤：

S10、安装超声波发射单元和回波采集单元，在待检测管材内安装反射体2；所述超声波发射单元、所述回波采集单元、所述待检测管材及所述反射体2浸入所述耦合剂内；将所述超声换能器6通过所述第一支架和所述第二支架设于所述待检测管材外，所述反射体2可通过实施例1中的方式固定于所述架体3上，也可通过实施例2中的方式将所述反射体2和所述待检测管材固定；

S20、所述超声波发射单元沿所述第二方向发射超声波，超声波穿过所述待检测管材的管壁至规则面21；超声波的波束需垂直于所述规则面21，若波束不垂直与所述规则面21，则会产生折射，则所述超声换能器6就不能接收到所述规则面21的全部回波，甚至不能采集到所述规则面21的回波信号；

S30、所述回波采集单元采集来自所述规则面21的回波，设为第一回波，其幅值为第三幅值；

S40、判断第三幅值与第一幅值的大小，若第三幅值等于第一幅值时，判定所述待检测管材超声波穿过处的管壁无缺陷；若第三幅值小于第一幅值时，判定所述待检测管材超声波穿过处的管壁有缺陷；所述第一幅值为通过上述所述的薄壁管材缺陷检测装置检测标准样管时，所述回波采集单元所采集的第一回波的幅值；将所述超声换能器6和所述反射体2固定后，通过所述超声换能器6向所述标准样管内的所述反射体2发射超声波，所述超声换能器6的所述回波接收单元接收到的来自所述反射体2的回波则为所述第一回波其幅值为第一幅值；所述标准样管为无损样管；如图3所示，所述第三幅值与所述第一幅值相等时，由所述规则面21反射的超声波的能量没有损耗；如图4所示，第三幅值小于第一幅值，由所述规则面21反射的超声波的能量存在损耗；

S50、转动所述待检测管材，重复执行步骤S30-S40，检测所述待检测管材周向缺陷；可通过所述第一驱动机构4驱动所述待检测管材转动，当所述反射体2为周面具有规则面21的圆柱体时，亦可通过所述第二驱动机构驱动所述待检测管材和所述反射体2同步转动；

S60、直线移动所述超声波发射单元和所述回波采集单元，重复执行步骤S30-S50，检测所述待检测管材长度方向及圆周方向的缺陷，通过所述第三驱动机构驱动所述超声换能器6沿所述滑轨沿平行于所述待检测管材的长度方向移动时，可检测所述待检测管材长度方向的缺陷，再通过所述第一驱动机构4和所述第二驱动机构转动所述管材1，进而检测所述待检测管材的周向缺陷，从而完成对整个所述待检测管材的缺陷检测。

本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均应视为本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种薄壁管材缺陷检测装置，所述管材（1）的轴线方向为第一方向，其特征在于，所述缺陷检测装置包括：

超声波发射单元，设于所述管材（1）外，所述超声波发射单元用于向所述管材（1）发射超声波，超声波波束的传播方向为第二方向；

反射体（2），设于所述管材（1）内，所述反射体（2）相对靠近所述超声波发射单元侧具有规则面（21），超声波穿过所述管材（1）发射至所述规则面（21）；所述第二方向垂直于所述规则面（21）；

回波采集单元，与所述超声波发射单元的连线的延长线的方向平行于所述第二方向，所述回波采集单元用于接收来自所述规则面（21）的第一回波；

所述超声波发射单元、所述反射体（2）、所述回波采集单元及所述管材（1）浸入耦合剂中；

当超声波穿过的所述管材（1）的管壁无缺陷时，所述第一回波具有第一幅值；当超声波穿过的所述管材（1）的管壁有缺陷时，所述第一回波具有第二幅值，第一幅值大于第二幅值。

2.根据权利要求1所述的薄壁管材缺陷检测装置，其特征在于：还包括：

架体（3），所述架体（3）上设有承载面；

第一驱动机构（4），设于所述承载面上，包括沿第三方向分布设于所述管材（1）两侧的滚动组件（41），所述滚动组件（41）用于承载所述管材（1）且驱动所述管材（1）做圆周运动；

所述反射体（2）的两端固定于所述架体（3）上。

3.根据权利要求1所述的薄壁管材缺陷检测装置，其特征在于：所述反射体（2）为圆柱体，其周面具有所述规则面（21）。

4.根据权利要求3所述的薄壁管材缺陷检测装置，其特征在于：还包括沿所述第一方向分布设置于所述管材（1）两端的第二驱动机构，所述第二驱动机构用于驱动所述管材（1）和所述反射体（2）同步转动。

5.根据权利要求4所述的薄壁管材缺陷检测装置，其特征在于：所述第二驱动机构包括第二驱动电机（71）和连接于所述第二驱动电机（71）输出端的输出轴（72），所述输出轴（72）远离所述第二驱动电机（71）的端部设于所述管材（1）内，且其轴线方向平行于所述第一方向，所述输出轴（72）相对远离所述第二驱动电机（71）端与所述反射体（2）端部连接，所述输出轴（72）外套设有第一膨胀部（73），所述第一膨胀部（73）胀开后可将所述管材（1）固定。

6.根据权利要求5所述的薄壁管材缺陷检测装置，其特征在于：所述反射体（2）为空心圆柱体，所述第二驱动机构还包括套设于所述输出轴（72）外的第二膨胀部（74），所述第二膨胀部（74）设于所述输出轴（72）的相对远离所述第二驱动电机（71）的末端，且所述第二膨胀部（74）设于所述反射体（2）内，所述第二膨胀部（74）胀开后可将所述反射体（2）固定。

7.根据权利要求1所述的薄壁管材缺陷检测装置，其特征在于：所述超声波发射单元为超声换能器（6），所述超声换能器（6）包括所述回波采集单元。

8.根据权利要求1所述的薄壁管材缺陷检测装置，其特征在于：所述管材（1）外设有第三驱动机构，所述第三驱动机构用于驱动所述超声波发射单元和所述回波采集单元做同步直线运动，其运动方向平行于所述第一方向。

9.一种如权利要求1-8任意一项所述的薄壁管材缺陷检测装置的使用方法，其特征在于，所述使用方法包括如下步骤：

S10、安装超声波发射单元和回波采集单元，在待检测管材内安装反射体（2）；所述超声波发射单元、所述回波采集单元、所述待检测管材及所述反射体（2）浸入耦合剂内；

S20、所述超声波发射单元沿第二方向发射超声波，超声波穿过所述待检测管材的管壁至规则面（21）；

S30、所述回波采集单元采集来自所述规则面（21）的回波，设为第一回波，其幅值为第三幅值；

S40、判断第三幅值与第一幅值的大小，若第三幅值等于第一幅值时，判定所述待检测管材超声波穿过处的管壁无缺陷；若第三幅值小于第一幅值时，判定所述待检测管材超声波穿过处的管壁有缺陷；所述第一幅值为通过权利要求1-8任意一项所述的薄壁管材缺陷检测装置检测标准样管时，所述回波采集单元所采集的第一回波的幅值。

Images