一种换热器管板角焊缝超声波自动检测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种换热器管板角焊缝超声波自动检测装置。目的是提供的检测装置结构简单，实用性强。技术方案是：一种换热器管板角焊缝超声波自动检测装置；包括表面安装着晶片的超声相控阵面阵列探头、包覆在面阵列探头外圆周面的柔性可压缩楔块、用于将面阵列探头固定在探测位置的探头固定装置以及对面阵列探头传递的信号进行处理并形成图像的超声波检测仪。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种超声检测装置。具体是换热器管板角焊缝超声相控阵面阵列检测装置。
技术介绍
换热器的换热管与管板之间采用焊接或胀接加焊接的形式，焊接接头的质量直接影响换热器的产品质量，尤其是大型石化设备所用的高温、高压式换热器中的角焊缝的质量。由于这种换热器具有上千根换热管，换热管的直径往往较小且排列紧凑，因此对于角焊接的焊接要求很高，这些角焊缝的质量决定了整台换热器的安全性能。但是，目前国内对于换热器角焊缝的检测主要是利用水、气体等进行泄露检测，无法对焊缝内部的夹渣、气孔等缺陷进行检测，而角焊缝的内部缺陷会在高温、高压、强腐蚀等情况下易造成装置泄露，发生事故。所以，在换热器的制造过程中以及运行时需要对角焊缝进行检验，对角焊缝的无损检测就是最重要的检验步骤之一。换热器管角焊缝的无损检测主要有射线检测、超声检测、磁粉检测和渗透检测。但磁粉检测和渗透检测无法探测出焊缝内部缺陷，常规射线检测灵敏度较低。超声探伤具有操作方便、分辨率高、成本低、适应面广等优点，特别是对角焊缝此类的特殊结构适用性强，具有其它无损检测仪器不能替代的特点。目前国内的部分研究机构采用双晶聚焦探头(内部由两个单探头组成，一个用于发射信号，一个用于接收信号)对换热器管板角焊缝进行超声检测，结合超声检测技术、计算机技术、机械传动技术，使检测自动化、图象化，明显提高了检测速度和精度，如重庆大学谢志江、方祯云研制了管子-管板角焊缝自动超声波检测系统，该系统采用计算机控制扫描机械手扫描管子-管板角焊缝并采集相应的超声回波信号，经过一定的处理后显示和打印图形化结果，系统硬件主要包括机械扫描装置、接口电路、多功能数据采集卡和笔记本计算机，为了检测焊缝内部的缺陷，使用微型双晶聚焦探头伸入管子内壁发射和接收超声波，根据回波特征判定焊缝内部质量。荷兰斯太米卡邦公司开发了的换热器管子-管板角焊缝超声波自动检测成套仪器，其技术思路是采用微型双晶片聚焦探头，伸入管口内向角焊缝区做360°周向扫描检查，探头表面的有机玻璃延迟块为凸弧形，以满足不同曲率换热管的检测要求。但上述几种超声检测自动检测装置采用的双晶聚焦探头检测时轴向扫查和周向扫查均采用机械方式，检测效率明显低于电子方式扫查。
技术实现思路
本技术的目的是克服上述
技术介绍
的不足，提出一种换热器管板角焊缝超声相控阵面阵列检测装置，该检测装置结构简单，实用性强。本技术提供的技术方案是：一种换热器管板角焊缝超声波自动检测装置；包括表面安装着晶片的超声相控阵面阵列探头、包覆在面阵列探头外圆周面的柔性可压缩楔块、用于将面阵列探头固定在探测位置的探头固定装置以及对面阵列探头传递的信号进行处理并形成图像的超声波检测仪。所述面阵列探头中的晶片排列成8χ128阵列，其中轴向为8行，周向为128列。所述柔性可压缩楔块的直径稍大于换热管内径，其中插入端一侧为圆锥面过渡，小端圆锥面处直径小于换热管内径，以方便插入换热管。所述柔性可压缩楔块为材料为软橡胶，其声速与声阻抗与水接近。该检测装置还装有把手。本技术提供的检测方法可有效解决声波衰减过多使回波太弱的问题，一次便完成整个角焊缝的检测，通过信号控制与处理系统控制与处理位置信息和超声信息，从而实现A、S、B、C、3D等多种扫描实时成像，不但检测结果快速可靠，而且检测方法简便。所提供的检测装置结构简单，制作要求不高，实用性强。附图说明图1为热器管板角焊缝检测装置示意图。图2为面阵列探头晶片排布图。图3为面阵列探头超声轴向扇形扫查示意图(面阵列探头的轴线水平布置于纸面)。图4为面阵列探头超声周向电子线形扫查示意图(面阵列探头的轴线垂直布置于纸面)。图5为面阵列探头超声周向电子线形扫查聚焦法则计算示意图。图6为面阵列探头超声周向电子线形扫查聚焦法则简易计算原理图。图7为焊接良好的管板角焊缝超声信号示意图。图8为带缺陷的管板角焊缝超声信号示意图。具体实施方式以下结合附图所示的实施例进一步说明。换热器的换热管与管板之间通常采用焊接形式(典型的结构参见图1)，换热器的管板7和换热管9之间形成角焊缝8。热器管板角焊缝检测装置示意如图1所示，检测装置包括超声波检测仪4、面阵列探头1、柔性可压缩楔块(以下简称柔性楔块)2、探头固定装置6、探头数据线3、把手5；其中面阵列探头表面安装着形成超声相控阵面阵列的晶片，柔性楔块(优选为软橡胶，其声速与声阻抗与水接近)包覆在阵列探头的外圆周面，探头固定装置(常规装置)用于将阵列探头固定在探测位置。对换热器管板角焊缝进行超声检测的关键是超声波面阵列探头必须伸入管内检测，由于换热管直径较小，本技术采用的密布晶片的面阵列相控阵列技术，伸入管口内向角焊缝区做一次性360°检查，控制并调节检测焦距，使之能有效检测不同深度位置的缺陷。换热器管板角焊缝超声相控阵检测方法原理为：针对常规的换热器管板角焊缝规格尺寸，研制密布晶片的面阵列圆柱形相控阵探头，面阵列探头的晶片10排布成8χ128阵列(如图2所示)，其中轴向为8行(每行128个晶片周向360°均匀排布)，周向为128列(每列8个晶片均匀排布)。根据换热管被检材料的声学特性，采用水作为耦合剂。采用超声扫描技术，轴向采用电子扇形扫描，周向采用电子线形扫查。轴向电子扇形扫描示意如图3所示；设定扇形扫描左右偏转角度和聚焦深度(为超声波检测仪的常规功能)，晶片发出的超声波声束11经过柔性楔块12，柔性楔块的声阻抗与水相近，柔性楔块和钢工件2之间有水作为耦合剂，这样可不考虑耦合剂声阻抗的影响，8个晶片发生的声束相聚在钢工件内的最左端焦点15，然后按设定的参数向右进行扇形扫查14，最终相聚在在最右端焦点13，再返回向左进行扇形扫查14，在左右焦点之间周而复始地进行扇形扫查。面阵列探头超声周向电子线形扫查示意见图4所示，设计相应的聚焦法则使控制面阵列圆柱形相控阵探头沿周向排列的128个晶片，其中以编号为1号、2号、3号、4号、5号、6号、7号、8号相邻8个晶片作为一个阵元组，使每个晶片发出的超声波声束11经过柔性楔块2，再经过耦合剂进入钢工件12，8个晶片发生的声束在钢工件相聚在焦点16，然后按相同的聚焦法则激发编号为2号、3号、4号、5号、6号、7号、8号、9号的第2阵元组的晶片，相聚在相邻的焦点17，这样依次作电子线形扫查，直至完成整个360°一圈。面阵列探头超声周向电子线形扫查聚焦法则计算原理如图5所示，晶片发出的超声波声束经过柔性楔块和耦合剂水，由于柔性楔块的声阻抗与水相近，这样可不考虑耦合剂声阻抗的影响，只考虑楔块/钢二层介质近场球面波束形成模型，在平面坐标系XOY中，直线r1、r2、…、rm为超声波在钢中的传播路径，直线l1、l2、…、lm为超声波在水耦合剂中的传播路径。设A(x,y)为聚焦点(回波声源)坐标位置，C(xm,ym)为第m号阵元(即晶片)的坐标值，B(x′m,y′m)为入射到第m号阵元的声波折射点坐标。O(x0,y0)为参考点，D(x′0,y′0)为聚焦点到楔块/钢界面的最短距离对应的点，α、β是第m号阵元接收的由钢界面入射到楔块时的入射角与反射角，c1是超声波纵波在钢中的传播速度，c2是超声波在楔块中的传播速度，r0是钢中超声传播的最短距离，l0是楔块中超声传播的最短距离，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种换热器管板角焊缝超声波自动检测装置；包括表面安装着晶片(10)的超声相控阵面阵列探头(1)、包覆在面阵列探头外圆周面的柔性可压缩楔块(2)、用于将面阵列探头固定在探测位置的探头固定装置(6)以及对面阵列探头传递的信号进行处理并形成图像的超声波检测仪(4)。

【技术特征摘要】
1.一种换热器管板角焊缝超声波自动检测装置；包括表面安装着晶片(10)的超声相控阵面阵列探头(1)、包覆在面阵列探头外圆周面的柔性可压缩楔块(2)、用于将面阵列探头固定在探测位置的探头固定装置(6)以及对面阵列探头传递的信号进行处理并形成图像的超声波检测仪(4)。2.根据权利要求1所述的换热器管板角焊缝超声波自动检测装置，其特征在于：所述面阵列探头中的晶片排列成8χ128阵列，其中轴向为8行，周向为128列。3...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭伟灿，凌张伟，蔡伟勇，唐萍，杜兴吉，
申请(专利权)人：浙江省特种设备检验研究院，
类型：新型
国别省市：浙江;33