CN204855454U - 一种高强螺栓缺陷检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高强螺栓缺陷检测装置，包括超声相控阵主机和与其通过电缆连接的相控阵探头，还包括所述探头的专用工装，包括：下套筒、上套筒、卡箍和盖板，下套筒套在高强螺栓端部，其套筒内壁结构与高强螺栓端部结构相匹配，上套筒位于下套筒上部，且上套筒和下套筒在其相邻处均设有向外凸沿，卡箍为内壁设有环形凹槽的紧固件，上套筒和下套筒的凸沿位于环形凹槽内，且上套筒的凸沿在环形凹槽内可转动，盖板位于上套筒上端部，其上开设有槽口，槽口用于固定与探头连接的电缆，相控阵探头位于上套筒内。本实用新型通过盖板对相控阵探头固定并定位，使其能快速找到螺栓中心，还通过在探头前端加保护膜，大大减少了探头磨损，延长探头寿命。

Description

一种高强螺栓缺陷检测装置

技术领域

本实用新型涉及高强螺栓检测技术领域，特别是涉及一种高强螺栓缺陷检测装置。

背景技术

高强螺栓是风电机组极其重要的连接件，它直接影响着风电结构的承载能力、使用寿命与安全性能。如果螺栓失效，将会造成风电机组叶轮跌落、塔架倾倒的严重后果。以下是近几年来发生在国内的一些风电事故：

(1)2010年4月，东北地区三个风电场的风电机组因高强螺栓的延迟断裂，9台风电机组叶轮掉落或塔架倾倒，造成2亿多人民币的损失。

(2)2010年8月，云南等南方地区风电机组的高强螺栓在安装、调试中均正常，而在试运行过程中发生高强螺栓批量延迟断裂，造成多台风电机组叶轮掉落，虽未发生人员伤亡事故，但造成3000万元经济损失。

分析高强螺栓断裂的原因主要有：

(1)疲劳、内部缺陷或螺栓出厂质量问题。风电机组在低温或阵风的交变载荷等恶劣环境下运行，运行过程中产生疲劳，从而形成微裂纹，最终微裂纹扩展造成螺栓断裂；

(2)有些较小的内部缺陷在出厂检验时，属于允许范围内的缺陷，但是在现场的低温或重载工况下，成为形成微裂纹的主要原因，裂纹扩展最终导致螺栓断裂；

(3)螺栓出厂质量检验的时候不可避免的会出现螺栓的质量问题。

以上三种原因，形成了风电机组运行的安全隐患。高强螺栓在运行过程中产生裂纹扩展，动态拉伸、剪切载荷达到一定极限，则会自然断裂造成事故。

现阶段通过引入超声检测技术，对风电机组的高强螺栓进行在役检测，随时掌握螺栓的缺陷情况，有利于减少叶轮掉落、塔架倾倒的事故率。超声波检测是一种对裂纹类缺陷非常有效的无损检测手段，因其灵敏、快速的优点，已被广泛应用于火电厂高温螺栓的质量监控。对于风电机组的高强螺栓超声检测，主要目的是检测螺栓是否存在裂纹或内部缺陷(如夹渣、夹砂、气孔等)。但是传统的超声检测存在以下问题：

(1)探头接触金属部件，接触表面很容易造成磨损，通常采用增加楔块的方式来防止探头表面磨损。由于楔块造成检测接触面增大，且空间限制，增加楔块进行检测效果较差。

(2)检测螺栓时，需要将探头旋转一圈，才能将螺栓内部360°的内部情况掌握，在旋转过程中，操作人员需精确掌握探头放置的位置，才能保证探头处于中心位置。

(3)螺栓表面凸字，造成耦合效果不良。

由此可见，上述现有的高强螺栓超声检测在结构、方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种检测效果好、操作简单、结果可靠的新的高强螺栓缺陷检测装置，已成为当前业界极需改进的目标。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种高强螺栓缺陷检测装置，使其能方便快速、全面可靠的检测高强螺栓的内部缺陷，从而克服现有的高强螺栓超声检测的不足。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种高强螺栓缺陷检测装置，包括超声相控阵主机和与其通过电缆连接的相控阵探头，还包括所述相控阵探头的专用工装，所述专用工装包括：下套筒、上套筒、卡箍和盖板，

所述下套筒用于套在所述高强螺栓的端部，其套筒内壁的结构与所述高强螺栓端部的结构相匹配，

所述上套筒位于下套筒上部，且所述上套筒和下套筒在其相邻处均设有向外的凸沿，

所述卡箍为内壁设有环形凹槽的紧固件，所述上套筒和下套筒的凸沿位于所述环形凹槽内，且所述上套筒的凸沿在所述环形凹槽内可转动，

所述盖板位于上套筒的上端部，其上开设有槽口，所述槽口用于固定与所述相控阵探头连接的电缆，所述相控阵探头位于上套筒内。

作为本实用新型的一种改进，所述槽口的一端为盖板的边缘，另一端为盖板的中心。

进一步改进，所述槽口为直线型，其长度等于所述盖板的半径。

进一步改进，所述相控阵探头为线阵列直探头。

进一步改进，所述相控阵探头的前端部设有保护膜。

进一步改进，所述保护膜内部填充有丙三醇液体。

进一步改进，所述卡箍由两个半圆形紧固件组成，所述两个半圆形紧固件通过螺栓紧固连接。

采用上述的技术方案，本实用新型至少具有以下优点：

(1)本实用新型通过所述专用工装能将相控阵探头固定于高强螺栓端部的上方，且通过盖板定位，能快速找到螺栓的中心，通过在中心放置探头，360°全覆盖检测螺栓的螺纹根部缺陷情况，保证了检测结果的可靠性。该装置对操作人员经验要求较低，只需掌握普通应用即可。

(2)本实用新型通过在相控阵探头前端部增加保护膜，大大减少了探头的磨损，只需要定期更换保护膜即可，且保护膜的更换快捷简便。

(3)本实用新型耦合效果好，保护膜可以保证较好的随型效果，受螺栓端部标识的影响较小。探头和保护膜通过丙三醇液体耦合，透射率较高，减少了能力损失。

附图说明

上述仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

图1为本实用新型高强螺栓缺陷检测装置的剖面结构示意图；

图2为本实用新型高强螺栓缺陷检测装置的立体图；

图3为本实用新型中专用工装的俯视示意图。

具体实施方式

超声相控阵是一种基于惠更斯—菲涅耳工作原理发展起来的先进技术，其设备包括相控阵探头和相控阵主机。相控阵探头由多个独立的压电晶片组成阵列，其主要阵列类型有：线形(线阵列)、面形(二维矩形阵列)和环形(圆形阵列)，由于线形阵列编程容易，费用远低于其他阵列类型，在检测中得到了广泛的应用。本申请就是在现有的超声相控阵技术基础上，针对工程应用而专门研发的一种针对高强螺栓的缺陷检测装置。

本实施例高强螺栓缺陷检测装置包括超声相控阵主机、与其通过电缆连接的相控阵探头和相控阵探头专用工装。其中相控阵主机和相控阵探头采用现有购件，相控阵探头专用工装为专门针对风电高强螺栓而设计的装置。

参照附图1和2可见，该专用工装主要包括：下套筒2、卡箍3、上套筒4、盖板5、保护膜8、保护膜紧固装置7。下套筒2用于套在待检高强螺栓1的端部，其套筒内壁的结构与高强螺栓1端部的形状匹配，起到固定该专用工装的作用，如本实施例中下套筒2内壁为六角形结构，与高强螺栓1的六角头部相匹配。

上套筒4位于下套筒2的上部，且上套筒4和下套筒2在其相邻处均设有向外的凸沿。

卡箍3为内壁设有环形凹槽的紧固件，其环形凹槽用于放置上套筒4和下套筒2的向外凸沿，且上套筒4的向外凸沿可在卡箍3的环形凹槽内自由旋转。本实施例中卡箍3由两个半圆形紧固件组成，两个半圆形紧固件通过四个螺栓紧固在一起。

盖板5用于上套筒4的上端部，其上开设有以盖板边缘为一端的槽口51，该槽口51的另一端位于盖板5的中心处，如附图3所示，该槽口51为直线型，其长度等于盖板5的半径。

本实施例中相控阵探头6采用线阵列直探头，当连接相控阵探头6和相控阵主机的电缆被卡入该槽口51的末端时，相控阵探头6被固定在上套筒4的中心轴线上，即位于高强螺栓1的中心，这样该专用工装能使相控阵探头6快速找到螺栓的中心。且相控阵探头6随上套筒4的旋转而旋转，以实现360°全覆盖检测螺栓的螺纹根部缺陷情况。

由于螺栓是金属部件，表面难免会有毛刺、字体、图案等突起部位，相控阵探头6如果长期和螺栓直接接触，探头晶片容易磨损或划伤，影响探头寿命和检测效果，因此本申请在相控阵探头6前端增加保护膜8。

保护膜8通过紧固装置7设置于相控阵探头6的前端，且保护膜8的内部填充有丙三醇液体，能保证该相控阵探头6具有较好的检测耦合性和随型性，大大提高了该相控检测仪的检测效果。

本实施例高强螺栓缺陷检测装置的基本原理为：应用超声相控阵原理，将能量聚焦于待检高强螺栓的螺纹区域，遇到内部缺陷后产生的回波将以成像方式显示在超声相控阵主机屏幕上，最终观察超声相控阵主机屏幕就能得到待检高强螺栓是否存在内部缺陷。

该高强螺栓缺陷检测装置的操作步骤为：

(1)根据高强螺栓的型号，选用与之相配的下套筒；

(2)将保护膜紧固在相控阵探头的前端部，并通过盖板将相控阵探头定位在上套筒的中心，调节相控阵探头和相控阵主机的灵敏度；

(3)将下套筒和上套筒通过卡箍安装，保证上套筒灵活转动，且有固定的轨迹；

(4)在待检螺栓端部涂覆耦合剂(油、化学浆糊等)；

(5)将下套筒准确放置在待检高强螺栓端部，旋转上套筒1/2圈，完成360°检测；

(6)分析相控阵主机记录的相控阵图像，对螺纹缺陷进行评判。

本实施例定位安装之后，超声相控阵主机和探头设备灵敏度只需要调整一次，将其下套筒放置在螺栓端部，即可记录采集数据，每颗螺栓检测时间只需要2～3秒。

另外，由于本实施例对每颗螺栓的检测位置相同，使得检测结果具有可对比性。则本实施例对每颗螺栓的检测结果之间可以进行对比，可以在缺少标准试块的情况下，通过对比螺栓间的信号差异来判断螺栓的异常情况。

一般在对高强螺栓的螺纹缺陷进行评判时，需依据相关行业标准进行评判，但对于风电行业，由于螺栓内部任何一个内部缺陷都有可能是运行过程中产生裂纹导致断裂的事故源，因此出于对风电设备安全性的考虑，若螺栓的相控阵图像中发现底波之前出现缺陷信号(如裂纹、内部气孔)，即可进行判废，不用对螺栓的裂纹进行定量。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种高强螺栓缺陷检测装置，包括超声相控阵主机和与其通过电缆连接的相控阵探头，其特征在于，还包括所述相控阵探头的专用工装，所述专用工装包括：下套筒、上套筒、卡箍和盖板，

所述下套筒用于套在所述高强螺栓的端部，其套筒内壁的结构与所述高强螺栓端部的结构相匹配，

所述上套筒位于下套筒上部，且所述上套筒和下套筒在其相邻处均设有向外的凸沿，

所述卡箍为内壁设有环形凹槽的紧固件，所述上套筒和下套筒的凸沿位于所述环形凹槽内，且所述上套筒的凸沿在所述环形凹槽内可转动，

所述盖板位于上套筒的上端部，其上开设有槽口，所述槽口用于固定与所述相控阵探头连接的电缆，所述相控阵探头位于上套筒内。

2.根据权利要求1所述的高强螺栓缺陷检测装置，其特征在于，所述槽口的一端为盖板的边缘，另一端为盖板的中心。

3.根据权利要求2所述的高强螺栓缺陷检测装置，其特征在于，所述槽口为直线型，其长度等于所述盖板的半径。

4.根据权利要求2所述的高强螺栓缺陷检测装置，其特征在于，所述相控阵探头为线阵列直探头。

5.根据权利要求1或4所述的高强螺栓缺陷检测装置，其特征在于，所述相控阵探头的前端部设有保护膜。

6.根据权利要求5所述的高强螺栓缺陷检测装置，其特征在于，所述保护膜内部填充有丙三醇液体。

7.根据权利要求1所述的高强螺栓缺陷检测装置，其特征在于，所述卡箍由两个半圆形紧固件组成，所述两个半圆形紧固件通过螺栓紧固连接。