CN114894890A

CN114894890A - 一种变角度焊缝缺陷检测装置及方法

Info

Publication number: CN114894890A
Application number: CN202210497297.1A
Authority: CN
Inventors: 施海; 陈菊
Original assignee: Junhesheng Wuhan Technology Co Ltd
Current assignee: Junhesheng Wuhan Technology Co Ltd
Priority date: 2022-05-09
Filing date: 2022-05-09
Publication date: 2022-08-12

Abstract

本发明公开了一种变角度焊缝缺陷检测装置及方法，以及一种阵列涡流探头，针对试件的角焊缝检测，包括：折叠板，弧形结构，转轴，螺钉、螺母，柔性阵列涡流探头，弹片以及后端检测算法，折叠板可以调整角度，通过转轴调整折叠板的角度使折叠板贴合焊缝的母材，然后用螺钉固定好折叠板；具有一定弹性的弹片安装在折叠板的顶端，柔性阵列涡流探头贴在弹片上，确保检测过程中阵列涡流检测探头与角焊缝表面的贴合；阵列涡流探头由八通道组成，检测过程中可以覆盖焊缝区域。并针对焊缝表面不平整的问题，提出了一种标定算法，对输出信号进行降噪处理，可以有效的消除噪声干扰，本设备可检测不同角度角焊缝表层以及近表层缺陷。

Description

一种变角度焊缝缺陷检测装置及方法

技术领域

本发明涉及无损检测领域，尤其涉及一种变角度焊缝缺陷检测装置及方法。

背景技术

涡流无损检测技术通常被用于飞机船舶汽车及机械零件检测等建造工业领域，涡流检测是一种遵循电磁感应原理的无损检测技术，一般是通有交变电流的激励线圈在导体材料中产生交变的一次磁场，该交变磁场在导体表面感应出涡电流，一般来说涡电流的强弱与媒质属性有着密切关系，同时，涡电流的存在也会引起空间磁场的变化。再通过线圈、霍尔等磁场传感器测量磁场的变化，就可获知媒质的各种信息，如导电率、磁导率、厚度以及媒质是否存在腐蚀、裂纹等缺陷。在石油、石化厂常用的立式储罐通常为钢制焊接而成的，为了使其处于安全、稳定工作状态，由于角焊缝在储罐的建造中起着连接的作用，并且焊缝也是应力集中容易产生裂纹的位置，一般来说在钢结构建筑建设以及机械零件使用过程中焊缝出现问题会极大的影响工程，带来严重安全隐患。而在所有焊缝中角焊缝又是最为可能出问题的，所以对角焊缝的检测显得尤其重要，所以对角焊缝的探伤检测也应该引起足够的重视。

目前也存在一些角焊缝检测方法，常见的检测方法为超声检测方法。而超声检测方法要求被检工件表面整洁光滑，否则将降低超声检测效果，同时如果检测工作量较大的话，检测时间过长，也会大大降低超声检测效率。涡流检测方法由于涡流检测有集肤效应，对表面或近表面缺陷进行检测效果较好，检测区域小，速度慢，对不同角度角焊缝进行检测时需要设计不同的检测装置，检测效率低，浪费人力物力，较为麻烦。因此，需要一种新的检测方法和检测装置对角焊缝进行检测。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种变角度焊缝缺陷检测装置及方法，通过八通道组成的全角度焊缝检测的阵列涡流探头，探头连接显示设备，然后分析所得信号波形，判定角焊缝是否存在缺陷。

为实现上述目的，本发明提供一种变角度焊缝缺陷检测装置及方法。所述技术方案如下：

本发明的提供一种变角度焊缝缺陷检测装置，包括：折叠板，锁闭机构，转轴，紧固件，柔性阵列涡流探头，弹片；折叠板为两块通过转轴转动连接的基板，所述弹片的两端分别与两块基板相连使转轴的一侧被所述弹片包裹，所述柔性阵列涡流探头附着在弹片背向转轴的一面，所述锁闭机构包括分别固定在所述基板背向弹片的一面的一对曲柄，所述曲柄上设有沿长度方向延伸的锁定缝，并且两条锁定缝能相互对齐，所述锁定缝内安装有相互配合紧固件；柔性阵列涡流探头由柔性面料及多个通道探头组成，通道探头固定在柔性面料表面，顺着转轴平行排布，柔性面料由具有弹性的绝缘材料制成，通道探头内设有激励线圈、接收线圈，其中激励线圈与信号发生器信号相连，接收线圈与放大电路、滤波电路信号相连，在检测时，所述多个通道探头的激励线圈通过沿着焊缝方向进行扫查，根据接收线圈的接收信号判断焊缝处存在的缺陷。

具有一定弹性的弹片安装在折叠板的顶端，柔性阵列涡流探头贴在弹片上，确保检测过程中柔性阵列涡流检测探头与角焊缝表面的贴合。

本发明同时提供使用上述装置进行变角度焊缝检测的方法：

基于所述变角度焊缝缺陷检测装置的变角度焊缝检测信号处理方法，具体步骤如下：

S1、采用所述通道探头对齐无缺陷的标准焊缝件，为柔性阵列涡流探头每个通道探头的激励线圈加载激励信号进行检测，将每个通道探头的接收线圈感应出的电压信号偏离中心电压的幅度收集起来作为标定数据，标定数据中的最大值计为a，最小值计为b。所述装置的变角度焊缝检测信号处理方法，其特征在于，所述无缺陷的标准焊缝件是指采用其他方法检测过的无缺陷的角焊缝试件。

S2、调整折叠板开合度至基板分别与被测焊缝两侧的金属结构贴合，使柔性阵列涡流探头与焊缝靠近，使得通道探头与焊缝面紧密接触，减小提离距离，为柔性阵列涡流探头每个通道探头的激励线圈加载激励信号，将每个通道探头的接收线圈感应出的电压信号收集起来作为检测数据，检测数据计为x_i，其中i为整数，x_i≥b；若x_i>a，则无需处理，令最终检测数据X_i＝x_i；若b≤x_i≤a，则需进行如下步骤的数据处理：令ci＝x_i-b，

接着根据检测精度的高低将di可能所在的区间[0，1]等分为n个区域，其中n为整数，然后判断di在第几个区域，di所在区域序号计为N_j(1≤j≤n)，每个区域的降噪系数计为

最终检测数据X_i＝x_i×L_i。

基于所述变角度焊缝缺陷检测装置的变角度焊缝检测信号处理方法在判别角焊缝缺陷中的应用。

本发明和现有技术相比，具有如下优点：

目前的检测方法要求被检工件表面光滑，且不能满足不同度角焊缝表层以及近表层缺陷，而本发明通过设计了一种变角度角焊缝检测装置及阵列涡流检测方法，有效的减小了焊缝表面不平整所带来的误差，达到了降噪的目的，提高了信号精度，也提高了检测效率，实现了检测效率与检测精度的同步提升。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并于说明书一起用于解释本发明的原理。

图1为本发明所用变角焊缝检测装置图；

图2为本发明所用折叠板图；

图3为本发明所用检测装置爆炸图；

图4为本发明所用直角焊缝工件示意图；

图5为本发明所用斜角焊缝工件示意图(锐角)；

图6为本发明所用斜角焊缝工件示意图(钝角)；

图7为本发明所用直角焊缝检测示意图；

图8为本发明所用阵列涡流探头示意；

图9为未使用本发明装置，未经过本发明算法处理的无缺陷检测信号；

图10为未使用本发明装置，经过本发明算法处理的无缺陷检测信号；

图11为使用本发明装置，经过本发明算法处理的有缺陷检测信号。

具体实施方法

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明一方面提供了一种变角度焊缝缺陷检测装置，包括：折叠板，锁闭机构2，转轴5，紧固件，柔性阵列涡流探头4，弹片3；折叠板为两块通过转轴5转动连接的基板1，弹片3的两端分别与两块基板1相连使转轴5的一侧被弹片3包裹，柔性阵列涡流探头4附着在弹片3背向转轴5的一面，锁闭机构包括分别固定在基板1背向弹片3的一面的一对曲柄2，曲柄2上设有沿长度方向延伸的锁定缝，并且两条锁定缝能相互对齐，锁定缝内安装有相互配合紧固件，如螺钉7和螺帽8；

柔性阵列涡流探头4由八个通道探头及柔性面料组成，八个通道探头沿平行于转轴5的方向等距间隔布置在柔性面料上，柔性面料是由具有弹性的绝缘材料制作而成的。

每个通道探头内设有一组激励线圈9和接收线圈10，激励线圈与信号发生器相连，接收线圈与信号处理模块相连。所述激励线圈用于加载激励信号，激励信号是按一定频率变化的电流。所述信号发生器输出激励信号，施加在激励线圈上，通过激励线圈产生变化的磁场，进而在焊缝处产生变化的感应涡流，变化的感应涡流产生感应磁场，接收线圈探测感应磁场，将感应磁场的强度变化转变为电压信号输出到信号处理模块；信号处理模块将信号放大、滤波后传给上位机进行分析并展示，同时也可以将数据直接存储到SD卡等存储模块中，以备后续分析使用。

在检测时，柔性阵列涡流探头通过将激励信号加载到不同通道探头的激励线圈上，沿着焊缝方向进行扫查，根据接收线圈接收的电压信号判断焊缝处存在的缺陷。

使用本发明的一种变角度焊缝缺陷检测装置检测焊缝时的步骤如下：

步骤1、使用通道探头靠近并对齐无缺陷的焊缝，对无缺陷的焊缝试件进行检测，选取无缺陷区域的检测数据作为标定数据，标定数据中的最大电压值计为a,最小电压值计为b，虽然焊缝没有外表面或内部缺陷，但由于焊缝不平整，因此得到图9所示的结果，电压的波动反应了焊缝表面的平整度；

步骤2、调整折叠板开合度至基板1分别与被测焊缝两侧的金属结构贴合，使柔性阵列涡流探头4与被测焊缝靠近并对齐，使得通道探头与焊缝面紧密接触，减小提离距离。

在步骤2中，通过折叠板结构设计尽可能的减小提离距离带来的影响，但由于焊缝表面本身的不平整导致检测结果还是会有很大的噪声，图7以直角焊缝试件为例做出了检测示意图，受焊缝表面平整度的影响，不同通道的提离距离都是不同的，在检测中还是会有很大的噪声影响。提离距离是接收线圈距离焊缝的距离。

步骤3、为柔性阵列涡流探头每个通道探头的激励线圈加载激励信号。

步骤4、将每个通道探头的接收线圈感应出的电压信号收集起来，由于被测焊缝有表面或内部缺陷，因此其输出信号波动更大。

步骤5、检测的数据计为x_i(i为整数,x_i≥b),若x_i>a,则无需处理，令最终检测数据X_i＝x_i；

若b≤x_i≤a,则需进行如下步骤的数据处理：令c_i＝x_i-b,

接着根据检测精度的高低将d_i可能所在的区间[0,1]等分为n个区域(n为整数，精度越高则n越大)；

然后判断d_i在第几个区域，所在区域序号计为N_j(1≤j≤n),每个区域的降噪系数计为

令最终检测数据X_i＝x_i×L_i。本步骤中d_i将非缺陷引起的电压波动进行了第一次缩小,L_i<1将非缺陷引起的电压波动再次缩小,相当于将非缺陷引起的波动幅度等比例缩小了两次，使非缺陷引起的电压波动更接近于直线。

最终检测数据X_i为检测结果，如图11所示，缺陷引起的电压波动未被缩小，相对于非缺陷引起的电压波动更明显，根据检测结果分析判断角焊缝是否存在缺陷。

激励信号均为频率100k，幅值3v，从图9中可以看出没有使用所设计的算法时在无缺陷焊缝上检测信号噪声很大，从图10中可以看出在使用所设计的装置进行检测并采用算法进行处理后对无缺陷焊缝上的检测信号进行降噪处理，有效的消除噪声干扰，从而可以较好的对焊缝缺陷进行判断，如图11，电压波动明显突出的为存在焊缝缺陷。

Claims

1.一种变角度焊缝缺陷检测装置，其特征在于，包括：折叠板，锁闭机构，转轴，紧固件，柔性阵列涡流探头，弹片；折叠板为两块通过转轴转动连接的基板，所述弹片的两端分别与两块基板相连使转轴的一侧被所述弹片包裹，所述柔性阵列涡流探头附着在弹片背向转轴的一面，所述锁闭机构包括分别固定在所述基板背向弹片的一面的一对曲柄，所述曲柄上设有沿长度方向延伸的锁定缝，并且两条锁定缝能相互对齐，所述锁定缝内安装有相互配合紧固件；柔性阵列涡流探头由柔性面料及多个通道探头组成，通道探头固定在柔性面料表面，顺着转轴平行排布，柔性面料由具有弹性的绝缘材料制成，通道探头内设有激励线圈、接收线圈，其中激励线圈与信号发生器信号相连，接收线圈与放大电路、滤波电路信号相连，在检测时，所述多个通道探头的激励线圈通过沿着焊缝方向进行扫查，根据接收线圈的接收信号判断焊缝处存在的缺陷。

2.基于权利要求1所述装置的变角度焊缝检测信号处理方法，其特征在于，具体步骤如下：

S1、采用所述通道探头对齐无缺陷的标准焊缝件，为柔性阵列涡流探头每个通道探头的激励线圈加载激励信号进行检测，将每个通道探头的接收线圈感应出的电压信号偏离中心电压的幅度收集起来作为标定数据，标定数据中的最大值计为a，最小值计为b；

S2、将无缺陷的标准焊缝件替换为具有被测焊缝的试件，调整折叠板开合度至基板分别与被测焊缝两侧的金属结构贴合，使柔性阵列涡流探头与焊缝靠近，使得通道探头与焊缝面紧密接触，减小提离距离，按照步骤S1获得检测数据，检测数据计为x_i，其中i为整数，x_i≥b；若x_i>a，则无需处理，令最终检测数据X_i＝x_i；若b≤x_i≤a，则需进行如下步骤的数据处理：令ci＝x_i-b，

(0≤d_i≤1)，接着根据检测精度的高低将di可能所在的区间[0，1]等分为n个区域，其中n为整数，然后判断di在第几个区域，di所在区域序号计为N_j(1≤j≤n)，每个区域的降噪系数计为

最终检测数据X_i＝x_i×L_i。

3.基于权利要求2所述装置的变角度焊缝检测信号处理方法，其特征在于，所述无缺陷的标准焊缝件是指采用其他方法检测过的无缺陷的角焊缝试件。

4.如权利要求2所述方法在判别焊缝缺陷中的应用。