CN202661446U - 厚壁联箱及管道超声波探伤装置 - Google Patents
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Abstract
一种厚壁联箱及管道超声波探伤装置，包括脉冲超声波探伤仪、超声波探头和试块，所述超声波探头是纵波斜入射超声波探头，其壳体内部的压电晶片与壳体底面的夹角为9°～11°；所述试块包括一个长方体形状的试块主体，该试块主体靠左侧位置竖向间隔设置有四个直径为3mm的横通孔，该试块主体靠右侧偏下位置设置有一个试块通孔，试块通孔中镶嵌有一个直径为50mm的有机玻璃圆柱体，该试块主体的右侧面上部位置突出有一个圆心角为90°的小扇形试块和一个圆心角为90°的大扇形试块。本实用新型可以100%的检测大型火力发电机组或其它行业厚壁联箱及管道上的焊缝缺陷，保证了对接焊缝100%全面检验，克服了按常规横波检测漏检的弊病。
Description
技术领域
本实用新型涉及无损检测超声波探伤领域，特别是一种检测大型火力发电机组或其它行业中的厚壁联箱及管道上的焊缝缺陷用的装置。
背景技术
随着科学技术的飞速发展，热力发电厂中的火力发电机组的容量越来越大，目前已有600MW～1000MW机组在投入运行。伴随着机组的增大，大型机组的厚壁联箱及管道（汽水分离器、主蒸汽联箱及管道）的壁厚也相对加大，有的已增大到110mm。这些厚壁联箱及管道因为尺寸和结构特点，已不能按现有的超声波检测规程的要求进行正常检测了。比如现有的超声波检测规程中要求厚度大于46mm的对接焊缝需双面双侧探伤，这样才能全面检测焊缝，然而由于大型机组的厚壁联箱及管道的直径相对较小，又无较大的人孔门，所以内侧已无法进行探伤了，只能在外侧进行单面双侧检验。
在外侧进行检验时，对于较厚的工件一般用K值较小的探头，比如K1探头进行检测。实践证明，采用K1探头只能检测到焊缝下部，如果采用二次波检验，则K1探头在试块上只能调到120mm左右，根本达不到200mm以上，焊缝上部约40%的面积属于漏检（参见图4）。若采用两只探头，即另加K2探头进行二次探伤，焊缝仍然有20%～30%的面积得不到检测（参见图5）。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种厚壁联箱及管道超声波探伤装置，要解决大型机组的厚壁联箱及管道的厚度大于46mm时，厚壁联箱及管道上的焊缝无法全面检测的技术问题。
为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种厚壁联箱及管道超声波探伤装置，包括脉冲超声波探伤仪、超声波探头和试块，其中超声波探头包括有壳体、透声楔块、插座、压电晶片和吸声材料，其特征在于：所述超声波探头是纵波斜入射超声波探头，其壳体内部的压电晶片与壳体底面的夹角为9°～11°（针对有机玻璃作楔块，可获得在钢中20°～25°折射角）。
所述试块包括一个长方体形状的试块主体，该试块主体的宽度为200mm，高度为120mm，厚度为40mm，该试块主体靠左侧位置竖向间隔设置有四个直径为3mm的横通孔，相邻两横通孔的圆心之间的距离为30mm，该试块主体靠右侧偏下位置设置有一个试块通孔，试块通孔中镶嵌有一个直径为50mm的有机玻璃圆柱体，该试块主体的右侧面上部位置突出有一个圆心角为90°的小扇形试块和一个圆心角为90°的大扇形试块，所述小扇形试块的半径为50mm，所述大扇形试块的半径为100mm。
所述横通孔的圆心到试块主体的左侧面的距离为40mm，位于最高处的横通孔的圆心到试块主体的顶面的距离为10mm。
所述有机玻璃圆柱体的圆心到试块主体的右侧面的距离为35mm，有机玻璃圆柱体的圆心到试块主体的底面的距离为30mm。
所述压电晶片的尺寸为不小于13mm×13mm。
所述超声波探头的频率在1.8MHz～2.5MHz之间。
所述脉冲超声波探伤仪是模拟脉冲超声波探伤仪或数字脉冲超声波探伤仪。
与现有技术相比本实用新型具有以下特点和有益效果：本实用新型设计了一种纵波大角度斜入射超声波探头和一种与该探头相适应的超声波试块，克服了横波检测漏检的弊病，可以100%的检测大型火力发电机组中的厚壁联箱及管道上的焊缝缺陷。
本实用新型中的超声波探头里的压电晶片与壳体底面的夹角为9°～11°,该角度是针对有机玻璃作为楔块，按公式sinα/sinβ=L1 /Ｌ2算出来的，该公式中，α为探头主波束在有机玻璃中的入射角度，即超声波探头里的压电晶片与壳体底面的夹角（9°～11°），所述β为探头主波束在钢中的纵波折射角度，即探头主波束角度（20°～25°），所述L1为探头主波束在有机玻璃中纵波声速，所述Ｌ2为探头主波束在钢中的纵波声速。采用了这个角度以后，在检测焊缝时，就可以保证探头主波束角度在20°～25°之间。本实用新型中的超声波探头的设计依据是：因焊缝根部易出现危害性缺陷，对于焊缝根部缺陷，检测人员是普遍重视的部位，因而设计理念是力求一次波能检测到焊缝根部，采用二次波检验焊缝中部和上部缺陷，据此，通过作图或计算法选择了20°～25°的纵波探头，参见图6，探头在X位置时可检测到A-D处即根部缺陷，当探头移到Y位置时，主声束二次波开始检验到D-B处即上部缺陷，当探头移到Z位置时，主声束检验到B-C处即整个焊缝检验完毕，这样就保证了对接焊缝的100%全面检验。
由于采用了本实用新型中的超声波探头，现有的试块在进行测试探头性能、仪器调试等工作时已不能满足要求了，所以本实用新型还设计了一种新的试块，解决了测试探头性能和调整仪器的需要。本实用新型中的试块有两个好处：1、当采用了本实用新型中的超声波探头以后，现有的试块已经不能满足要求了，比如原CSK-Ⅰ型试块上的半径为50mm的小扇形试块和半径为100mm的大扇形试块均采用的夹角为65°，本实用新型中的超声波探头就不能与之配合使用，而本实用新型中的试块上设有半径为50mm的小扇形试块和半径为100mm的大扇形试块，并且小扇形试块和大扇形试块的夹角均为90°，90°的扇形试块可以与20°～25°的探头主波束角度相适应，所以完全可以满足本实用新型中的超声波探头的要求；同时，考虑到检测对象为厚壁联箱，若采用CSK-Ⅲ中Φ1Χ6的短孔已显得灵敏度过高，这会引起荧光屏上杂波过多影响判伤，所以参考DL/T820-2002标准，并借鉴标准中的RB试块，采用Φ3Χ40mm的横通孔，就可以满足探伤的要求。2、方便调试，本实用新型中的试块综合了CSK-Ⅰ试块和RB试块的功能（将CSK-Ⅰ试块和RB试块中的Φ3Χ40通孔部分综合在了一起），也就是说，采用了本实用新型中的一个试块，就能完成原来需要两个试块才能完成的工作。
附图说明
下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。
图1是本实用新型中的超声波探头的结构示意图。
图2是本实用新型中的试块的主视示意图。
图3是图2的俯视示意图。
图4是采用K1探头检测焊缝的示意图。
图5是采用K2探头检测焊缝的示意图。
图6是采用本实用新型中的超声波探头检测焊缝的示意图。
附图标记：1－壳体、1.1－壳体底面、2－透声楔块、3－插座、4－压电晶片、5－吸声材料、6－横通孔、7－有机玻璃圆柱体、8－大扇形试块、9－小扇形试块、10－试块主体。
具体实施方式
实施例参见图1所示，这种厚壁联箱及管道超声波探伤装置，包括脉冲超声波探伤仪、超声波探头和试块，其中超声波探头包括有壳体1、透声楔块2、插座3、压电晶片4和吸声材料5，所述超声波探头是纵波斜入射超声波探头，其壳体内部的压电晶片4与壳体底面1.1的夹角a为9°～11°，也就是说，所述超声波探头是一种大角度超声纵波探头，本实施例中，压电晶片4的尺寸为不小于13mm×13mm，超声波探头的频率在1.8MHz～2.5MHz之间。
参见图2、图3，所述试块包括一个长方体形状的试块主体10，该试块主体10的宽度为200mm，高度为120mm，厚度为40mm，该试块主体10靠左侧位置竖向间隔设置有四个直径为3mm的横通孔6，相邻两横通孔6的圆心之间的距离为30mm，该试块主体10靠右侧偏下位置设置有一个试块通孔，试块通孔中镶嵌有一个直径为50mm的有机玻璃圆柱体7（有机玻璃圆柱体7与试块通孔为紧配合结构），该试块主体10的右侧面上部位置突出有一个圆心角为90°的小扇形试块9和一个圆心角为90°的大扇形试块8，所述小扇形试块9的半径为50mm，所述大扇形试块8的半径为100mm。所述试块的材质按与被探工件相同或声速相近材质选择，一般为钢，试块的外形及尺寸按图2、图3加工，所述的四个横通孔为反射孔。
本实施例中，横通孔6的圆心到试块主体10的左侧面的距离为40mm，位于最高处的横通孔的圆心到试块主体10的顶面的距离为10mm。有机玻璃圆柱体7的圆心到试块主体10的右侧面的距离为35mm，有机玻璃圆柱体7的圆心到试块主体10的底面的距离为30mm。
所述脉冲超声波探伤仪是模拟脉冲超声波探伤仪或数字脉冲超声波探伤仪。
这种应用上述厚壁联箱及管道超声波探伤装置的超声波探伤方法，其步骤如下：步骤一、用试块和超声波探头对脉冲超声波探伤仪进行调试；步骤二、用超声波探头和超声波探伤仪制作距离波幅曲线；步骤三、用超声波探头和超声波探伤仪对厚壁联箱及管道上的焊缝进行缺陷的定量及定位。
所述步骤一中，先将超声波探头放在小扇形试块9和大扇形试块8的圆心处（即在荧光屏上R50-R100mm反射波最强时），测试超声波探头的入射点，即得出探头主波束的入射点到探头前沿的距离L0，接着通过脉冲超声波探伤仪上的自动扫描装置调试脉冲超声波探伤仪的扫描速度，然后后移超声波探头，当超声波探头发出的主声束打到有机玻璃圆柱体7时，测量探头主波束的入射点至有机玻璃圆柱体的圆心处的水平距离L3，利用tgβ=L3÷L4从而得出探头主波束在钢中的纵波折射角度β，所述L4为试块上表面到有机玻璃圆柱体的圆心处的距离。此外，也可以参照横波测探头K值的办法得出探头主波束在钢中的纵波折射角度。
所述步骤二中，如果是用探头由上侧探试块，将探头一次波对准深度为100mm处的横通孔（即图2中最下侧的横通孔）设为第一点，后移探头分别用二次波分别做出深度为140mm、170mm、200mm、230mm处的横通孔的第二、第三、第四、第五点的距离波幅曲线。参照规程要求绘出评定线、定量线、判废线（由于扫描速度按纵波调整，因而在荧光屏上显示值并非深度值）。如果是用探头由下侧探试块，将探头一次波对准深度为110mm处的横通孔（即图2中最上侧的横通孔）设为第一点，后移探头分别用二次波分别做出深度为130mm、160mm、190mm、220mm处的横通孔的第二、第三、第四、第五点的距离波幅曲线。参照规程要求绘出评定线、定量线、判废线（由于扫描速度按纵波调整，因而在荧光屏上显示值并非深度值）。
所述步骤三中，检测中发现缺陷时，缺陷的定量可参考常规横波检验方法进行，判伤依据按DL/T820-2002标准执行，缺陷的定位可先将实测探头角度折算成K值，再按横波检测方法进行定位，也可参照横波检验的方法进行定位。
Claims (6)
1.一种厚壁联箱及管道超声波探伤装置，包括脉冲超声波探伤仪、超声波探头和试块，其中超声波探头包括有壳体（1）、透声楔块（2）、插座（3）、压电晶片（4）和吸声材料（5），其特征在于：所述超声波探头是纵波斜入射超声波探头，其壳体内部的压电晶片（4）与壳体底面（1.1）的夹角（a）为9°～11°；
所述试块包括一个长方体形状的试块主体（10），该试块主体（10）的宽度为200mm，高度为120mm，厚度为40mm，该试块主体（10）靠左侧位置竖向间隔设置有四个直径为3mm的横通孔（6），相邻两横通孔（6）的圆心之间的距离为30mm，该试块主体（10）靠右侧偏下位置设置有一个试块通孔，试块通孔中镶嵌有一个直径为50mm的有机玻璃圆柱体（7），该试块主体（10）的右侧面上部位置突出有一个圆心角为90°的小扇形试块（9）和一个圆心角为90°的大扇形试块（8），所述小扇形试块（9）的半径为50mm，所述大扇形试块（8）的半径为100mm。
2.根据权利要求1所述的厚壁联箱及管道超声波探伤装置，其特征在于：所述横通孔（6）的圆心到试块主体（10）的左侧面的距离为40mm，位于最高处的横通孔的圆心到试块主体（10）的顶面的距离为10mm。
3.根据权利要求1所述的厚壁联箱及管道超声波探伤装置，其特征在于：所述有机玻璃圆柱体（7）的圆心到试块主体（10）的右侧面的距离为35mm，有机玻璃圆柱体（7）的圆心到试块主体（10）的底面的距离为30mm。
4.根据权利要求1所述的厚壁联箱及管道超声波探伤装置，其特征在于：所述压电晶片（4）的尺寸为不小于13mm×13mm。
5.根据权利要求1所述的厚壁联箱及管道超声波探伤装置，其特征在于：所述超声波探头的频率在1.8MHz～2.5MHz之间。
6.根据权利要求1所述的厚壁联箱及管道超声波探伤装置，其特征在于：所述脉冲超声波探伤仪是模拟脉冲超声波探伤仪或数字脉冲超声波探伤仪。
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