一种焊缝缺陷全自动相控阵超声波检测系统及检测方法技术方案

本发明专利技术涉及无损检测技术领域，特别涉及一种焊缝缺陷全自动相控阵超声波检测系统及检测方法。一种焊缝缺陷全自动相控阵超声波检测系统，包括焊缝检测装置和系统主机，焊缝检测装置包括第一支撑架、第二支撑架，第一支撑架上设有第一悬臂，第二支撑架上设有第二悬臂，第一悬臂、第二悬臂的前端对应设置有一维线阵相控阵探头，后端对应设置有二维面阵相控阵探头，一维线阵相控阵探头、二维面阵相控阵探头通过连接线与系统主机相连接。本发明专利技术通过使用二维面阵相控阵探头，可以有效解决焊缝横向缺陷检测难题，由于相控阵探头沿着焊缝长度方向平行于焊缝进行直线扫查，可以实现对焊缝进行全体积检测，提高检测灵敏度和检测能力。提高检测灵敏度和检测能力。提高检测灵敏度和检测能力。

【技术实现步骤摘要】
一种焊缝缺陷全自动相控阵超声波检测系统及检测方法


[0001]本专利技术涉及无损检测
，特别涉及一种焊缝缺陷全自动相控阵超声波检测系统及检测方法。

技术介绍

[0002]一维线阵相控阵检测方式是目前工业相控阵检测中应用最多的一种形式，其特点是能在相控阵的轴平面实现声束偏转和轴向聚焦，声束只能二维偏转和聚焦。该方法对检测焊缝纵向缺陷非常有效，但却很难检出焊缝横向缺陷。
[0003]目前，钢管焊缝相控阵检测一般采用多组常规单晶探头加一组一维线阵相控阵探头检测模式。单晶探头的超声场只能以单一角度沿声束轴线传播，多组常规单晶探头在实际焊缝检测中一旦遇到磨损或耦合不良，加之曲率等因素影响很难得到持续、稳定、可靠的检测数据。此外，采用多组常规单晶探头加一组一维线阵相控阵探头检测模式进行焊缝自动检测，这种方法接收信号及数据采集之后难以进行信息整合，大大降低了检测效率和精度。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种焊缝缺陷全自动相控阵超声波检测系统及检测方法，通过使用二维面阵相控阵探头，可以有效解决焊缝横向缺陷检测难题，由于相控阵探头沿着焊缝长度方向平行于焊缝进行直线扫查，可以实现对焊缝进行全体积检测，提高检测灵敏度和检测能力。
[0005]本专利技术的技术方案在于：一种焊缝缺陷全自动相控阵超声波检测系统，包括焊缝检测装置和系统主机，所述的焊缝检测装置包括第一支撑架、第二支撑架，所述的第一支撑架和第二支撑架通过焊缝耦合曲率调整旋钮可活动连接，所述的第一支撑架上设有第一悬臂，所述的第二支撑架上设有第二悬臂，所述的第一悬臂、第二悬臂的前端对应设置有一维线阵相控阵探头，所述的第一悬臂、第二悬臂的后端对应设置有二维面阵相控阵探头，所述的一维线阵相控阵探头、二维面阵相控阵探头通过连接线与系统主机相连接。
[0006]所述系统主机包括第一发射
‑
接收控制模块、第二发射
‑
接收控制模块、A/D转换器、数字信号高速存储模块、聚焦法则计算器和显示器，所述的第一发射
‑
接收控制模块与所述一维线阵相控阵探头相连接，所述第二发射
‑
接收控制模块与所述二维面阵相控阵探头相连接。
[0007]所述第二支撑架上设有位置跟踪编码器，所述位置跟踪编码器通过连接线与系统主机相连接。
[0008]所述的第一支撑架和第二支撑架的末端分别设有第一轨道行驶轮架、第二轨道行驶轮架，所述的第一轨道行驶轮架、第二轨道行驶轮架上分别设有轨道行驶轮。
[0009]所述轨道行驶轮带磁性。
[0010]所述一维线阵相控阵探头、二维面阵相控阵探头采用FPGA相控阵控制电路控制，
延时精度≥1ns。
[0011]所述二维面阵相控阵探头1的发射声束角度≥3个，以二维面阵相控阵探头晶片正对横截面坐标为基准，发射声束覆盖范围划分为
‑
30
°
，0
°
，30
°
。
[0012]一种焊缝缺陷检测方法，使用如上所述任意一种焊缝缺陷全自动相控阵超声波检测系统，包括如下步骤：S1：刻制具有横向缺陷和纵向缺陷的校准样管；校准样管和待检工件具有相同的表面粗糙度、母材及焊缝成分、相同的焊接工艺参数；S2：根据待检测钢管厚度及材料类型，选择二维面阵相控阵探头和一维线阵相控阵探头、第一支撑架和第二支撑架的曲面形状、探头名义折射角度，二维面阵相控阵探头和一维线阵相控阵探头的频率均为5MHz，第一支撑架和第二支撑架的曲面形状与待检测钢管接触面间隙小于等于0.5mm，探头名义折射的角度范围为45
°
~68
°
，确保二维面阵相控阵探头和一维线阵相控阵探头的发射声速轴线分别垂直于焊缝缺陷，使发射声束覆盖范围达到待检测钢管截面100%；S3：将二维面阵相控阵探头和一维线阵相控阵探头分别连接到焊缝缺陷全自动相控阵超声波检测系统的第一悬臂、第二悬臂上，位置跟踪编码器用来追踪二维面阵相控阵探头和一维线阵相控阵探头的移动；S4：启动焊缝缺陷全自动相控阵超声波检测系统，检测S1中刻制的校准样管，确定二维面阵相控阵探头在等同位置及工作条件下，可获得焊缝中横向缺陷标准发射体的显示；一维线阵相控阵探头在等同位置及工作条件下，可获得焊缝中纵向缺陷标准发射体的显示，对焊缝缺陷全自动相控阵超声波检测系统进行校准，确定聚焦法则参数；S5：采用小孔注水匀速耦合的方式对待检工件的焊缝进行检测，具体过程为：将第一支撑架和第二支撑架连接的中心置于待检工件焊缝正上方，二维面阵相控阵探头和一维线阵相控阵探头与待检工件之间设有蓄水腔壳体，蓄水腔壳体上设有带压注水口，在检测过程中，通过带压注水口向蓄水腔壳体内注入水，使二维面阵相控阵探头和一维线阵相控阵探头与待检工件之间形成均匀的密封耦合水层保护膜，二维面阵相控阵探头和一维线阵相控阵探头匀速缓慢经过待检工件并进行检测，焊缝缺陷全自动相控阵超声波检测系统将二维面阵相控阵探头和一维线阵相控阵探头接收到的焊缝缺陷信号进行信息整合，对照S4中获得的焊缝中横向缺陷标准发射体的显示和纵向缺陷标准发射体的显示，并生成焊缝立体三维视图，完成焊缝缺陷检测。
[0013]所述S4中对焊缝缺陷全自动相控阵超声波检测系统进行校准，标准为在不移动二维面阵相控阵探头和一维线阵相控阵探头的情况下，调整缺陷报警波幅示数在满屏高50%。
[0014]所述S5中二维面阵相控阵探头和一维线阵相控阵探头与待检工件之间形成均匀的密封耦合水层保护膜的厚度为2~4mm，所述带压注水口向蓄水腔壳体内注入水时的注入压力为0.1~2MPa。
[0015]本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术通过采用二维面阵相控阵探头实现声束的空间偏转及聚焦，可以获得焊缝高分辨三维超声图像的检测，解决横向缺陷检测难题；2、本专利技术通过相控阵探头沿着焊缝长度方向平行于焊缝进行直线扫查，可以实现对焊缝进行全体积检测，提高检测灵敏度和检测能力；3、本专利技术通过采用高精度FPGA相控阵控制电路，实现至少1ns的延时精度，使相控阵超声波检测系统智能化高效化；4、本专利技术使二维面阵相控阵探
头和一维线阵相控阵探头与待检工件之间形成均匀的密封耦合水层保护膜，降低了二维面阵相控阵探头和一维线阵相控阵探头信号的反射程度，提高了信号精度，检测结果更加准确。
附图说明
[0016]图1是本专利技术实施例一种焊缝缺陷全自动相控阵超声波检测系统的结构俯视图。
[0017]图2是本专利技术实施例一种焊缝缺陷全自动相控阵超声波检测系统的系统主机检测原理示意图。
[0018]图3一种焊缝缺陷全自动相控阵超声波检测系统的一维线阵相控阵探头检测焊缝的声束分布示意图。
[0019]图4是本专利技术实施例一种焊缝缺陷全自动相控阵超声波检测系统检测校准样管示意图。
[0020]图5是本专利技术实施例一种焊缝缺陷全自动相控阵超声波检测系统的小孔注水匀速耦合的方式检测示意图。
[0021]附图标记：1
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种焊缝缺陷全自动相控阵超声波检测系统，其特征在于：包括：焊缝检测装置和系统主机，所述的焊缝检测装置包括第一支撑架（6）、第二支撑架（7），所述的第一支撑架（6）和第二支撑架（7）通过焊缝耦合曲率调整旋钮（3）可活动连接，所述的第一支撑架（6）上设有第一悬臂（8），所述的第二支撑架（7）上设有第二悬臂（9），所述的第一悬臂（8）、第二悬臂（9）的前端对应设置有一维线阵相控阵探头（2），所述的第一悬臂（8）、第二悬臂（9）的后端对应设置有二维面阵相控阵探头（1），所述的一维线阵相控阵探头（2）、二维面阵相控阵探头（1）分别通过连接线（17）与所述系统主机相连接。2.根据权利要求1所述一种焊缝缺陷全自动相控阵超声波检测系统，其特征在于：所述系统主机包括第一发射
‑
接收控制模块、第二发射
‑
接收控制模块、A/D转换器、数字信号高速存储模块、聚焦法则计算器和显示器，所述的第一发射
‑
接收控制模块与所述一维线阵相控阵探头（2）相连接，所述第二发射
‑
接收控制模块与所述二维面阵相控阵探头（1）相连接。3.根据权利要求1所述一种焊缝缺陷全自动相控阵超声波检测系统，其特征在于：所述第二支撑架（7）上设有位置跟踪编码器（4），所述位置跟踪编码器（4）通过连接线与系统主机相连接。4.根据权利要求1所述一种焊缝缺陷全自动相控阵超声波检测系统，其特征在于：所述的第一支撑架（6）和第二支撑架（7）的末端分别设有第一轨道行驶轮架（10）、第二轨道行驶轮架（11），所述的第一轨道行驶轮架（10）、第二轨道行驶轮架（11）上分别设有轨道行驶轮（5）。5.根据权利要求4所述一种焊缝缺陷全自动相控阵超声波检测系统，其特征在于：所述轨道行驶轮（5）带磁性。6.根据权利要求1所述一种焊缝缺陷全自动相控阵超声波检测系统，其特征在于：所述一维线阵相控阵探头（2）、二维面阵相控阵探头（1）采用FPGA相控阵控制电路控制，延时精度≥1ns。7.根据权利要求1所述一种焊缝缺陷全自动相控阵超声波检测系统，其特征在于：所述二维面阵相控阵探头（1）的发射声束角度≥3个，以二维面阵相控阵探头（1）晶片正对横截面坐标为基准，发射声束覆盖范围划分为
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30
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，0
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，30
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。8.一种焊缝缺陷检测方法，使用如权利要求1~7所述任意一种焊缝缺陷全自动相控阵超声波检测系统，其特征在于：包括如下步骤：S1：刻制具有横向缺陷和纵向缺陷的校准样管；校准样管和待检工件（15）具有相同的表面粗糙度、母材及焊缝成分、相同的焊接工艺参数；S2：根据待检测钢管厚度及材料类型，选择二维面阵相控阵探头（1）和一...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘云，毕宗岳，马佼佼，牛爱军，余晗，杨静，赵勇，韦奉，王和平，席敏敏，焦炜，梁航，任永峰，
申请(专利权)人：宝鸡石油钢管有限责任公司中油国家石油天然气管材工程技术研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：