CN117309993A - 一种用于检测钢管管端多种缺陷的复合探头及评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于检测钢管管端多种缺陷的复合探头，通过纵向缺陷检测机构、横向缺陷检测机构和分层缺陷检测机构依次连接，纵向缺陷检测机构、横向缺陷检测机构和分层缺陷检测机构通过同一连接块连接，连接块设置在管道的外侧壁，连接块的弧度和管道一致；纵向缺陷检测机构包括两个周向排布的探头，横向缺陷检测机构包括两个轴向排布的探头。将复合探头设置在管端的外侧壁上。通过移动复合探头对多种缺陷进行检测；在进行检测时，通过复合探头对管端进行全面检测；根据全面检测的结果得到横波、纵波、缺陷波和底波得到检测结论。为解决钢管管端多种缺陷的复合检测，钢管管端多种缺陷急需快速检测的问题。

Description

一种用于检测钢管管端多种缺陷的复合探头及评价方法
技术领域
本发明涉及无损检测技术领域，具体为一种用于检测钢管管端多种缺陷的复合探头及评价方法。
背景技术
对于钢管自动检测系统,每根钢管两端都会存在一定长度的盲区无法进行检测。这是由于超声波束在耦合水和钢管表面形成折射并进入钢管内部，超声波行走的路径无法实现钢管管端绝对无盲区扫查。由于高速自动化检测，钢管表面和探头架之间存在一个速度差，这就使得在钢管检测时无法实现管端盲区的检测。因此，单独进行钢管管端检测是非常必要的。
无论是无缝钢管还是焊接钢管，包括ERW钢管、直缝埋弧焊钢管和螺旋缝埋弧焊钢管，都需要进行管端检测。钢管的类型决定了检测系统需要设置的检测功能。无缝钢管通常需要5种超声波检测探头,包括：纵向缺陷：分为顺时针/逆时针2个方向、横向缺陷：分为轴线/逆轴线2个方向、测厚或分层。焊接钢管通常需要8种超声波检测探头,包括：纵向缺陷：分为顺时针/逆时针2个方向、横向缺陷：分为轴线/逆轴线2个方向、分层缺陷、焊缝缺陷：分为纵/横2个方向、管端端面缺陷。检测钢管管端盲区缺陷将是一个费时费力费人的工作，该问题急需被解决。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于检测钢管管端多种缺陷的复合探头及评价方法；为解决钢管管端多种缺陷的复合检测，钢管管端多种缺陷急需快速检测的问题。
本发明是通过以下技术方案来实现：一种用于检测钢管管端多种缺陷的复合探头，包括纵向缺陷检测机构、横向缺陷检测机构和分层缺陷检测机构，所述纵向缺陷检测机构、横向缺陷检测机构和分层缺陷检测机构依次连接，所述纵向缺陷检测机构、横向缺陷检测机构和分层缺陷检测机构通过同一连接块连接，所述连接块设置在管道的外侧壁，所述连接块的弧度和管道一致；其中，
所述纵向缺陷检测机构包括两个周向排布的探头，所述横向缺陷检测机构包括两个轴向排布的探头。
进一步的，所述纵向缺陷检测机构的两个探头均设置在连接块轴线的同一垂直线上；所述两个方向不同的探头之间角度为180°。
进一步的，所述横向缺陷检测机构的两个探头沿轴线设置在连接块的外侧壁，所述横向缺陷检测机构的两个探头之间角度设置为180°。
进一步的，所述分层缺陷检测机构为双探头模块。
进一步的，所述纵向缺陷检测机构和横向缺陷检测机构中的探头均包括第一吸声材料、第一电缆线、斜楔、第一外壳、阻尼块和第一压电晶片；所述第一外壳内设置有吸声材料，所述第一吸声材料内部设置有斜楔，所述斜楔的其中一个斜度上设置阻尼块，所述阻尼块的底部设置有第一压电晶片，所述第一压电晶片连接第一电缆线的一端，所述第一电缆线的另一端连接外壳内部并设置在探头顶部上端面。
进一步的，所述分层缺陷检测机构的双探头模块，所述双探头模块上设置有延迟块、隔声层、探头芯、第二吸声材料、第二电缆线、第二压电晶片和第二外壳；所述外壳的内部设置有延迟块，所述延迟块的两侧设置有坡度，所述延迟块的一侧设置有第二吸声材料，所述第二吸声材料内部设置有探头芯，所述探头芯的底部设置有第二压电晶片，所述第二压电晶片连接第二电缆线的一端，所述第二电缆线的另一端设置在双探头模块的顶部，所述延迟块的另一侧相对设置有探头芯、第二吸声材料、第二电缆线和第二压电晶片；其中，所述双探头模块的内部设置有隔声层，所述隔声层设置在延迟块的中轴线上。
进一步的，所述纵向缺陷检测机构中的探头入射角设置在第一临界角和第二临界角之间；βs≦sin-1r/R；其中，βs为斜探头横波折射角，其中，S为横波，R为钢管外半经，单位：mm；r为钢管内半径，单位：mm。
进一步的，所述双探头模块的聚焦长度根据待检测管端壁厚决定。
一种根据上述用于检测钢管管端多种缺陷的复合探头的评价方法，根据以下步骤实现：
S1：将复合探头设置在管端的外侧壁上；
S2：通过移动复合探头对多种缺陷进行检测；
S3：在进行检测时，通过复合探头对管端进行全面检测；
S4：根据全面检测的结果得到横波、纵波、缺陷波和底波；
S5：通过检测得到的横波、纵波、缺陷波和底波得到检测结论。
进一步的，在通过对缺陷波和底波进行评价时，根据缺陷波的高度对缺陷当量进行评价；当缺陷较大时，采用半坡高度法测定缺陷面积。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供一种用于检测钢管管端多种缺陷的复合探头及评价方法，根据该复合探头以及评级方法能够有效降低检测钢管管端存在的多种缺陷，并且减少检测人员劳动强度，同时提高检测结果的可靠性和稳定性。
进一步的，本发明通过纵向缺陷检测机构、横向缺陷检测机构以及分层缺陷检测机构共同实现装置对多重缺陷的检测，并且通过一体化的连接设置实现了装置的便捷性。
进一步的，本发明通过在纵向缺陷检测机构和横向缺陷检测机构上设置两个独立的探头，实现同一周向和同一轴向上的检测，并通过180°方向相对设置的方式实现装置的快速检测；同时，本发明提供的符合探头的分层缺陷检测机构采用双探头模块，进一步的保证了装置对管端检测的便捷程度。
进一步的，本复合探头提供的探头采用阻尼块的加装，有效的提高了检测的灵敏度，进一步的保证了装置在检测中的检测结果和检测得到的准确性；所述双探头模块的连接设置极大的方便了装置在检测得到的检测效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或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申请的一些实施例，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为本发明实施例提供的一种用于检测钢管管端多种缺陷的复合探头的俯视图；
图2为本发明实施例提供的一种用于检测钢管管端多种缺陷的复合探头的纵向缺陷检测机构的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种用于检测钢管管端多种缺陷的复合探头的纵向缺陷检测机构的检测示意图；
图4为本发明实施例提供的一种用于检测钢管管端多种缺陷的复合探头的横向缺陷检测机构的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种用于检测钢管管端多种缺陷的复合探头的横向缺陷检测机构的检测示意图；
图6为本发明实施例提供的一种用于检测钢管管端多种缺陷的复合探头的分层缺陷检测机构的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的一种用于检测钢管管端多种缺陷的复合探头的分层缺陷检测机构检测示意图；
图8为本发明实施例提供的一种用于检测钢管管端多种缺陷的复合探头的主视图；
图9为本发明实施例提供的一种用于检测钢管管端多种缺陷的复合探头的A-A剖视图；
图10为本发明实施例提供的一种用于检测钢管管端多种缺陷的复合探头的B-B剖视图；
图11为本发明实施例提供的一种用于检测钢管管端多种缺陷的复合探头的C-C剖视图；
图中：纵向缺陷检测机构100、横向缺陷检测机构200、分层缺陷检测机构300、第一吸声材料1、第一电缆线3、斜楔2、阻尼块4、第一外壳5、第一压电晶片6、延迟块11、隔声层12、探头芯13、第二吸声材料14、第二电缆线15、第二压电晶片16和第二外壳17。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
本发明提供一种检测钢管管端多种缺陷的复合探头，通过对纵向缺陷、横向缺陷和分层缺陷，实现对钢管端面缺陷以及焊缝缺陷的检测，通过一次性或快速检测复合探头的设计方法能够快速高效的实现检测效果。
本发明提供的复合探头无论是无缝钢管还是焊接钢管，管道管端存在的缺陷可以归结为3类：即纵向缺陷、横向缺陷和分层缺陷或测厚，该检测通过为纵向缺陷检测机构100、横向缺陷检测机构200和分层缺陷检测机构300进行实现，所述分层缺陷检测机构300还能够对厚度进行检测。
本装置中的纵向缺陷检测机构100、横向缺陷检测机构200和分层缺陷检测机构300通过焊接连接设置，所述纵向缺陷检测机构100、横向缺陷检测机构200和分层缺陷检测机构300依次连接，所述纵向缺陷检测机构100、横向缺陷检测机构200和分层缺陷检测机构300连接构成的连接块为长方结构，所述长方结构的连接块具有一定弧度，该弧度和检测的管端弧度一致。
现有技术中通过用探头沿外圆作周向扫查横波检测是主要方式，目的是检测内、外壁纵向缺陷。在实际检测时，通常希望钢管中存在波形单一，形成显示清晰简单，以便于缺陷信号正确判断。本装置在检测过程中，所述纵向缺陷检测机构100通过探头入射角选择在第一临界角和第二临界角之间，选择钢管中只存在纯横波进行检测，同时必须满足：βs≦sin-1r/R；其中，βs为斜探头横波折射角，S为横波，R为钢管外半经，单位：mm；r为钢管内半径，单位：mm。
再通过横向缺陷检测机构200进行横向缺陷检测，一般探头角度设置在45°，通过移动复合探头，所述横向缺陷检测机构200进行轴向检测。这时声束在内壁反射波进一步发散，声能损失大，因此外壁缺陷灵敏度较低，检测时要注意这一点。
之后，通过分层缺陷检测机构300进行分层缺陷的检测，并同时实现测厚检测
所述分层缺陷检测机构300用于对管轴平行周向缺陷进行检测，本复合探头采用双探头模块进行检测，所述双探头模块在本实施例中采用纵波双晶直探头，在实际的使用中也可以选用单晶直探头进行检测，通过分层缺陷检测机构300的检测，汇总检测缺陷结果，当缺陷较小时，缺陷波与底波同时出现，这时可根据缺陷波高度来评价缺陷当量大小。当缺陷较大时，底波将会消失，这时可用半波高度法来测定缺陷面积大小。
具体的，在本发明提供的复合探头检测中为了检测钢管管端存在的多种缺陷，减少检测人员劳动强度，提高检测结果的可靠性和稳定性，复合探头主要由5个探头复合而成：检测纵向缺陷检测机构100，通过顺时针/逆时针2个方向设置的探头；通过横向缺陷检测机构200检测横向缺陷，通过轴线/逆轴线2个方向探头实现；所述纵向缺陷检测机构100和横向缺陷检测机构200采用的探头均为K1探头；并通过分层缺陷检测机构300对分层缺陷进行检测，所述分层缺陷检测机构300采用双探头模块，所述双探头模块采用双晶探头，并且，所述双探头模块的焦距长度根据被检测对象壁厚选定。
本发明提供的复合探头可以检测钢管管端或自动化检测存在盲区的所有缺陷。利用纵向缺陷检测机构100的K1探头可以检测钢管管端纵向缺陷和钢管焊缝纵向缺陷，利用横向缺陷检测机构200的K1探头可以检测钢管管端横向缺陷和钢管焊缝横向缺陷，利用分层缺陷检测机构300的双晶探头可以检测钢管管端分层缺陷(或测厚)和钢管焊缝两侧分层缺陷，通过三种检测机构的复合可以检测钢管管端所有缺陷，达到预期效果。
通过本发明对钢管管端多种缺陷复合探头的设计，解决了钢管管端多种缺陷的一次性检测，工作效率提高80％，大大降低了检测人员劳动强度，提高了检测结果可靠性和稳定性。通过一次性可以同时钢管管端多种缺陷如纵向缺陷、横向缺陷、分层缺陷或测厚、管端端面缺陷、焊缝缺陷；使得本发明提供的就复合探头已经评价方法的工作效率提高80％，降低了检测人员工作强度；同时，利用具体的检测探头的结构设置，有效的提高了检测结果可靠性和稳定性。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于检测钢管管端多种缺陷的复合探头，其特征在于，包括纵向缺陷检测机构(100)、横向缺陷检测机构(200)和分层缺陷检测机构(300)，所述纵向缺陷检测机构(100)、横向缺陷检测机构(200)和分层缺陷检测机构(300)依次连接，所述纵向缺陷检测机构(100)、横向缺陷检测机构(200)和分层缺陷检测机构(300)通过同一连接块连接，所述连接块设置在管道的外侧壁，所述连接块的弧度和管道一致；其中，
所述纵向缺陷检测机构(100)包括两个周向排布的探头，所述横向缺陷检测机构(200)包括两个轴向排布的探头。
2.根据权利要求1所述的一种用于检测钢管管端多种缺陷的复合探头，其特征在于，所述纵向缺陷检测机构(100)的两个探头均设置在连接块轴线的同一垂直线上；所述两个方向不同的探头之间角度为180°。
3.根据权利要求1所述的一种用于检测钢管管端多种缺陷的复合探头，其特征在于，所述横向缺陷检测机构(200)的两个探头沿轴线设置在连接块的外侧壁，所述横向缺陷检测机构的两个探头之间角度设置为180°。
4.根据权利要求1所述的一种用于检测钢管管端多种缺陷的复合探头，其特征在于，所述分层缺陷检测机构(300)为双探头模块。
5.根据权利要求1所述的一种用于检测钢管管端多种缺陷的复合探头，其特征在于，所述纵向缺陷检测机构(100)和横向缺陷检测机构(200)中的探头均包括第一吸声材料(1)、第一电缆线(3)、斜楔(2)、第一外壳(5)、阻尼块(4)和第一压电晶片(6)；所述第一外壳(5)内设置有吸声材料(1)，所述第一吸声材料(1)内部设置有斜楔(2)，所述斜楔(2)的其中一个斜度上设置阻尼块(4)，所述阻尼块(4)的底部设置有第一压电晶片(6)，所述第一压电晶片(6)连接第一电缆线(3)的一端，所述第一电缆线(3)的另一端连接外壳内部并设置在探头顶部上端面。
6.根据权利要求1所述的一种用于检测钢管管端多种缺陷的复合探头，其特征在于，所述分层缺陷检测机构(300)的双探头模块，所述双探头模块上设置有延迟块(11)、隔声层(12)、探头芯(13)、第二吸声材料(14)、第二电缆线(15)、第二压电晶片(16)和第二外壳(17)；所述外壳(17)的内部设置有延迟块(11)，所述延迟块(11)的两侧设置有坡度，所述延迟块(11)的一侧设置有第二吸声材料(14)，所述第二吸声材料(14)内部设置有探头芯(13)，所述探头芯(13)的底部设置有第二压电晶片(16)，所述第二压电晶片(16)连接第二电缆线(15)的一端，所述第二电缆线(15)的另一端设置在双探头模块的顶部，所述延迟块(11)的另一侧相对设置有探头芯(13)、第二吸声材料(14)、第二电缆线(15)和第二压电晶片(16)；其中，所述双探头模块的内部设置有隔声层(12)，所述隔声层(12)设置在延迟块(11)的中轴线上。
7.根据权利要求1所述的一种用于检测钢管管端多种缺陷的复合探头，其特征在于，所述纵向缺陷检测机构(100)中的探头入射角设置在第一临界角和第二临界角之间；βs≦sin-1r/R；其中，βs为斜探头横波折射角，S为横波，R为钢管外半经，单位：mm；r为钢管内半径，单位：mm。
8.根据权利要求4所述的一种用于检测钢管管端多种缺陷的复合探头，其特征在于，所述双探头模块的聚焦长度根据待检测管端壁厚决定。
9.一种根据上述权利要求1至权利要求8中任一项所述用于检测钢管管端多种缺陷的复合探头的评价方法，其特征在于，根据以下步骤实现：
S1：将复合探头设置在管端的外侧壁上；
S2：通过移动复合探头对多种缺陷进行检测；
S3：在进行检测时，通过复合探头对管端进行全面检测；
S4：根据全面检测的结果得到横波、纵波、缺陷波和底波；
S5：通过检测得到的横波、纵波、缺陷波和底波得到检测结论。
10.根据上述权利要求9所述的一种用于检测钢管管端多种缺陷的复合探头的评价方法，其特征在于，在通过对缺陷波和底波进行评价时，根据缺陷波的高度对缺陷当量进行评价；当缺陷较大时，采用半坡高度法测定缺陷面积。
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