CN85109378A - 调节固定超声波测试装置的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的设备用于对核燃料组件中燃料棒的端焊缝之类的预定部位进行超声检查。设备包括换能器固定和调角组件(41-61)，它支承的定位滑动件(18-33)可沿三个相互正交的方向调节组件(41-61)位置，组件包含的换能器支架(45)可在对准换能器焦点的一个弧形轨道上移动。支架(45)连在转动轴(34)上，可用遥控方法把支架(45)沿上述弧形轨道移动到预定部位。这种排列使换能器可从不同的角度对准试验部位而无需重新聚焦。

Description

本发明涉及一种用来对物体上预先规定部位进行超声波检查的设备，例如用来检查核燃料组件中的燃料棒上的焊缝。本发明特别是涉及一种用来调节固定超声波检查装置的设备。

用换能器对结构材料的完整性进行测试和检查的设备是通常都知道的。因此，美国专利说明书NO.3056286描述的设备是用来检查在沿着一条生产线移动的工件上逐渐形成的细长的焊缝的。在美国专利说明书NO.3063290中描述了一个用来对管件（例如一根管子）进行超声波检查的系统，在管子沿着其纵轴方向旋转的同时，装在一辆独轮台车上的换能器沿着平行于管子的纵轴的方向移动。美国专利说明书NO.3224254公开了一种设备，它在细长的工件移动通过静止的换能器时对工件进行超声波检查。美国专利说明书NO.3678735描述了一种用来对金属外壳进行超声波检查的装置，在该装置中，发射体-接受体换能器被固定在一个容器的侧壁上，换能器对准被送到该装置中的各个金属外壳的轴线聚焦，可以用来调节换能器，以改变换能器与金属外壳之间的焦距。美国专利说明书NO.3829609还描述了一个用来测试细长工件（例如管道）的超声波测试系统，在管道高速通过沿着其通行轨道布置的大量的超声波换能器时对它们进行测试，换能器支承在独立的、可以用手调节的装置上，这些装置使换能器沿着与管子平行的轨道移动，而换能器围绕在一根轴线周围并彼此隔开。最后，美国专利说明书NO.4099418公开了一个测定管子偏心率的系统，它借助于装在带导向机构的可移动的传感头上的超声波传感元件进行测试。

本发明的基本目的在于提供一台比较小型的设备，它使得超声波测试装置（例如换能器）能从各个不同的角度对准需要测试的部位，在角的位置变化时不需要每次重新聚焦。

因此，本发明属于用来对物体上一个预先规定的部位进行超声波检查的设备，它包括下列几个部分：一个定位滑动组件;支承在该滑动组件一端的一个细长的支承件;由该支承件支承的靠近其另一端的一个换能器固定和调角组件以及一个换能器的支架，换能器支架与装在支架上的超声波换能器是相配合的。所说的定位滑动组件包括能使换能器的固定和调角组件与支承件一起沿着三个相互正交的轴调节移动的机构，从而允许换能器参照上述物体以一定的间距进行配置，并在上述的预先规定的部位上聚焦。而且，所说的换能器支架能在一个弧形的轨道上移动，该轨道以安装在换能器支架上的换能器的焦点为中心，换能器支架与调节机构相联系，该调节机构可操作地与换能器支架连结在一起，并能使之沿着所说的弧形轨道运动。

由于换能器支架的运动（当然，也包括装在支架上的换能器）是沿着一条以换能器焦点为中心的轨道进行的，因此，换能器相对于被检查部位的角度就可以任意改变，不需要换能器每次改变位置都重新聚焦，这就使测试能迅速进行，尤其在液体介质下进行超声波测试时（正如通常所做的那样）具有特别的优点。换能器支架用的调节机构最好是一个可转动的操纵轴，它穿过用管子做成的细长的支承件，并可用远距离控制来帮助操作。换能器支架最好包括一个啮合到轴上的扇形齿轮。

实施本发明的设备非常灵巧，以致于可以把若干个这样的设备组合在一个测试台上，例如组合在一个盛有一种超声波传输液体的试验容器的顶上，含有待检查部位的物体，同有关设备的换能器固定和调角组件一起浸在该液体中，上述组件上的换能器的安放要能最佳地“检查”试验部位。

根据本发明设计的设备特别适合于检查和测试棒状元件的端头焊缝，例如象核燃料组件中的燃料棒的端焊缝。为了这个目的，试验容器最好有一个设置在容器侧壁上的筒夹，可以把被测试的元件棒通过筒夹插入到容器里作超声波测试。这个筒夹最好是可以旋转的，在检查元件棒上焊接部位时，使棒能环绕着它自己的纵轴转动。

现在将参考有关的附图来描述本发明的一个最佳实施例，这仅仅是用来举例而已。其中

图1是实施本发明的一个设备的垂直剖面图;

图2是放大了的换能器固定和调角组件的一个顶视图，为了清楚起见，去掉了一些零件，该组件是图1所示的设备的一部分;

图3是图2所示的组件的侧视图，同时用虚线表示出一台超声波测试装置;

图4是沿图3上4-4线切取的水平剖面图，为了清楚起见，去掉了部分零件;

图5是两个换能器固定和调角组件的水平剖面图，它们放在一根元件棒的两侧，该棒带有需要检查的端焊缝;以及

图6是环绕着一根棒布置的许多超声波测试装置的一个概略说明，这根棒带有需要检查的端焊缝。

现在参看附图，特别是参看图1。图1上表示出的设备包括：一个容器10，它的顶部开口的周围有一圈扁平的外法兰盘11;位于容器上方的一个活动的透明塑料罩12;以及一个活动的筒夹14，筒夹14穿过容器的侧壁，在筒夹的周围有一个与之相匹配的密封套（图上未示出）来密封液体，防止水从容器中泄漏出去。筒夹14限定了用来接收待检查的棒的一个小孔13，把待检查的棒轴向地移向容器10，直到使它停在一个适当的轴向位置上，以便对棒的端焊缝进行测试。棒的轴向试验位置由活动的挡块15来限定，挡块15穿过容器10底部的开孔，而且穿过紧扣在容器底部并与容器底部的开孔同轴的导向套管16，挡块15在轴向是可以活动的，通过装在容器外侧的适当的机构（图上未示出）使挡块15移向或者离开其有效位置。

一个细长的支承件17是连接在外法兰11上并由外法兰11向内延伸的，支承件17托着一个楔形凸台18，楔形凸台18支承着一个滑块19，让滑块19沿着与图上的纸平面相垂直的水平轴运动，在滑块19的运动中，通过楔形凸台18与滑块19底部类似形状的凹槽之间的啮合，同时部分地通过卡紧到滑块19上可拆卸的一个导向及卡紧块20为滑块19导向。装在滑块19上表面的是一个导向凸台21，导向凸台21上开有一个楔形沟槽，一块楔形滑块22在此楔形沟槽中滑动，它是沿着与第一次提到的那个轴相垂直的水平轴滑动的。平台21上有一个支承着可以转动的操纵轴24的一个直立的平板23，操纵轴24的一端有一个千分卡头25，而它的另一端架在滑块22上并可以转动。滑块22有一个L形部件26，在26的一个垂直表面上开有一个楔形沟槽，一个滑块31与此楔形沟槽啮合在一起，滑块31可以沿着垂直轴滑动。滑块22上向上延伸的部分27有一个凸台28，凸台28支承着一个可以转动的手柄29，手柄29的一端有一个千分卡头30，而另一个端部与滑块31相连接，这样，转动千分卡头30就可以使滑块31作垂直方向的运动。滑块31卡紧到L形模块32上，L形模块32有一个水平段33，水平段33支承着一根可以转动的操纵轴34，在操纵轴34的上端有一个头部35，水平段33还支承着一个支承管36，支承管36的上端卡紧在L形模块32的水平段33上，操纵轴34在支承管36中延伸。归结起来，我们从上面所述可以看到：在检查时，操纵轴34和支承管36相对于插到筒夹14中的棒可以作如下的运动：由于滑块19的动作而使它们沿着平行于棒的纵轴的方向运动;通过转动千分卡头25来影响滑块22的动作，使它们沿着与棒的纵轴相垂直的水平轴的方向运动;通过转动千分卡头30来影响滑块31的动作，使它们沿着与棒的纵轴相垂直轴的方向运动。

实施本发明的典型设备，可以使用若干个如上所述的那种组件，每个组件用来把三维方向的运动传递到一个辅助的操纵轴-支承管组合上（就象图1中36和36B指出的那样）。因此，总共就可以用6个这样的组件和操纵轴-支承管组合来支承辐射状地排列在一根轴的周围的6个可以调节的换能器，这根轴与穿过筒夹14插进来的元件棒的纵轴是一致的。

可以看到：另一个与图1中示出的设备相类似的一个设备能被用来可调节地支承一个附加的超声波测试装置，这个附加装置直接放在待检棒的端焊缝的上方，恰如图6中用虚线表示的那样。这一另外的设备可以用一个连接到容器10侧壁上的外法兰11上的一个部件（例如部件17）来支承，该部件与设置在容器侧壁上的筒夹14分别在容器侧壁的两个相对的面上。

正如图1所示，向内延伸的部件17在其下表面上延伸出一个管件37，从管件37的底部38又延伸出一个导向销39，导向销39轴向延伸到放在试验容器10底部的一个直立的导筒40中。两个这样的导向组件37-40最好是为所有的滑动组件，例如与设备一起使用的组件18-33设置的。

图1中的字母T表示由实施本发明的设备所支承和固定的换能器。每个换能器作为一个发送装置，含有一个压电晶体（硫酸锂、石英等），压电晶体把电脉冲能量转化为以超声波频率振动的机械振动，为了接收讯号，电脉冲发送时间为1微秒左右，并带有一个长得多的时间间隔。在检查时，把换能器放到燃料棒端焊缝的适当位置上，换能器发生的波就穿过焊缝部位。当换能器发出的声波开始射到焊缝部位时，一部分声波从焊缝部位反射回换能器，并在示波器上显示出回波。如果焊缝部位没有裂纹，从那里就不会产生其他的反射。然而，如果在焊缝部位有裂纹，到达裂纹界面上的波就要反射回换能器，这样，就把裂纹的指示信号发送到示波器上。

进行超声波测试时，带有待检测焊缝的棒最好能围绕着它本身的轴慢慢地移动。为了这一目的，设置在容器壁上的筒夹14可以带有一个适当的机构（图上未示出），该机构使筒夹14连同它夹住的棒慢慢地移动。这种转动可以从穿过筒夹插入的棒开始，并与垂直方向上可活动的棒的挡块15啮合，之后，这一啮合又可以开动该适当的机构（图上未示出）来使棒转动，而且该机构可用来缩回或降低棒的挡块15的位置，使之位于棒和棒上待检查的焊缝部位的下方。

而且正如从图1看到的，每根支承管36在其下端部都有一个安装支架41，它以枢轴方式支承着一个齿轮箱42，齿轮箱42包括一对上部板43和下部板44，齿轮箱42又支承着类似三角形的扇形齿轮45，扇形齿轮45的外端部携带一个换能器托架46。

特别参考图2、3和4，从这些图上将会看到：在支承管36下端部上的安装支架41的形状基本上象一个倒U字形，安装支架41的薄的部分与支承管36相连接，并且开有一个开孔可供操纵轴34贯穿其中，操纵轴34的端部有一个锥形齿轮（图上未示出），它位于总的U字形安装支架41的平行地隔开的两条腿41A和41B之间。在操纵轴34上的锥形齿轮与轴48上的另一个锥形齿轮47是相咬合的，轴48穿过开孔并且可转动地支承在几个开孔上，这几个开孔分别开在相互平行并隔开的两条臂中的一条臂上，或者开在齿轮箱42的延伸部分49上以及安装支架41的腿部41A中。而且，卡紧到轴48上，靠近其另一端的是齿轮50，齿轮50同轴52上的一个齿轮51相咬合，轴52穿过并且可转动地支承在箱体42的侧壁上的一个小孔上。装在齿轮箱42上并卡紧在轴52上的是涡轮装置53，涡轮装置53同扇形齿轮45的弧形的外圆周边缘上的锯齿54相咬合。

从扇形齿轮上带有锯齿54的大的一端到它带换能器托架的小的一端，按照这个顺序，扇形齿轮45上开有：一个弧形沟槽57，一个弧形凹槽55以及一个弧形切槽56。弧形的锯齿面54，弧形的沟槽57，弧形的凹槽55以及弧形的切槽56，它们彼此同心，而且都以安装在换能器托架上的换能器T的焦点为中心（见图3及图5）。沟槽57成形在扇形齿轮的下侧，并且是同位于齿轮箱42的下部板44的上表面上的一个相当短的弧形导向拱肋58相配合的。弧形切槽56同卡紧、并在齿轮箱上部板43和下部板44之间延伸的一个导销59可运动地互相咬合。

可以看到，用前面已叙述过的那种布置方式，用远距离控制转动操纵轴34的头部35（见图1），将会使扇形齿轮45改变角度，就象图5指出的那样，从而把换能器的焦点保持在待测棒R的端部E附近的环形焊缝部位W上。因此，设备维持换能器与焊缝之间的临界间距，从而拾取最大的频率响应，这样，就保证了试验的准确性。

正如从图2、图3和图3所看到的，在齿轮箱42的上部板43和下部板44上有凹槽60，凹槽60开在扇形齿轮45的弧形凹槽55的相对的一侧上。凹槽60上装有偏倚的制动销61（可借助于一个弹簧，图上未示出），配上适当的棘爪（用锯齿面或者缺口，图上未示出）可在一个弧形的周边上限定凹槽55。制动销61与棘爪相配合，使扇形齿轮45变换位置，确定在扇形齿轮45上的换能器托架46里的换能器相对于待测的棒端焊缝的角度分布。

再进一步参看图5，图上表示了沿着中心线CL分开放的两个换能器固定和调角组件，这两个组件放置在用虚线表示的棒R的相对的两侧。在棒R左边的组件相当于刚才在图2、图3和图4中描述过的换能器固定和调角组件，而棒R右边的组件与它类似，所不同的是，齿轮箱42可调节地连接到一个二次安装支架62上，安装支架62支承着一个可转动的轴63，轴63又带着一个与扇形齿轮54咬合的涡轮装置53。在轴63的外端部上一个锥形齿轮64与位于二次操纵轴65下部端头的一个类似的锥形齿轮66咬合，操纵轴65延伸到与左组件的支承管36相类似的支承管里，所不同的是，操纵轴65位于偏离中心线CL的侧向，该中心线延伸穿过箱体42及带换能器托架46的扇形齿轮45。

在图5中，中心线CL穿过棒R时正好指在棒上待检查的焊缝W的位置上，从焊缝W引出的位于中心线上方和下方的两条线相对于中心线来说，它们的夹角大约为35度左右，在这两条线指示的方位内，换能器可以改变角度以适应轴向的或接近轴向的剪切波方向。

Claims (9)

1、用来对物体上一个预定的部位进行超声检查的设备，其特征在于：该系统包括一个定位的滑动组件(18-33)，支承在该滑动组件一端的一个细长的支承件(36)，以及支承在靠近支承件(36)另一端的一个换能器固定和调角组件(41-61)，换能器固定和调角组件(41-61)包括一个适合于安装超声波换能器(T)的换能器支架(45)。所说的定位滑动组件(18-33)包括着一些机构(19-21，22-28，29-33)，这些机构可使支承件(36)上的换能器固定和调角组件(41-61)与支承件(36)一起沿着三个相互正交的轴调节移动，从而可使换能器(T)与上述物体之间保持一定的间隔，并使换能器(T)聚焦于上述物体的上述预定部位。所说的换能器支架(45)能在一条以装在该支架上的换能器的焦点为中心的弧形轨道上运动，该换能器支架具有与之联系在一起的调节机构(34)，该调节机构(34)可操作地与换能器支架相连，且能使之沿上述弧形轨道运动。

2、根据权利要求1的设备，其特征在于：所说的调节机构（34）是一根可以转动的操纵轴，所说的换能器支架（45）是一个扇形齿轮，所说的换能器固定和调角组件（41-61）含有夹在操纵轴和扇形齿轮之间的齿轮传动装置（47-53），该齿轮传动装置（47-53）用来把轴的旋转运动转变为扇形齿轮在上述弧形轨道上的运动。

3、根据权利要求2的设备，其特征在于：所说的支承件（36）是一根管子，而上述的操纵轴（34）从轴向穿过这根管子。

4、根据权利要求2或3的设备，其特征在于：换能器固定和调角组件（41-61）包括一对相互隔开的板（43，44），在这两块板之间支承着扇形齿轮（45），使其可在与上述的两块板平行并且含有上述弧形轨道的一个平面上运动。在上述两块板（43，44）上装有导向机构（59，58），该导向机构与扇形齿轮（45）上的导向结构（56，57）相配合，为在上述弧形轨道上运动的扇形齿轮导向。

5、根据权利要求4的设备，其特征在于：在扇形齿轮上的上述导向结构（56，57）是一个弧形切槽（56）和弧形沟槽（57），这两条槽都以上述焦点为中心。

6、根据上述诸权利要求中任意一项的设备，其特征在于：上述换能器支架（45）有一个与之相联系的机构（61），该机构（61）用来变换换能器支架的位置，使其沿着上述弧形轨道移动到预定的角度方位。

7、根据上述诸权利要求中任意一项的设备，其特征在于：所说的物体是一根棒状元件（R），所说的系统包括一个试验容器（10）和机构（17）。试验容器（10）的一个侧壁上设有一个用来接收轴向插入的上述棒状元件的筒夹（14），机构（17）用来刚性地支承该试验容器顶部的上述定位滑动组件（18-33），因此上述细长的支承件（36）延伸到该容器里。

8、根据权利要求7的设备，其特征在于：在棒状元件上的所述预定部位是一个环向焊缝（W），以及，所述筒夹（14）是可以旋转的，因此可以使棒状元件围绕着它的纵向轴旋转。

9、根据前述诸权利要求中任意一项的设备，其特征在于：上述滑动组件（18-33）包括一个第一滑块（19），一个第二滑块（22）及一个第三滑块（31）。被支承的第一滑块（19）供该组件沿着上述三个轴中的第一个轴运动。第二滑块（22）支承在上述第一滑块（19）上，沿着上述三个轴中的第二个轴调节其运动，第二个轴在与第一轴正交的方向上延伸，并且在与该处平行的一个平面上。第三滑块（31）支承在上述第二滑块（22）上，沿着第二个轴调节其运动，第三个轴在与第一个轴和第二个轴所在的平行面相垂直的方向延伸。所说的细长的支承件（36）由上述的第三滑块（31）来支承。

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