CN115436479A - 一种焊管串列式超声相控阵检测方法及装置 - Google Patents

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CN115436479A CN202211195654.5A CN202211195654A CN115436479A CN 115436479 A CN115436479 A CN 115436479A CN 202211195654 A CN202211195654 A CN 202211195654A CN 115436479 A CN115436479 A CN 115436479A
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Abstract

本发明公开了一种焊管串列式超声相控阵检测方法，涉及焊管焊缝检测技术领域，包括：预先设置探头的位置；将焊管试件放置于所述探头的下方；控制所述探头对所述焊缝进行扫查，获取缺陷信息；将获取到的缺陷信息与所述焊管试件中的缺陷信息进行对比，判断是否一致，若否，则调整对应探头的位置，再次进行上一步骤，若是，则将探头固定在当前位置；将待测焊管置于所述焊管试件原先所处位置，控制所述探头对所述待测焊管进行扫查，并获取所述待测焊管中的缺陷信息。本发明利用超声相控阵技术聚焦法则特征，可以对每个探头进行具体角度、激发晶片数量、主声束等参数进行调整，通过多晶元扇扫功能，可实现自动化检测和多种耦合监视功能。

Description

一种焊管串列式超声相控阵检测方法及装置
技术领域
本发明涉及焊管焊缝检测技术领域，特别是涉及一种焊管串列式超声相控阵检测方法及装置。
背景技术
焊管是用钢板或带钢经过卷曲成型后焊接制成的钢管。其被广泛应用在建筑、公路等领域。为保证结构的安全性能，焊管的焊接质量相当关键，因此对焊管的焊缝检测十分重要，对焊接缺陷的检出率、缺陷当量精度和缺陷性质判断的要求越来越高。
目前对于焊管内外焊缝中心部位未焊透的缺陷一般采用常规的超声波检测。受施工现场的环境影响，一般采用人工检测，只能通过缺陷波形和探伤人员的经验来判断，检测精度较低，易受到施工现场的环境影响。因此，常规的超声波探伤仪对焊缝内部缺陷进行检测已经难以满足目前的检测标准要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种焊管串列式超声相控阵检测方法及装置。
为了解决以上技术问题，本发明的技术方案如下：
一种焊管串列式超声相控阵检测方法，包括：
预先设置探头的位置，使第一探头、第二探头、第三探头以及第四探头依次位于同一直线上；
将焊管试件放置于所述探头的下方，且使所述焊缝位于所述第二探头和所述第三探头之间，且所述第一探头、第二探头与第三探头、第四探头对称设置在焊缝的两侧；
控制所述第一探头、第二探头、第三探头以及第四探头对所述焊缝进行扫查，并基于对应探头的接收信号获取所述焊缝中的缺陷信息；
将获取到的所述焊缝中的缺陷信息与所述焊管试件中存在的缺陷信息进行对比，判断是否一致，若否，则调整对应探头的位置，再次进行上一步骤，若是，则将探头固定在当前位置；
移除所述焊管试件，将待测焊管置于所述焊管试件原先所处位置，控制所述探头对所述待测焊管进行扫查，并基于对应探头的接收信号获取所述待测焊管中的缺陷信息。
作为本发明所述焊管串列式超声相控阵检测方法的一种优选方案，其中：所述第一探头、第二探头、第三探头以及第四探头所在的直线与所述焊缝所在直线垂直。
作为本发明所述焊管串列式超声相控阵检测方法的一种优选方案，其中：所述焊管试件的焊缝内设置有第一平底孔、第二平底孔、第三平底孔以及第四平底孔，
所述第一平底孔和所述第二平底孔位于所述焊缝的一侧，且临近于所述第三探头和第四探头，所述第三平底孔和所述第四平底孔位于所述焊缝的另一侧，且临近于所述第一探头和第二探头。
作为本发明所述焊管串列式超声相控阵检测方法的一种优选方案，其中：在控制所述第一探头、第二探头、第三探头以及第四探头对所述焊缝进行扫查，并基于对应探头的接收信号获取所述焊缝中的缺陷信息之前，还包括：
控制所述第一探头、第二探头、第三探头以及第四探头分别以0°角发射耦合监视信号；
判断所述第一探头、第二探头、第三探头以及第四探头是否接收到自身发出的检测信号，并在任意探头未接收到自发出的检测信号时对对应探头进行更换或者调整；
重复上述步骤，直至所有探头均可接收到自发出的检测信号。
作为本发明所述焊管串列式超声相控阵检测方法的一种优选方案，其中：所述控制第一探头、第二探头、第三探头以及第四探头对所述焊缝进行扫查，并基于对应探头的接收信号获取所述焊缝中的缺陷信息包括：
控制所述第一探头和所述第二探头以第二探头发射，第一探头接收的检测方式运行，判断所述第二探头完成一次扇扫后所述第一探头是否接收到两次所述第二探头发出的检测信号，若否，则表示未检测到所述第一平底孔和/或所述第二平底孔，若是，则表示检测到所述第一平底孔和所述第二平底孔；
控制所述第三探头和所述第四探头以第三探头发射，第四探头接收的检测方式运行，判断所述第三探头完成一次扇扫后所述第四探头是否接收到两次所述第三探头发出的检测信号，若否，则表示未检测到所述第三平底孔和/或所述第四平底孔，若是，则表示检测到所述第三平底孔和所述第四平底孔。
作为本发明所述焊管串列式超声相控阵检测方法的一种优选方案，其中：控制所述探头对所述待测焊管进行扫查，并基于对应探头的接收信号获取所述待测焊管中的缺陷信息包括：
控制所述第一探头和所述第二探头以第二探头发射，第一探头接收的检测方式运行，判断所述第二探头完成一次扇扫后所述第一探头是否接收到所述第二探头发出的检测信号，并在接收到时基于所述第一探头接收到检测信号时所述第二探头的信号发射角度确定缺陷位置；
控制所述第三探头和所述第四探头以第三探头发射，第四探头接收的检测方式运行，判断所述第三探头完成一次扇扫后所述第四探头是否接收到所述第三探头发出的检测信号，并在接收到时基于所述第四探头接收到检测信号时所述第三探头的信号发射角度确定缺陷位置。
本发明还提供了一种焊管串列式超声相控阵检测装置，包括：
装置本体；
探头组，包括设置在所述装置本体上的第一探头、第二探头、第三探头以及第四探头，所述第一探头、第二探头、第三探头以及第四探头内均包括若干个晶片；
其中，所述第一探头、第二探头、第三探头、第四探头依次位于同一直线上，所述第一探头、第二探头与第三探头、第四探头以四个探头所在线段的垂直平分线为对称轴对称设置。
作为本发明所述焊管串列式超声相控阵检测装置的一种优选方案，其中：所述第一探头、第二探头、第三探头以及第四探头均可移动安装在所述装置本体上。
本发明的有益效果是：
（1）本发明通过超声相控阵探头多晶元扇扫特征，可以对单个探头检测单元按区划分，如钢管42%的壁厚和58%的壁厚处，实现钢管内外焊缝中心不同部位的未焊透缺陷全部覆盖，包括内外焊缝中心42%至58%壁厚处的所有缺陷，且实现了自动检测和检测过程中的耦合监视功能，达到检测结构最优化。
（2）本发明利用超声相控阵技术聚焦法则特征可以对每个调节探头进行具体角度、激发晶片数量、主声束等参数进行调整，达到超声相控阵检测声束最优化。
（3）本发明设置有焊管试件，通过对焊管试件中的缺陷进行检测，预先对检测装置检测性能进行校验，同时可对探头位置进行调整固定，保证对待测焊管中焊缝缺陷的检测效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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它的附图。
图1为本发明提供的焊管串列式超声相控阵检测方法的流程示意图；
图2为本发明提供的焊管串列式超声相控阵检测方法中探头对焊缝检测的原理示意图；
图3为本发明提供的焊管串列式超声相控阵检测方法中探头对第一平底孔和第二平底孔检测的原理示意图；
图4为本发明提供的焊管串列式超声相控阵检测方法中探头对第三平底孔和第四平底孔检测的原理示意图；
其中：1、焊管试件；2、焊缝；3、第一探头；4、第二探头；5、第三探头；6、阵第四探头；7、第一0°角线路；8、第二0°角线路；9、第三0°角线路；10、第四0°角线路；11、第一信号线路；12、第二信号线路；13、第三信号线路；14、第四信号线路；15、第五信号线路：16、第六信号线路；17、第七信号线路；18、第八信号线路；19、第一平底孔；20、第二平底孔；21、第九信号线路；22、第十信号线路；23、第十一信号线路；24、第十二信号线路；25、第三平底孔；26、第四平底孔。
具体实施方式
为使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施方式并结合附图，对本发明作出进一步详细的说明。
图1为本申请实施例提供的一种焊管串列式超声相控阵检测方法的流程示意图。该方法包括步骤S101~步骤S105，具体步骤说明如下：
步骤S101：预先设置探头的位置，使第一探头3、第二探头4、第三探头5以及第四探头6依次位于同一直线上；
具体的，预先设置检测装置中第一探头3、第二探头4、第三探头5以及第四探头的位置，使第一探头3、第二探头4、第三探头5、第四探头6依次位于同一直线上，且保证第一探头3、第二探头4与第三探头5、第四探头6以四个探头所在线段的垂直平分线为对称轴对称设置，即第一探头3和第二探头4位于该对称轴的一侧，第三探头5和第四探头6位于该对称轴的另一侧。每个探头中均包括若干个晶片，通过控制晶片的激发，可使每个探头均可实现一定角度的扇扫功能。
步骤S102：将焊管试件1放置于所述探头的下方，且使所述焊缝2位于所述第二探头4和所述第三探头5之间，且所述第一探头3、第二探头4与第三探头5、第四探头6对称设置在焊缝2的两侧。
具体的，将焊管试件1放置在检测装置的正下方，且使焊管试件1上的焊缝2与四个探头6之间的对称轴重合。具体位置关系参见图2。
在焊管试件1放置到位后，需要先对探头能否正常运行进行验证。具体验证步骤如下：
步骤A：控制第一探头3、第二探头4、第三探头5以及第四探头6分别以0°角发射耦合监视信号。具体的，第一探头3通过第一0°角线路7发射耦合监视信号，第二探头4通过第二0°角线路8发射耦合监视信号，第三探头5通过第三0°角线路9发射耦合监视信号，第四探头6通过第四0°角线路10发射耦合监视信号。
步骤B：判断第一探头3、第二探头4、第三探头5以及第四探头6是否接收到自身发出的检测信号，并在任意探头未接收到自发出的检测信号时对对应探头进行更换或者调整。
步骤C：重复上述步骤A和步骤B，直至所有探头均可接收到自发出的检测信号。
在完成对探头的校验后，可对探头位置进行校验，参见图2。即控制第一探头3通过第四信号线路14、第四探头6通过第三信号线路13的相互耦合方式（第一探头3发射信号，第四探头6接收信号和第四探头6发射信号，第一探头3接收信号）运行。控制第二探头4通过第一信号线路11、第三探头5通过第二信号线路12的相互耦合方式（第二探头4发射信号，第三探头5接收信号和第三探头5发射信号，第二探头4接收信号）运行。通过判断每组探头（即第一探头3和第四探头6以及第二探头4和第三探头5）中接收信号的探头能否接收到信号来初步校验探头位置是否合理。若不存在接收信号的探头无法接收到信号的情况，则表示探头位置合理；若存在接收信号的探头无法接收到信号，则需要调整对应组探头的位置。
步骤S103：控制所述第一探头3、第二探头4、第三探头5以及第四探头6对所述焊缝2进行扫查，并基于对应探头的接收信号获取所述焊缝2中的缺陷信息。
需要说明的是，焊管试件1的焊缝2内设置有第一平底孔19、第二平底孔20、第三平底孔25以及第四平底孔26。在本实施例中，第一平底孔19、第二平底孔20、第三平底孔25以及第四平底孔26的直径均为3mm。第一平底孔19、第二平底孔20位于焊缝2的右侧，且位于同一竖直线上。第一平底孔19位于焊管试件1壁厚的42%处，第二平底孔20位于焊管试件1壁厚的58%处。第三平底孔25和第四平底孔26位于焊缝2的左侧，且位于同一竖直线上。第三平底孔25位于焊管试件1壁厚的42%处，第四平底孔26位于焊管试件1壁厚的58%处。
通过控制探头的运行状态，可获取焊管试件1的焊缝2中所存在的缺陷信息。具体步骤如下：
步骤S103a：控制所述第一探头3和所述第二探头4以第二探头4发射，第一探头3接收的检测方式运行，判断所述第二探头4完成一次扇扫后所述第一探头3是否接收到两次所述第二探头4发出的检测信号，若否，则表示未检测到所述第一平底孔19和/或所述第二平底孔20，若是，则表示检测到所述第一平底孔19和所述第二平底孔20。
具体的，参见图3，首先，控制第二探头4通过第五信号线路发射检测信号，第一探头3通过第八信号线路18接收检测信号时，判断第一探头3是否接收到第二探头4发出的检测信号，若是，则表示检测到第一平底孔19，若否，则表示未检测到第一平底孔19。之后，控制第二探头4通过第六信号线路16发射检测信号，第一探头3通过第七信号线路17接收检测信号时，判断第一探头3是否接收到第二探头4发出的检测信号，若是，则表示检测到第二平底孔20，若否，则表示未检测到第二平底孔20。
步骤S103b：控制所述第三探头5和所述第四探头以第三探头5发射，第四探头6接收的检测方式运行，判断所述第三探头5完成一次扇扫后所述第四探头6是否接收到两次所述第三探头5发出的检测信号，若否，则表示未检测到所述第三平底孔25和/或所述第四平底孔26，若是，则表示检测到所述第三平底孔25和所述第四平底孔26。
具体的，参见图4，首先，当控制第三探头5通过第九信号线路21发射检测信号，第四探头6通过第十一信号线路接23收检测信号时，判断第四探头6是否接收到第三探头5发出的检测信号，若是，则表示检测到第三平底孔，若否，则表示未检测到第三平底孔。之后，当控制第三探头5通过第十信号线路发射检测信号，第四探头通过第十二信号线路接收检测信号时，判断第一探头3是否接收到第二探头4发出的检测信号，若是，则表示检测到第四平底孔，若否，则表示未检测到第四平底孔。
步骤S104：将获取到的所述焊缝2中的缺陷信息与所述焊管试件1中存在的缺陷信息进行对比，判断是否一致，若否，则调整对应探头的位置，再次进行上一步骤，若是，则将探头固定在当前位置。
具体的，将上述步骤S103获取到的焊缝2中存在的平底孔缺陷信息与焊管试件1中预先设置的缺陷信息进行一一对比，可判断上述步骤S103是否将人工标样的缺陷信息全部检测出来。若将焊管试件1中的缺陷信息全部检测出来，则表示四个探头的位置布置合理，因此对四个探头的位置进行固定。若未能将焊管试件1中的缺陷信息全部检测出来，则需要对探头的位置进行调整，然后再次进行上述步骤S103，获取到焊缝2中的缺陷信息后再次与焊管试件1的缺陷信息进行一一对比，直至将焊管试件1中的缺陷信息全部检测出来。
步骤S105：移除所述焊管试件1，将待测焊管置于所述焊管试件1原先所处位置，控制所述探头对所述待测焊管进行扫查，并基于对应探头的接收信号获取所述待测焊管中的缺陷信息。
需要说明的是，焊管试件1与即将进行检测的待测焊管的曲率和壁厚分别相等。因此，当上述步骤完成对探头位置的确定后，可直接对待测焊管进行焊缝2缺陷检测，无需再对探头的位置进行调整。
具体的，将焊管试件1从探头下方移除，将待测焊管放置在焊管试件1原先所处位置，并使待测焊管上的焊缝2与四个探头之间的对称轴重合。之后控制探头对待测焊管进行扫查。根据探头接收到的信号可获取待测焊管中的缺陷信息。具体步骤说明如下：
步骤S105a：控制第一探头3和第二探头4以第二探头4发射，第一探头3接收的检测方式运行，判断第二探头4完成一次扇扫后第一探头3是否接收到所述第二探头4发出的检测信号，并在接收到时基于第一探头3接收到检测信号时第二探头4的信号发射角度确定缺陷位置。
步骤S105b：控制第三探头5和第四探头以第三探头5发射，第四探头接收的检测方式运行，判断第三探头5完成一次扇扫后第四探头是否接收到第三探头5发出的检测信号，并在接收到时基于第四探头接收到检测信号时第三探头5的信号发射角度确定缺陷位置。
由此，本申请的技术方案利用超声相控阵技术聚焦法则特征，可以对每个探头进行具体角度、激发晶片数量、主声束等参数进行调整，达到超声相控阵检测声束最优化，且通过多晶元扇扫功能，可实现自动化检测和多种耦合监视功能。另外，通过对焊管试件1中的缺陷进行检测，预先对检测装置检测性能进行校验，同时可对探头位置进行调整固定，保证对待测焊管中焊缝2缺陷的检测效果。
本实施例还提供了一种焊管串列式超声相控阵检测装置，包括装置本体和探头组。其中，探头组包括设置在装置本体上的第一探头3、第二探头4、第三探头5以及第四探头。第一探头3、第二探头4、第三探头5以及第四探头内均包括若干个晶片。通过控制晶片的激发，可使每个探头均可实现一定角度的扇扫功能。
具体的，第一探头3、第二探头4、第三探头5、第四探头依次位于同一直线上，且第一探头3、第二探头4与第三探头5、第四探头以四个探头所在线段的垂直平分线为对称轴对称设置。
其中，第一探头3、第二探头4、第三探头5以及第四探头均可移动安装在装置本体上。可移动安装的方式不限。在本实施例中，探头可通过磁吸等方式安装在装置本体上，实现可移动安装。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式；凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种焊管串列式超声相控阵检测方法，其特征在于：包括：
预先设置探头的位置，使第一探头(3)、第二探头(4)、第三探头(5)以及第四探头(6)依次位于同一直线上；
将焊管试件(1)放置于所述探头的下方，且使所述焊缝(2)位于所述第二探头(4)和所述第三探头(5)之间，且所述第一探头(3)、第二探头(4)与第三探头(5)、第四探头(6)对称设置在焊缝(2)的两侧；
控制所述第一探头(3)、第二探头(4)、第三探头(5)以及第四探头(6)对所述焊缝(2)进行扫查，并基于对应探头的接收信号获取所述焊缝(2)中的缺陷信息；
将获取到的所述焊缝(2)中的缺陷信息与所述焊管试件(1)中存在的缺陷信息进行对比，判断是否一致，若否，则调整对应探头的位置，再次进行上一步骤，若是，则将探头固定在当前位置；
移除所述焊管试件(1)，将待测焊管置于所述焊管试件(1)原先所处位置，控制所述探头对所述待测焊管进行扫查，并基于对应探头的接收信号获取所述待测焊管中的缺陷信息。
2.根据权利要求1所述的焊管串列式超声相控阵检测方法，其特征在于：所述第一探头(3)、第二探头(4)、第三探头(5)以及第四探头(6)所在的直线与所述焊缝(2)所在直线垂直。
3.根据权利要求1所述的焊管串列式超声相控阵检测方法，其特征在于：所述焊管试件(1)的焊缝(2)内设置有第一平底孔(19)、第二平底孔(20)、第三平底孔(25)以及第四平底孔(26)，
所述第一平底孔(19)和所述第二平底孔(20)位于所述焊缝(2)的一侧，且临近于所述第三探头(5)和第四探头(6)，所述第三平底孔(25)和所述第四平底孔(26)位于所述焊缝(2)的另一侧，且临近于所述第一探头(3)和第二探头(4)。
4.根据权利要求1所述的焊管串列式超声相控阵检测方法，其特征在于：在控制所述第一探头(3)、第二探头(4)、第三探头(5)以及第四探头(6)对所述焊缝(2)进行扫查，并基于对应探头的接收信号获取所述焊缝(2)中的缺陷信息之前，还包括：
控制所述第一探头(3)、第二探头(4)、第三探头(5)以及第四探头(6)分别以0°角发射耦合监视信号；
判断所述第一探头(3)、第二探头(4)、第三探头(5)以及第四探头(6)是否接收到自身发出的检测信号，并在任意探头未接收到自发出的检测信号时对对应探头进行更换或者调整；
重复上述步骤，直至所有探头均可接收到自发出的检测信号。
5.根据权利要求3所述的焊管串列式超声相控阵检测方法，其特征在于：所述控制第一探头(3)、第二探头(4)、第三探头(5)以及第四探头(6)对所述焊缝(2)进行扫查，并基于对应探头的接收信号获取所述焊缝(2)中的缺陷信息包括：
控制所述第一探头(3)和所述第二探头(4)以第二探头(4)发射，第一探头(3)接收的检测方式运行，判断所述第二探头(4)完成一次扇扫后所述第一探头(3)是否接收到两次所述第二探头(4)发出的检测信号，若否，则表示未检测到所述第一平底孔(19)和/或所述第二平底孔(20)，若是，则表示检测到所述第一平底孔(19)和所述第二平底孔(20)；
控制所述第三探头(5)和所述第四探头(6)以第三探头(5)发射，第四探头(6)接收的检测方式运行，判断所述第三探头(5)完成一次扇扫后所述第四探头(6)是否接收到两次所述第三探头(5)发出的检测信号，若否，则表示未检测到所述第三平底孔(25)和/或所述第四平底孔(26)，若是，则表示检测到所述第三平底孔(25)和所述第四平底孔(26)。
6.根据权利要求1所述的焊管串列式超声相控阵检测方法，其特征在于：控制所述探头对所述待测焊管进行扫查，并基于对应探头的接收信号获取所述待测焊管中的缺陷信息包括：
控制所述第一探头(3)和所述第二探头(4)以第二探头(4)发射，第一探头(3)接收的检测方式运行，判断所述第二探头(4)完成一次扇扫后所述第一探头(3)是否接收到所述第二探头(4)发出的检测信号，并在接收到时基于所述第一探头(3)接收到检测信号时所述第二探头(4)的信号发射角度确定缺陷位置；
控制所述第三探头(5)和所述第四探头(6)以第三探头(5)发射，第四探头(6)接收的检测方式运行，判断所述第三探头(5)完成一次扇扫后所述第四探头(6)是否接收到所述第三探头(5)发出的检测信号，并在接收到时基于所述第四探头(6)接收到检测信号时所述第三探头(5)的信号发射角度确定缺陷位置。
7.一种焊管串列式超声相控阵检测装置，其特征在于：包括：
装置本体；
探头组，包括设置在所述装置本体上的第一探头(3)、第二探头(4)、第三探头(5)以及第四探头(6)，所述第一探头(3)、第二探头(4)、第三探头(5)以及第四探头(6)内均包括若干个晶片；
其中，所述第一探头(3)、第二探头(4)、第三探头(5)、第四探头(6)依次位于同一直线上，所述第一探头(3)、第二探头(4)与第三探头(5)、第四探头以四个探头所在线段的垂直平分线为对称轴对称设置。
8.根据权利要求7所述的焊管串列式超声相控阵检测装置，其特征在于：所述第一探头(3)、第二探头(4)、第三探头(5)以及第四探头(6)均可移动安装在所述装置本体上。
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