CN219320176U - 一种基于超声相控阵探头的检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于超声相控阵探头的检测装置，包括两个相控阵探头和支撑架。支撑架沿其长度方向分为三部分，包括中间的凸台和两侧的两个楔形块本体，凸台的底面向上凹陷，使支撑架整体呈拱形。楔形块本体为中空结构，其腔体自上而下贯通；每个相控阵探头设置在对应楔形块本体的上端，相控阵探头下端位于腔体上部；腔体下端设置有弹性薄膜，使楔形块本体中空结构形成下端密封的腔体，腔体中灌满水。本实用新型中通过将支撑架设计为拱形，支撑架跨PE管卷边设置，卷边刚好位于凸台底面的凹陷部，支撑件与卷边不发生干涉，保证检测精准度。两个相控阵探头关于凸台对称设置，入射声束经偏转介质楔形块后均向中心偏转，大大降低了检测盲区。

Description

一种基于超声相控阵探头的检测装置

技术领域

本实用新型属于用于超声相控阵检测设备技术领域，具体涉及一种基于超声相控阵探头的检测装置。

背景技术

输送燃气用的PE管热熔接头焊缝存在翻边，该翻边处容易存在夹杂、裂纹、过烧和错边等缺陷，这些缺陷对焊接质量影响很大。因此需要对PE管热熔接头焊缝进行无损检测。超声相控阵技术具有独特的优点，可以在较大范围内实现焦点位置和焦点尺寸的动态可调，可保证整个声程范围内取得较为一致的检测分辨力，同时也可提高检测速度。因此大多采用超声相控阵技术对PE管检测。

PE管为粘弹性材料，对能量衰减大，且不同方向上声速测量有差异，除此误差以外，声速测量值也受探头在试样上的测量位置和方向的影响。由于PE管道对能量衰减大，因此如何调整超声相控阵探头的安装位置，使声束发生偏转后进入PE管道中，显得非常重要。

实用新型内容

本实用新型提供了一种基于超声相控阵探头的检测装置，解决现有技术中将超声相控阵探头直接放置在放在PE管上及逆行检测时，由于PE管道对能量衰减大，无法检测到PE管热熔接头缺陷的技术问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下方案实现：

一种基于超声相控阵探头的检测装置，包括两个相控阵探头和支撑架。

所述支撑架沿其长度方向分为三部分，包括中间的凸台和两侧的两个楔形块本体，凸台的底面向上凹陷，使支撑架整体呈拱形。

每个楔形块本体为中空结构，其腔体自上而下贯通；每个相控阵探头设置在对应楔形块本体的上端，相控阵探头的下端位于腔体的上部；腔体的下端设置有弹性薄膜，使楔形块本体中空结构形成下端密封的腔体，腔体中灌满声束偏转介质。

在楔形块本体的腔体中灌注偏转介质，形成偏转介质楔形块，将相控阵探头固定在楔形块本体上端，声束通过偏转介质楔形块发生偏转后进入PE管，调整声束方向和扩散角，达到控制相控阵角度范围的目的，减少检测盲区，提高检测PE管热熔接头缺陷的精准度。向楔形块本体的腔体中注满偏转介质后，在偏转介质的压力下，弹性薄膜向下凸出。在检测时，将该装置放置在PE管道表面后，弹性薄膜与PE管道表面紧密接触，减小二者之间的空气间隙对声束的影响，提高检测精准度。

本实用新型中通过将支撑架设计为拱形，在凸台两侧分别设置楔形块本体，则安装两个相控阵探头，大大提高了检测效率。检测时，支撑架跨PE管卷边设置，卷边刚好位于凸台底面的凹陷部，支撑件与卷边不发生干涉，保证检测精准度。两个相控阵探头关于凸台对称设置，入射声束经偏转介质楔形块后均向中心偏转，大大降低了检测盲区。

另外，由于相控阵探头价格昂贵，通过增加支撑架，形成偏转楔形快，检测时，探头不与PE管直接接触，保证相控阵探头不被磨损，降低检测成本。

进一步优化，所述声束偏转介质为水。通过调研和试验，采用水作为声束偏转介质，水的声速为1480m/s，小于聚乙烯的声速，可以获得较好的偏转角度。

进一步优化，所述弹性薄膜与腔体的边缘密封粘接，防止漏水。

进一步优化，所述腔体的上端边缘沿周向向外扩展形成定位槽，相控阵探头的下端嵌设在定位槽中，并通过螺钉与楔形块本体可拆卸式连接。便于拆装和更换相控阵探头。

进一步优化，凸台和两侧楔形块本体一体成型，凸台也为中空结构，凸台的腔体和楔形块本体的腔体连通。通过将腔体连通，只需要通过一个端口向腔体中灌注声束偏转介质，便于操作。

进一步优化，凸台腔体的上端设置有盖板，防止偏转介质外溢泄露。

进一步优化，所述支撑架或者盖板上设有注水孔和排气孔，注水孔和排气孔均与腔体连通；注水孔上设置有单向阀。通过设置注水孔方便向腔体中灌满水；通过设置排气孔排出水中的气泡，降低气泡对检测结果的影响。

进一步优化，还包括底板，所述底板为拱形，底板与支撑架的底面相适配，并通过螺钉与支撑架固连；所述底板上开设有通孔，弹性薄膜的边缘位于底板与支撑架底面之间，被底板密封固定；弹性薄膜的其他部位通过通孔外露。

通过设置底板减小弹性薄膜边缘与PE管接头处卷边之间的间隙，减少干扰信号。因为当弹性薄膜与PE管接头处卷边之间的间隙较大时，在耦合过程中，当水充满间隙时，声波穿过薄膜在间隙之间的水中传播，反射的声波回来被探头接收，在上表面形成干扰信号，从而影响上表面缺陷的检出。

进一步优化，所述支撑架和底板采用不锈钢制成，防止锈蚀，提高使用寿命。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

1、本实用新型中，在楔形块本体的腔体中灌注偏转介质，形成偏转介质楔形块，将相控阵探头固定在楔形块本体上端，声束通过偏转介质楔形块发生偏转后进入PE管，调整声束方向和扩散角，达到控制相控阵角度范围的目的，减少检测盲区，提高检测PE管热熔接头缺陷的精准度。向楔形块本体的腔体中注满偏转介质后，在偏转介质的压力下，弹性薄膜向下凸出。在检测时，将该装置放置在PE管道表面后，弹性薄膜与PE管道表面紧密接触，减小二者之间的空气间隙对声束的影响，提高检测精准度。

2、本实用新型中通过将支撑架设计为拱形，在凸台两侧分别设置楔形块本体，则安装两个相控阵探头，大大提高了检测效率。检测时，支撑架跨PE管卷边设置，卷边刚好位于凸台底面的凹陷部，支撑件与卷边不发生干涉，保证检测精准度。两个相控阵探头关于凸台对称设置，入射声束经偏转介质楔形块后均向中心偏转，大大降低了检测盲区。

3、由于相控阵探头价格昂贵，通过增加支撑架，形成偏转楔形快，检测时，探头不与PE管直接接触，保证相控阵探头不被磨损，降低检测成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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为本实用新型实施例一中所述基于超声相控阵探头的检测装置的正试图；

图2为本实用新型实施例一中所述支撑架的立体图；

图3本实用新型所述实施例一中所述支撑架沿长度方向中线的剖视图；

图4为相控阵超声波检测仪接收的检测信号图；

图5为本实用新型实施例二中所述支撑架的正试图；

图6为图5的仰视图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一：

如图1-3所示，一种基于超声相控阵探头的检测装置，包括两个相控阵探头1和支撑架2。

所述支撑架2沿其长度方向分为三部分，包括中间的凸台21和两侧的两个楔形块本体22，凸台21的底面向上凹陷，使支撑架整体呈拱形。每个楔形块本体22为中空结构，其腔体24自上而下贯通。所述腔体24的上端边缘沿周向向外扩展形成定位槽23，相控阵探头1的下端嵌设在定位槽23中，相控阵探头的下端位于腔体的上部，螺钉穿过夹持定位孔26将相控阵探头1与楔形块本体22可拆卸式连接。腔体24的下端设置有弹性薄膜4，弹性薄膜4与腔体24的下端边缘密封粘接，使楔形块本体中空结构形成下端密封的腔体，腔体中灌满声束偏转介质。所述声束偏转介质为水。通过调研和试验，采用水作为声束偏转介质，水的声速为1480m/s，小于聚乙烯的声速，可以获得较好的偏转角度。

在本实施例中，所述支撑架2采用不锈钢制成。在其他实施例中，楔形块本体可以采用其他材质制作，如塑料等。

在本实施例中，凸台21和两侧楔形块本体22一体成型，凸台21也为中空结构，凸台的腔体和楔形块本体的腔体连通。通过将腔体连通，只需要通过一个端口向腔体中灌注声束偏转介质，便于操作。凸台腔体的上端设置有盖板3，防止偏转介质外溢泄露。盖板上开设有安装孔33，螺钉拧入安装孔将盖板与支撑架固定连接。所述盖板上设有注水孔31和排气孔32，注水孔31和排气孔32均与腔体连通；注水孔31上设置有单向阀。通过设置注水孔方便向腔体中灌满水；通过设置排气孔排出水中的气泡，降低气泡对检测结果的影响。

在其他实施例中，注水孔和排气孔可以开设在凸台的其他部位，如侧壁上。

相控阵具有电子偏转和动态聚焦功能，可以扩大检测范围，提高检测灵敏度和缺陷分辨力。相控阵具有A、B、C、D扫描功能，尤其在工艺缺陷的检测中，通过观察动态波形，能够快速筛查出缺陷信号，结合S扫中信号在PE管上显示的位置，方便检测人员快速识别缺陷并找出缺陷图谱特征，判断哪些是缺陷信号以及缺陷的性质。采用2.5MHz频率或更低的相控阵探头频率来检测壁厚为23～50mm的聚乙烯管道。采用2.5～5MHz频率检测壁厚为5.5～15mm的聚乙烯管道。壁厚越薄频率越高，反之亦然。

相控阵探头的阵元的个数与聚焦有关系，同时受到被检对象的壁厚、检测设备的配置和参数的设置影响，因此在选择阵元数量时应综合考虑。本实施例中，采用32阵元的探头来检测。阵元宽度是对声束指向性影响最小的一个参数，增大阵元宽度可以增大控制方向的声压，获得更好的聚焦效果。本实施例中，采用10mm宽度探头来检测。因为PE管道表面为曲面，使得探头边缘声束会发生散射现象，为了减少散射带来的不利影响，本实施例中选用探头阵元间距为0.3mm。

在楔形块本体的腔体中灌注偏转介质，形成偏转介质楔形块，将相控阵探头固定在楔形块本体上端，声束通过偏转介质楔形块发生偏转后进入PE管，调整声束方向和扩散角，达到控制相控阵角度范围的目的，减少检测盲区，提高检测PE管热熔接头缺陷的精准度。向楔形块本体的腔体中注满偏转介质后，在偏转介质的压力下，弹性薄膜向下凸出。在检测时，将该装置放置在PE管道表面后，弹性薄膜与PE管道表面紧密接触，减小二者之间的空气间隙对声束的影响，提高检测精准度。

本实用新型中通过将支撑架设计为拱形，在凸台两侧分别设置楔形块本体，则安装两个相控阵探头，大大提高了检测效率。检测时，支撑架跨PE管卷边设置，卷边刚好位于凸台底面的凹陷部，支撑件与卷边不发生干涉，保证检测精准度。两个相控阵探头关于凸台对称设置，入射声束经偏转介质楔形块后均向中心偏转，大大降低了检测盲区。

基于上述用于检测PE管道热熔接头的超声相控阵装置的检测方法，包括如下步骤：

步骤1：将两个相控阵探头与楔形块本体组装成整体，且相控阵探头与相控阵超声波检测仪连接；通过注水空向楔形块本体的腔体中注满水；

步骤2：将组装后的检测装置放置在PE管道待检测的焊缝区域，支撑架跨PE管卷边设置，卷边刚好位于凸台底面的凹陷部，两个相控阵探头关于凸台对称设置；

步骤3：支撑架和两个探头一起沿卷边绕PE管道移动一圈，即可完成对PE管道热熔接头的无损检测，检测信号回传给相控阵超声波检测仪，根据检测信号识别和判断缺陷。如图4所示，为相控阵超声波检测仪接收的检测信号，通过判断得出图中左上角圆圈中为夹杂缺陷。

实施例二：

在本实施例中，如图5、6所示，还包括底板5，所述底板5为拱形，底板与支撑架的底面相适配，并通过螺钉与支撑架固连；所述底板上开设有通孔，弹性薄膜的边缘位于底板与支撑架底面之间，被底板密封固定；弹性薄膜的其他部位通过通孔外露。

通过设置底板减小弹性薄膜边缘与PE管接头处卷边之间的间隙，减少干扰信号。因为当弹性薄膜与PE管接头处卷边之间的间隙较大时，在耦合过程中，当水充满间隙时，声波穿过薄膜在间隙之间的水中传播，反射的声波回来被探头接收，在上表面形成干扰信号，从而影响上表面缺陷的检出。

其他部分与实施例一中相同。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.一种基于超声相控阵探头的检测装置，其特征在于，包括两个相控阵探头和支撑架；

所述支撑架沿其长度方向分为三部分，包括中间的凸台和两侧的两个楔形块本体，凸台的底面向上凹陷，使支撑架整体呈拱形；

每个楔形块本体为中空结构，其腔体自上而下贯通；每个相控阵探头设置在对应楔形块本体的上端，相控阵探头的下端位于腔体的上部；腔体的下端设置有弹性薄膜，使楔形块本体中空结构形成下端密封的腔体，腔体中灌满声束偏转介质。

2.根据权利要求1所述的基于超声相控阵探头的检测装置，其特征在于，所述声束偏转介质为水。

3.根据权利要求1所述的基于超声相控阵探头的检测装置，其特征在于，所述弹性薄膜与腔体的边缘密封粘接。

4.根据权利要求1所述的基于超声相控阵探头的检测装置，其特征在于，所述腔体的上端边缘沿周向向外扩展形成定位槽，相控阵探头的下端嵌设在定位槽中，并通过螺钉与楔形块本体可拆卸式连接。

5.根据权利要求1所述的基于超声相控阵探头的检测装置，其特征在于，所述凸台和两侧楔形块本体一体成型，凸台也为中空结构，凸台的腔体和楔形块本体的腔体连通。

6.根据权利要求5所述的基于超声相控阵探头的检测装置，其特征在于，所述凸台腔体的上端设置有盖板。

7.根据权利要求6所述的基于超声相控阵探头的检测装置，其特征在于，所述支撑架或者盖板上设有注水孔和排气孔，注水孔和排气孔均与腔体连通；注水孔上设置有单向阀。

8.根据权利要求1-7中任一项所述基于超声相控阵探头的检测装置，其特征在于，还包括底板，所述底板为拱形，底板与支撑架的底面相适配，并通过螺钉与支撑架固连；

所述底板上开设有通孔，弹性薄膜的边缘位于底板与支撑架底面之间，被底板密封固定；弹性薄膜的其他部位通过通孔外露。

9.根据权利要求8所述的基于超声相控阵探头的检测装置，其特征在于，所述支撑架和底板采用不锈钢制成。

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