CN214473004U - 一种小径管焊缝超声相控阵管道检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种小径管焊缝超声相控阵管道检测装置，包括相控阵探头、编码器和驱动机构。所述驱动机构同步驱动所述相控阵探头和编码器环绕待测小径管周向转动，且周向转动过程，相控阵探头和编码器和待测小径管外壁之间的距离保持不变。本装置在检测小径管焊缝时，依靠驱动机构驱动装置，使相控阵探头和编码器紧贴待测小径管表面顺畅的移动，保证检测装置与待测小径管的外壁有良好的耦合性，有助于对管座角焊缝的缺陷定位，避免了由于手拿探头移动而造成抖动等不利影响，提高了检测的工作效率和缺陷检出率。
Description
技术领域
本实用新型涉及管道焊缝扫描检测仪器领域，具体涉及一种小径管焊缝超声相控阵管道检测装置。
背景技术
传统的超声相控阵探头检测小径管方式大多为手动按压推动，即在用手固定相控阵探头的同时，轻轻推动相控阵探头沿着小径管管道焊缝缓慢移动，通过手动固定和移动的方式帮助超声相控阵探头完成小径管道焊缝扫描，从而达到相控阵仪器扫查成像的目的。其缺点是，在扫查过程中可能会因为用力的大小不均匀而导致探头与小径管之间贴合不紧密，导致焊缝区域成像效果与实际存在一定的偏差，从而造成工作人员对焊缝内缺陷判定的不准确。
传统的超声相控阵探头检测小径管方式还有通过在探头与焊缝之间增设两个与被测小径管管径相耦合的半圆形组件构成的限位装置，使探头在移动时与所设置的与焊缝之间的距离保持不变，通过手动移动探头使其沿着管道表面移动完成扫查成像，该方式对缺陷的准确定位提供了非常大的帮助。利用限位装置可降低手动移动探头过程的抖动，同时可以帮助焊缝缺陷的准确定位，但是在移动探头的过程中会受到限位装置的束缚，并且限位装置与被测小径管之间贴合紧密，导致在移动探头进行扫查的过程中并不顺畅，需要较大的力气才能推动相控阵探头沿着管壁移动。
实用新型内容
为了解决传统的超声相控阵探头检测小径管方式存在的用力不均导致焊缝区域成像效果与实际存在一定的偏差，或者在移动探头的过程中会受到限位装置的束缚导致在移动探头进行扫查的过程中并不顺畅的问题，本实用新型提出了以下技术方案。
一种小径管焊缝超声相控阵管道检测装置，包括相控阵探头、编码器和驱动机构；所述驱动机构同步驱动所述相控阵探头和编码器环绕待测小径管周向转动，且周向转动过程，相控阵探头和编码器和待测小径管外壁之间的距离保持不变。
作为本实用新型的小径管焊缝超声相控阵管道检测装置的进一步改进，所述驱动机构包括套置在待测小径管外的环形扫查架，以及安装在所述环形扫查架上的多个滚轮和驱动器；每个滚轮的中心轴均平行于待测小径管的中心轴；所述环形扫查架通过滚轮抵接于所述待测小径管；所述驱动器至少驱动其中一个滚轮转动；所述相控阵探头和编码器安装在所述环形扫查架上。
作为本实用新型的小径管焊缝超声相控阵管道检测装置的进一步改进，所述环形扫查架上设置有固定卡槽a、安装槽和固定卡槽b；所述相控阵探头固定在所述固定卡槽a中；所述编码器固定在所述固定卡槽b中；所述驱动器固定在所述安装槽中。
作为本实用新型的小径管焊缝超声相控阵管道检测装置的进一步改进，所述多个滚轮包括多个滚动轮a和一个滚动轮b；所述驱动器驱动所述滚动轮b转动，使所述环形扫查架环绕所述待测小径管周向转动。
作为本实用新型的小径管焊缝超声相控阵管道检测装置的进一步改进，所述驱动器为驱动电机，其输出端具有一锥齿轮a；所述滚动轮b的中段固定有另一锥齿轮b；锥齿轮a和锥齿轮b啮合，所述驱动器通过锥齿轮的啮合作用驱动所述滚动轮b转动。
作为本实用新型的小径管焊缝超声相控阵管道检测装置的进一步改进，所述相控阵探头与所述待测小径管的外壁紧密贴合。
作为本实用新型的小径管焊缝超声相控阵管道检测装置的进一步改进，所述编码器与所述待测小径管的外壁紧密贴合。
作为本实用新型的小径管焊缝超声相控阵管道检测装置的进一步改进，每个所述滚轮采用橡胶材料制成，均呈圆柱形。
作为本实用新型的小径管焊缝超声相控阵管道检测装置的进一步改进，每个所述滚轮均贴合于所述待测小径管的外壁。
作为本实用新型的小径管焊缝超声相控阵管道检测装置的进一步改进，所述固定卡槽a、安装槽和固定卡槽b均采用P91钢材料制成；所述安装槽内部安装有减振材料。
本实用新型的有益效果是：本装置检测焊缝缺陷的探头采用超声相控阵探头，与常规超声波探头检测技术相比，在缺陷检出率、定量准确度和检测效率方面均具有显著的优越性,尤其适合于复杂结构件和盲区位置的检测。本装置中的相控阵探头由多个独立小晶片阵列与楔块组成，其中楔块由聚苯乙酯制成。利用计算机来控制各个晶片，按照一定的延时法则发射和接收超声波，在不移动探头的情况下，实现对被检测区域的扫查、偏转与聚焦等功能，不易出现漏检现象，提高缺陷的检出率，实现小径管焊缝缺陷的无损检测。
对于小径管的焊缝，检测面弯曲，曲率较大，导致超声波声束进一步扩散，使得声学检测的灵敏度低于平面检测。检测表面是曲面，探头和工件表面之间的耦合很差，导致回波幅度比平面情况下低得多。传统检测方法中，检测人员手拿探头，在靠近管座角焊缝位置处移动，从而检测焊缝，此检测方法主要依靠检测人员的检测技术，检测结果强烈依赖检测人员的检测手法，并且在操作过程中时常因为不能避免手抖的情况发生，极大影响最终的检测结果，容易造成漏检、误检等问题。本实用新型的检测装置，检测时依靠驱动电机驱动装置，通过环形扫查架和滚轮，使检测装置紧贴管道表面顺畅的移动，保证检测装置与管道外壁有良好的耦合性，有助于对管座角焊缝的缺陷定位，避免了由于手拿探头移动而造成抖动等不利影响，提高了检测的工作效率和缺陷检出率。
附图说明
图1为本实用新型的小径管焊缝超声相控阵管道检测装置安装在待测小径管外的组合结构示意图。
附图标记：1-环形扫查架；2-滚动轮a；3-固定卡槽a；4-滚动轮b；5-安装槽；6-相控阵探头；7-驱动器；8-编码器；9-固定卡槽b；10-待测小径管。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细介绍。
图1为本实施方式的小径管焊缝超声相控阵管道检测装置安装在待测小径管10外的一种示意图。
如图1所示，本实施方式的小径管焊缝超声相控阵管道检测装置，包括相控阵探头6、编码器8和驱动机构。所述驱动机构同步驱动所述相控阵探头6和编码器8环绕待测小径管10周向转动，且周向转动过程，相控阵探头6和编码器8和待测小径管10外壁之间的距离保持不变。
所述驱动机构包括套置在待测小径管10外的环形扫查架1，以及安装在所述环形扫查架1上的驱动器7、多个滚动轮a2和一个滚动轮b4。每个滚轮的中心轴均平行于待测小径管10的中心轴。每个所述滚轮采用橡胶材料制成，均呈圆柱形，且均贴合于所述待测小径管10的外壁。
所述环形扫查架1通过滚动轮a2和滚动轮b4抵接于所述待测小径管10的外壁。所述相控阵探头6和编码器8固定安装在所述环形扫查架1上。所述驱动器7驱动所述滚动轮b4转动，从而使所述环形扫查架1环绕所述待测小径管10周向转动，以检测待测小径管10周身的焊缝缺陷。相控阵探头6和编码器8均电连接于装置外部的相控阵超声检测仪。驱动器7电连接于外部电源。
环形扫查架1套在待检测小径管10外壁上，与待检测小径管10外壁紧密贴合，同时固定相控阵探头6、驱动器7、编码器8等设备，使得相控阵探头6在待测小径管10外壁上涂抹上耦合剂后，与管道外壁更加的紧密贴合，提高相控阵探头6与管壁的耦合性，有助于对焊缝中微小缺陷的检测。
相控阵探头6安装在环形扫查架1上，与待测小径管10外壁紧密贴合，通过控制声束的偏转角度和聚焦位置，实现对小径管焊缝内缺陷的定量检测，相控阵探头6发射的声波在遇到缺陷后返回探头，利用成像设备，可以较好的呈现待测位置的图像，帮助检测人员更好的观察和分析小径管的焊缝。常规的超声波检测是在脉冲反射的工作模式下，只用一个阵元进行发射和接收。对于小径管焊缝的检验，管子有一定的曲率，壁厚有限，因此，对于常规的超声波检测，需要使用大K值的超声波探头来检测角焊缝。但是由于管内反射面为曲面，凹槽类型多样，会产生畸变波和其他干扰反射波，使得常规超声检测信号的信噪比较低；另外，常规超声的波束由超声探头的K值决定，不能任意调整波束的方向和波束的聚焦位置，因此检测空间小，这极大地限制了常规超声波对缺陷的检测率和效率。而相控阵探头6则可以很好的规避常规探头的缺点，实现对焊缝的精确检测。
编码器8安装在环形扫查架1上，与待测小径管10外壁紧密贴合，用来记录环形扫查架1位移的轨迹距离，帮助记录由相控阵探头6检测到的焊缝缺陷的位置信息，从而有助于检测人员对检出的焊缝进行准确的定位，提高检测小径管焊缝的缺陷检出率，减少检测人员的工作量。
其中，所述环形扫查架1上设置有固定卡槽a3、安装槽5和固定卡槽b9。所述相控阵探头6固定在所述固定卡槽a3中；所述编码器8固定在所述固定卡槽b9中；所述驱动器7固定在所述安装槽5中。所述固定卡槽a3、安装槽5和固定卡槽b9均可以采用P91钢材料或者其他刚性材料制成，使相控阵探头6和编码器8在运动过程中保持稳定，避免因驱动电机抖动或者待测小径管10外表面存在的凹陷或凸起所造成的偏位，最大程度上减少相控阵探头6和编码器8在待测小径管10外壁上移动时发生抖动的情况，保证在工作状态下所记录的数据的准确性，帮助检测人员精确定位待测小径管10上的焊缝缺陷。所述安装槽5内部还安装有减振材料，避免因驱动电机抖动所造成的移位，保证相控阵探头6发出的超声声束可以很好的聚焦在焊缝预定位置且不发生畸变或偏移，减少因抖动造成的成像不准确，图像的信噪比低等问题，提高焊缝缺陷的检出率。
驱动器7可以是驱动电机，其输出端具有一锥齿轮a。所述滚动轮b4的中段固定有另一锥齿轮b。锥齿轮a和锥齿轮b啮合，所述驱动器7通过锥齿轮的啮合作用驱动所述滚动轮b4转动，带动环形扫查架1环绕待测小径管10周向转动，多个滚动轮a2随之转动，既保证了周向转动过程，相控阵探头6和编码器8和待测小径管10外壁之间的距离保持不变，又通过滚轮的转动使得环形扫查架1的环绕运动更加顺畅，提高了编码器8的定位准度和相控阵探头6的图像呈现准确度。
本实用新型的检测装置，检测时依靠驱动电机驱动装置，通过环形扫查架和滚轮，使检测装置紧贴待测小径管10表面顺畅的移动，保证检测装置与待测小径管10的外壁有良好的耦合性，有助于对管座角焊缝的缺陷定位，避免了由于手拿探头移动而造成抖动等不利影响，提高了检测的工作效率和缺陷检出率。
本装置中的相控阵探头6由多个独立小晶片阵列与楔块组成，利用计算机来控制各个晶片，按照一定的延时法则发射和接收超声波，在不移动探头的情况下，实现对被检测区域的扫查、偏转与聚焦等功能，不易出现漏检现象，提高缺陷的检出率，实现小径管焊缝缺陷的无损检测。本装置采用的相控阵探头6中的压电晶片是通过电子的方法进行延时激励，所以它在作线性扫查时比常规超声探头的机械扫查要快得多，相控阵探头6可以随意控制聚焦深度、偏转角度、波束宽度，从而避免表面波和其他可变形波的产生，在纵伤检测、横伤检测和斜伤检测不同检测模式之间可灵活变换，无需进行任何机械变换和调整，既减少了探头的磨损，又避免了对设备机构的调整。相控阵探头6中多晶片的快速顺序激励，其辐射声场相当于单晶片探头的连续机械位移和转向，所以避免了横伤和斜伤的漏检，显著提高了信噪比和检测效率。
Claims (10)
1.一种小径管焊缝超声相控阵管道检测装置，其特征在于：包括相控阵探头(6)、编码器(8)和驱动机构；所述驱动机构同步驱动所述相控阵探头(6)和编码器(8)环绕待测小径管(10)周向转动，且周向转动过程，相控阵探头(6)和编码器(8)和待测小径管(10)外壁之间的距离保持不变。
2.根据权利要求1所述的小径管焊缝超声相控阵管道检测装置，其特征在于：所述驱动机构包括套置在待测小径管(10)外的环形扫查架(1)，以及安装在所述环形扫查架(1)上的多个滚轮和驱动器(7)；每个滚轮的中心轴均平行于待测小径管(10)的中心轴；所述环形扫查架(1)通过滚轮抵接于所述待测小径管(10)；所述驱动器(7)至少驱动其中一个滚轮转动；所述相控阵探头(6)和编码器(8)安装在所述环形扫查架(1)上。
3.根据权利要求2所述的小径管焊缝超声相控阵管道检测装置，其特征在于：所述环形扫查架(1)上设置有固定卡槽a(3)、安装槽(5)和固定卡槽b(9)；所述相控阵探头(6)固定在所述固定卡槽a(3)中；所述编码器(8)固定在所述固定卡槽b(9)中；所述驱动器(7)固定在所述安装槽(5)中。
4.根据权利要求2所述的小径管焊缝超声相控阵管道检测装置，其特征在于：所述多个滚轮包括多个滚动轮a(2)和一个滚动轮b(4)；所述驱动器(7)能驱动所述滚动轮b(4)转动，使所述环形扫查架(1)环绕所述待测小径管(10)周向转动。
5.根据权利要求4所述的小径管焊缝超声相控阵管道检测装置，其特征在于：所述驱动器(7)为驱动电机，其输出端具有一锥齿轮a；所述滚动轮b(4)的中段固定有另一锥齿轮b；锥齿轮a和锥齿轮b啮合，所述驱动器(7)通过锥齿轮的啮合作用驱动所述滚动轮b(4)转动。
6.根据权利要求1或2所述的小径管焊缝超声相控阵管道检测装置，其特征在于：所述相控阵探头(6)与所述待测小径管(10)的外壁紧密贴合。
7.根据权利要求1或2所述的小径管焊缝超声相控阵管道检测装置，其特征在于：所述编码器(8)与所述待测小径管(10)的外壁紧密贴合。
8.根据权利要求2所述的小径管焊缝超声相控阵管道检测装置，其特征在于：每个所述滚轮均采用橡胶材料制成，均呈圆柱形。
9.根据权利要求2或8所述的小径管焊缝超声相控阵管道检测装置，其特征在于：每个所述滚轮均贴合于所述待测小径管(10)的外壁。
10.根据权利要求3所述的小径管焊缝超声相控阵管道检测装置，其特征在于：所述固定卡槽a(3)、安装槽(5)和固定卡槽b(9)均采用P91钢材料制成；所述安装槽(5)内部还安装有减振材料。
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