CN115219590A - 一种全方位检测管道的超声阵列组合探头 - Google Patents

一种全方位检测管道的超声阵列组合探头 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种全方位检测管道的超声阵列组合探头，包括轴向换能器芯部、周向逆时针换能器芯部、周向顺时针换能器芯部、耦合剂喷洒出口、超声探头壳体、电缆线护套、电缆线、耦合剂管道、耦合剂供给箱、超声探头连接器；轴向换能器芯部、周向逆时针换能器芯部、周向顺时针换能器芯部依次相连；超声探头壳体的尾端连接电缆线，电缆线护套套设于电缆线的外部；耦合剂供给箱和耦合剂管道相连。本发明的全方位检测管道的超声阵列组合探头从管道内侧检测轻松准确、检测效率高、适用直管及弯管的检测、检测范围不受管道弯曲变化影响、无需外加定制专用扫查器。

Description

一种全方位检测管道的超声阵列组合探头
技术领域
本发明涉及仪器分析领域，特别涉及一种全方位检测管道的超声阵列组合探头。
背景技术
管道，是用钢锭或实心管坯经穿孔制成毛管，然后经热轧、冷轧或冷拨制成。管道在我国钢管业中具有重要的地位。无缝钢管分热轧和冷轧(拨)无缝钢管两类。热轧无缝钢管分一般钢管，低、中压锅炉钢管，高压锅炉钢管、合金钢管、不锈钢管、石油裂化管、地质钢管和其它钢管等。
冷轧无缝钢管除分一般钢管、低中压锅炉钢管、高压锅炉钢管、合金钢管、不锈钢管、石油裂化管、其它钢管外，还包括碳素薄壁钢管、合金薄壁钢管、不锈薄壁钢管、异型钢管。热轧无缝管外径一般大于32mm，壁厚2.5～75mm，冷轧无缝钢管外径可以到6mm，壁厚可到0.25mm，管道外径可到5mm，壁厚小于0.25mm，冷轧比热轧尺寸精度高。
管道应用十分广泛，如：锅炉、地质钻探、石油化工、造船、制药、发电、核废料、液压和气动筒、流体输送等航天航空，工业，医用，农业等多种领域。
管道质量的可靠性直接影响其应用的安全寿命。管道在制造过程中薄壁内部的裂纹，气泡等缺陷，对接焊缝的内部缺陷、使用一段时间后的内部裂缝及管壁生锈变薄等缺陷都需要提前检测及时发现杜绝隐患。
目前，由于焊接位置和检验效率等问题，应用χ射线探伤总有许多不利。实践证明：用便携式相控阵进行管道焊缝检测，缺陷检出率高，也不像射线照相有环境保护问题，高效合算。目前市面上通用超声探头从管道外侧检测管道缺陷。由于管道应用有诸多特点：
1、通常应用于户外，温湿度相差大，环境恶劣，管道外壁容易积累污垢，刮痕碰伤，影响检测；
2、管子之间往往空间有限，需要根据使用场景定制专用探头及配套扫查装置，提高了从外侧检测的成本和难度；
3、通常不能移动管件，如压力容器等；
4、有时焊缝位于弯管部位，需要匹配定制弯管扫查器配合，不能连续作业，提高了时间和人力成本。
亟需一种从管道内侧检测轻松准确、检测效率高、适用直管及弯管的检测、检测范围不受管道弯曲变化影响、无需外加定制专用扫查器的全方位检测管道的超声阵列组合探头来解决上述技术问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种全方位检测管道的超声阵列组合探头，本发明的全方位检测管道的超声阵列组合探头从管道内侧检测轻松准确、检测效率高、适用直管及弯管的检测、检测范围不受管道弯曲变化影响、无需外加定制专用扫查器。
本发明是通过如下技术方案解决上述技术问题的：
本发明提供了一种全方位检测管道的超声阵列组合探头，包括轴向换能器芯部、周向逆时针换能器芯部、周向顺时针换能器芯部、耦合剂喷洒出口、超声探头壳体、电缆线护套、电缆线、耦合剂管道、耦合剂供给箱、超声探头连接器；所述轴向换能器芯部、周向逆时针换能器芯部、周向顺时针换能器芯部依次相连；所述超声探头壳体的尾端连接所述电缆线，所述电缆线护套套设于所述电缆线的外部；所述耦合剂供给箱和所述耦合剂管道相连；所述电缆线内部设置有耦合剂流道，所述超声探头壳体内部设置有耦合剂流道，所述耦合剂管道连通所述电缆线内部的耦合剂流道以及所述超声探头壳体内部的耦合剂流道，所述超声探头壳体内部的耦合剂流道连通所述耦合剂喷洒出口；所述电缆线连接所述超声探头连接器；所述周向顺时针换能器芯部与所述超声探头壳体相连；所述电缆线的外部套设有蛇形外被。
本发明中，所述轴向换能器芯部、周向逆时针换能器芯部和周向顺时针换能器芯部相互配合，可以同时检测管道内部轴向和周向缺陷，从而轻松实现管道内部缺陷全方位检测目的；所述轴向换能器芯部、周向逆时针换能器芯部和周向顺时针换能器芯部的构成为本领域常规，均由陶瓷压电晶片、匹配层、背衬材料组成；
较佳地，所述轴向换能器芯部、周向逆时针换能器芯部和周向顺时针换能器芯部的陶瓷压电晶片为单晶晶片、双晶晶片、线阵晶片或面阵晶片；
较佳地，所述轴向换能器芯部的主轴阵元数量为16个x 4组，所述轴向换能器芯部的主轴相邻阵元中心间距为0.3mm，所述轴向换能器芯部的阵元次轴宽度为8mm；
较佳地，所述周向逆时针换能器芯部的主轴阵元数量为16个x 2组，所述周向逆时针换能器芯部的主轴相邻阵元中心间距为0.5mm，所述周向逆时针换能器芯部的阵元次轴宽度为3mm；
较佳地，所述周向顺时针换能器芯部的主轴阵元数量为16个x 2组，所述周向顺时针换能器芯部的主轴相邻阵元中心间距为0.5mm，所述周向顺时针换能器芯部的阵元次轴宽度为3mm。
本发明中，耦合剂喷洒出口连通耦合剂供给箱，用于实现耦合剂的输送。
本发明中，所述超声探头壳体用于连接安装其他部件。
本发明中，所述电缆线护套用于保护所述电缆线和所述超声探头壳体的连接处；
较佳地，所述超声探头壳体的材质为SUS316；
较佳地，所述电缆线保护套的材质为PU。
本发明中，所述耦合剂管道和耦合剂供给箱用于实现耦合剂的供给。
本发明中，所述超声探头连接器用于将轴向换能器芯部、周向逆时针换能器芯部、周向顺时针换能器芯部与探伤仪连接起来。
本发明的全方位检测管道的超声阵列组合探头的工作原理为：
超声探头壳体的外径与管道检测工件的内径按间隙过渡配合设计，使装置实时耦合管道检测工件的内壁，并有效居中，达到准确定位目的；检测过程中，电缆线外套金属蛇形外被，内部集成耦合剂管道，金属蛇形外被提供柔性支撑，可靠有效支撑前方探头，同时随管道检测工件的内壁弯曲匹配形变，达到连续检测目的。轴向换能器芯部，周向逆时针换能器芯部，周向顺时针换能器芯部发射和接收的超声信号通过电缆线传输，通过连接器传输到探伤仪，探伤仪根据反射波的信号特征，将扫查波形图像实时在屏幕上显示管道检测工件内部裂纹、孔洞、气泡等缺陷的形状、大小、方位、分布等信息。
本发明的积极进步效果：
1、装置集成周向(顺时针、逆时针)超声换能器芯部和轴向换能器芯部探头于一体，可以同时检测管道内部轴向和周向缺陷，从而轻松实现管道内部缺陷全方位检测目的；
2、探头内部集成耦合剂喷洒流道，通过探头与检测工件表面充分覆盖耦合剂，为超声波连续耦合传递，无损检测提供充实保障，无需外部喷洒耦合剂装夹，实时准确，节约人力，提升品质；
3、通过电缆线金属蛇形外被柔性支撑超声探头随管道弯曲变化而自由匹配，适用直管及弯管的检测，检测范围不受管道弯曲变化影响，无需外加定制专用扫查器；一次到位，连续检测，准确高效，降低成本，节约时间。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的全方位检测管道的超声阵列组合探头的结构示意图；
图2为本发明实施例的全方位检测管道的超声阵列组合探头的外形结构示意图；
图3为本发明实施例的全方位检测管道的超声阵列组合探头在检测管道内的示意图。
附图标记说明：
11、轴向换能器芯部；12、周向逆时针换能器芯部；
13、周向顺时针换能器芯部；2、耦合剂喷洒出口；
3、超声探头壳体；4、电缆线护套；
5、电缆线；6、耦合剂管道；
7、耦合剂供给箱；8、超声探头连接器；
9、探伤仪；10、检测管道。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1、图2和图3所示，本实施例提供了一种全方位检测管道的超声阵列组合探头，包括轴向换能器芯部11、周向逆时针换能器芯部12、周向顺时针换能器芯部13、耦合剂喷洒出口2、超声探头壳体3、电缆线护套4、电缆线5、耦合剂管道6、耦合剂供给箱7、超声探头连接器8；轴向换能器芯部11、周向逆时针换能器芯部12、周向顺时针换能器芯部13依次相连；超声探头壳体3的尾端连接电缆线5，电缆线护套4套设于电缆线5的外部；耦合剂供给箱7和耦合剂管道6相连；电缆线5内部设置有耦合剂流道，超声探头壳体3内部设置有耦合剂流道，耦合剂管道6连通电缆线5内部的耦合剂流道以及超声探头壳体3内部的耦合剂流道，超声探头壳体3内部的耦合剂流道连通耦合剂喷洒出口2；电缆线5连接超声探头连接器8；周向顺时针换能器芯部13与超声探头壳体3相连；电缆线5的外部套设有蛇形外被。
本实施例中，轴向换能器芯部11、周向逆时针换能器芯部12和周向顺时针换能器芯部13相互配合，可以同时扫查检测管道10内部轴向和周向缺陷，从而轻松实现检测管道10内部缺陷全方位检测目的；轴向换能器芯部11、周向逆时针换能器芯部12和周向顺时针换能器芯部13的构成为成熟的现有技术，均由陶瓷压电晶片、匹配层、背衬材料组成；轴向换能器芯部11、周向逆时针换能器芯部12和周向顺时针换能器芯部13的陶瓷压电晶片为单晶晶片、双晶晶片、线阵晶片或面阵晶片；轴向换能器芯部11的主轴阵元数量为16个x 4组，轴向换能器芯部11的主轴相邻阵元中心间距为0.3mm，轴向换能器芯部11的阵元次轴宽度为8mm；周向逆时针换能器芯部12的主轴阵元数量为16个x 2组，周向逆时针换能器芯部12的主轴相邻阵元中心间距为0.5mm，周向逆时针换能器芯部12的阵元次轴宽度为3mm；周向顺时针换能器芯部13的主轴阵元数量为16个x 2组，周向顺时针换能器芯部13的主轴相邻阵元中心间距为0.5mm，周向顺时针换能器芯部13的阵元次轴宽度为3mm。
本实施例中，耦合剂喷洒出口2连通耦合剂供给箱7，用于实现耦合剂的输送。
本实施例中，超声探头壳体3用于连接安装其他部件。
本实施例中，电缆线护套4用于保护电缆线5和超声探头壳体3的连接处；超声探头壳体3的材质为SUS316；电缆线保护套的材质为PU。
本实施例中，耦合剂管道6和耦合剂供给箱7用于实现耦合剂的供给。
本实施例中，超声探头连接器8用于将轴向换能器芯部11、周向逆时针换能器芯部12、周向顺时针换能器芯部13与探伤仪9连接起来。
本实施例的全方位检测管道的超声阵列组合探头的工作原理为：
超声探头壳体的外径与管道检测工件的内径按间隙过渡配合设计，使装置实时耦合管道检测工件的内壁，并有效居中，达到准确定位目的；检测过程中，电缆线外套金属蛇形外被，内部集成耦合剂管道，金属蛇形外被提供柔性支撑，可靠有效支撑前方探头，同时随管道检测工件的内壁弯曲匹配形变，达到连续检测目的。轴向换能器芯部，周向逆时针换能器芯部，周向顺时针换能器芯部发射和接收的超声信号通过电缆线传输，通过连接器传输到探伤仪，探伤仪根据反射波的信号特征，将扫查波形图像实时在屏幕上显示管道检测工件内部裂纹、孔洞、气泡等缺陷的形状、大小、方位、分布等信息。
本实施例的装置具有如下有益效果：
1、装置集成周向(顺时针、逆时针)超声换能器芯部和轴向换能器芯部探头于一体，可以同时检测管道内部轴向和周向缺陷，从而轻松实现管道内部缺陷全方位检测目的；
2、探头内部集成耦合剂喷洒流道，通过探头与检测工件表面充分覆盖耦合剂，为超声波连续耦合传递，无损检测提供充实保障，无需外部喷洒耦合剂装夹，实时准确，节约人力，提升品质；
3、通过电缆线金属蛇形外被柔性支撑超声探头随管道弯曲变化而自由匹配，适用直管及弯管的检测，检测范围不受管道弯曲变化影响，无需外加定制专用扫查器；一次到位，连续检测，准确高效，降低成本，节约时间。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种全方位检测管道的超声阵列组合探头，其特征在于，其包括轴向换能器芯部、周向逆时针换能器芯部、周向顺时针换能器芯部、耦合剂喷洒出口、超声探头壳体、电缆线护套、电缆线、耦合剂管道、耦合剂供给箱、超声探头连接器；所述轴向换能器芯部、周向逆时针换能器芯部、周向顺时针换能器芯部依次相连；所述超声探头壳体的尾端连接所述电缆线，所述电缆线护套套设于所述电缆线的外部；所述耦合剂供给箱和所述耦合剂管道相连；所述电缆线内部设置有耦合剂流道，所述超声探头壳体内部设置有耦合剂流道，所述耦合剂管道连通所述电缆线内部的耦合剂流道以及所述超声探头壳体内部的耦合剂流道，所述超声探头壳体内部的耦合剂流道连通所述耦合剂喷洒出口；所述电缆线连接所述超声探头连接器；所述周向顺时针换能器芯部与所述超声探头壳体相连；所述电缆线的外部套设有蛇形外被。
2.如权利要求1所述的全方位检测管道的超声阵列组合探头，其特征在于，所述轴向换能器芯部、周向逆时针换能器芯部和周向顺时针换能器芯部的陶瓷压电晶片为单晶晶片、双晶晶片、线阵晶片或面阵晶片。
3.如权利要求1所述的全方位检测管道的超声阵列组合探头，其特征在于，所述轴向换能器芯部的主轴阵元数量为16个x 4组，所述轴向换能器芯部的主轴相邻阵元中心间距为0.3mm，所述轴向换能器芯部的阵元次轴宽度为8mm。
4.如权利要求1所述的全方位检测管道的超声阵列组合探头，其特征在于，所述周向逆时针换能器芯部的主轴阵元数量为16个x 2组，所述周向逆时针换能器芯部的主轴相邻阵元中心间距为0.5mm，所述周向逆时针换能器芯部的阵元次轴宽度为3mm。
5.如权利要求1所述的全方位检测管道的超声阵列组合探头，其特征在于，所述周向顺时针换能器芯部的主轴阵元数量为16个x 2组，所述周向顺时针换能器芯部的主轴相邻阵元中心间距为0.5mm，所述周向顺时针换能器芯部的阵元次轴宽度为3mm。
6.如权利要求1所述的全方位检测管道的超声阵列组合探头，其特征在于，所述超声探头壳体的材质为SUS316。
7.如权利要求1所述的全方位检测管道的超声阵列组合探头，其特征在于，所述电缆线保护套的材质为PU。
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