专利名称：支柱瓷绝缘子的超声波探伤检测方法和探头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种支柱瓷绝缘子的超声波探伤检测方法和探头，尤其涉及一种支柱绝缘子的SH型横波超声波探伤检测方法和专用于这种方法的探头。
背景技术：
支柱瓷绝缘子是变电站和发电厂的重要组成设备，近年来国内时常出现因支柱瓷绝缘子断裂而发生的事故，它不仅可能造成严重的电网事故，影响安全供电，还对运行及检修人员的人身安全构成，成为电路系统安全运行的一大隐患。因此为了防止运行中的支柱瓷绝缘子突然断裂，确保支柱瓷绝缘子的安全可靠运行，国内已重点对支柱瓷绝缘子的超声波检测技术进行研究。
根据对大量瓷绝缘子断裂事故的总结及原因分析，由于气候、胶装质量及瓷绝缘子制造机构等机理，90％左右的裂纹均产生于瓷绝缘子两端铸铁法兰的胶装处，由瓷绝缘子向内延伸，对此处裂纹的可靠检出，是超声波探伤的关键。检测方法也主要以提供此处裂纹的检验灵敏度为目的。
现有的瓷绝缘子超声波探伤方法主要有超声波爬波探伤法和小角度纵波探伤法。
爬波由于传播时声压衰减很大，使得检测裂纹时的灵敏度和信噪比均较低，并且其最大有效检测范围仅为50mm。而小角度纵波虽然具有能够检测瓷绝缘子内部缺陷的特点，但由于小角度纵波的端角反射的实际灵敏度不高，因此对于小尺寸表面裂纹的检出仍有较大难度。
此外，由于支柱绝缘子与瓷套重点探测的部位恰为瓷瓶法兰与伞盘相交附近的区域，如图1所示，该区域的显著特点是水平跨距较小，决定可检与否的关键是瓷瓶法兰与伞盘的间距。试验表明，对于不同规格的支柱绝缘子，如果探头轴向尺寸≤15mm，瓷瓶的可检率将达到80％，而这样做的结果是不得不使用小晶片制造探头，因而探头灵敏度大大降低，尤其是爬波探头的有效检测范围甚至因此低于15mm。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种具有高灵敏度和可靠性的支柱瓷绝缘子的超声波探伤检测方法。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种支柱瓷绝缘子的超声波探伤检测方法，所述方法包括a)向被检工件的检测面发射SH波；b)使用横波耦合剂将探头与被检工件的待检测面耦合；c)用所述探头在所述待检测面上进行扫查；d)使用瓷绝缘子试块调整所述探头的基准灵敏度和扫查灵敏度；e)检测被检工件的待检测面的反射波，并将第一次接收到的反射波高达到缺陷设定值的反射波记录为缺陷信号；f)测量所述缺陷的长度；g)对反射波波高达到步骤e)记录的缺陷信号的工件予以判废。
在步骤c)中所述扫查的覆盖率大于所述探头直径的15％，探头扫查时的移动速度不超过50mm/s。
在步骤d)中，所述的调整基准灵敏度是指将探头对准瓷绝缘子上的1mm矩形槽，将第一次反射波高度调整到探伤仪仪表满刻度的80％作为基准灵敏度；所述的扫查灵敏度是指在所述基准灵敏度基础上再提高6dB作为扫查灵敏度。
在步骤e)中，所述的缺陷设定值为探伤仪仪表满刻度的80％。
在步骤f)中，所述缺陷的长度测量按6dB法进行。
所述的支柱瓷绝缘子的超声波探伤检测方法还包括根据被检工件的表面曲率对基准灵敏度进行耦合补偿。
本发明还提供一种专用于这种方法的支柱瓷绝缘子的超声波探伤检测探头，其特点是其发射的超声波是SH型横波。
所述的支柱瓷绝缘子的超声波探伤检测探头，轴向尺寸小于15mm，保证大于80％的可检率，并且由于SH超声波灵敏度高的特点，在超声波晶片尺寸缩小的情况下仍可以保证检测范围内的灵敏度。
所述的支柱瓷绝缘子的超声波探伤检测探头，接触面是圆弧面，该圆弧面的曲率应略大于检测面的曲率，例如大10％，以便和检测面相吻合。
所述的支柱瓷绝缘子的超声波探伤检测探头可采用单晶探头，为提高检测灵敏度和信噪比，也可采用双晶片探头。
所述的支柱瓷绝缘子的超声波探伤检测探头，入射波应具有较大的折射角。这是因为SH波探头的往复透过率随折射角的增大而增大，增大折射角可增大往复透过率，进而增大回波幅度。为使SH波折射角在设计范围内，应根据不同的SH声速计算探头入射角，探头按声速范围分系列设计。为避免由于瓷瓶本身材质不均匀导致折射角偏差，探头的中心折射角为折射角设计范围的中区值。
本发明采用SH横波的支柱绝缘子的检测方法具有以下优点1.SH横波波波长小于纵波，可检出更小尺寸的缺陷；2.SH波射到与工件表面相垂直的裂纹类面状缺陷时，可得到反射波幅很高的回波，其裂纹检测灵敏度及信噪比较上述其他超声波探伤检测方法高；3.大角度SH波表面及表面下声场强度可达一致，检测工件的表面障碍而不影响其传播；4.SH波在传播过程中衰减很小，探测距离大大提高，可检测更大范围的缺陷；本发明的专用于所述检测方法的探头优点在于同时提高了检测灵敏度和可检率。
图1是支柱瓷绝缘子的探伤检测示意图。
具体实施例方式
本发明的支柱绝缘子的超声波探伤检测方法采用以下设备A型脉冲反射式超声波探伤仪，该探伤仪为现有的仪器；本发明的瓷绝缘子SH超声波专用探头(单晶或双晶)；瓷绝缘子试块，试块是超声波检测的重要组成部分，起测试探头性能、调整灵敏度、确定评价标准的作用。检测的主要缺陷为裂纹，利用试块上的声波反射体调节系统灵敏度。该试块材质为普通瓷、高强瓷。
检测之前应当有检测准备，瓷绝缘子的超声波探伤在线路停运的状态下进行。瓷绝缘子两端铸铁法兰的胶装处应为探伤的主要部位，如对其它部位有怀疑，也应全面检查。检测前应对检测面的外观进行宏观检查。所有影响超声探伤的污物、灰尘等都应予以清除。
检测中使用横波耦合剂将探头与待检测面耦合，耦合剂是超声波由探头透入工件的传导介质。
接着探头对检测面发射SH波，在所述检测面上进行扫查，探头的扫查覆盖率应大于探头直径的15％，探头的扫查速度不应超过50mm/s。扫查中利用试块上3mm矩形槽，调节为表面水平1∶1。
在灵敏度调整中，使用试块上1mm矩形槽调整所述探头的基准灵敏度和扫查灵敏度。具体为将探头对准试块上1mm矩形槽，将第一次反射波高度调整到探伤仪仪表满刻度的80％作为基准灵敏度，还应根据被检工件的表面曲率，对基准灵敏度进行补偿，补偿值应根据对比试验确定。如工件与试块的表面曲率相差15％，应按照实际工件的曲率加工对比试块。在基准灵敏度的基础上，再提高6dB作为扫查灵敏度。
检测过程中如发现缺陷第一次反射波波高大于等于探伤仪仪表满刻度的80％，即记录为缺陷信号。检出缺陷后，应对其长度进行测量。缺陷的测长按6dB法进行。
对达到记录的缺陷信号波高的信号应注意其缺陷特征，如有怀疑时，应采取更换探头型式、观察动态波型并结合结构工艺特征判定是否为缺陷。对达到记录的缺陷信号波高的缺陷应予以判废。
本发明在上述检测方法基础上设计了专用于这种方法的探头，该探头的设计应考虑以下因素在超声波探头轴向尺寸一定的情况下，决定可检与否的关键是瓷瓶法兰与伞盘的间距。根据统计，当探头轴向的尺寸≥40mm时，瓷瓶的可检率小于40％，为了提高可检率，必须缩短探头的轴向尺寸，试验表明，如探头轴向的尺寸≤15mm，瓷瓶的可检率将达到80％，而这样做的结果是不得不使用小晶片制造探头，因此探头的灵敏度大大降低(特别是爬波探伤时，此现象非常明显，有效检测范围甚至小于15mm)。
为了保证可检率，SH波探头的轴向尺寸应小于15mm，设计为10mm，使可检率达到90％以上。由于SH超声波灵敏度高的特点，在超声波晶片尺寸缩小的情况下，仍可以保证检验范围内的灵敏度。为进一步提高重点区域的检测灵敏度和信噪比，同时设计双晶片探头。
由于绝缘子表面为圆弧面，为取得好的耦合效果，探头检测面应设计为略大于(10％)检测面的曲率。
超声波探伤是利用超声波在缺陷上的反射进行检测的，因此超声波的往复透过率是首要考虑因素。
SH波探头的往复透过率随折射角的增大而增大，在实施中可从对试块的测试中选取合适的折射角范围以获得最大的往复透过率。
不同种类、批号的支柱瓷绝缘子其声速不相同，SH波声速范围3400～4100m/s，各种不同材质的超声波探头楔块其声速亦不相同，但其均遵循斯涅尔定律Sinαs/Cs＝SinαL/CL其中αs是声波在入射介质中的入射角，Cs是声波在入射介质中的速率，αL声波在折射介质中的折射角，CL是声波在折射介质中的速率。为使SH波折射角处于合适的范围内，应根据不同的SH声速计算探头入射角，探头按声速范围分系列设计。为避免由于瓷瓶本身材质不均匀导致折射角偏差，中心折射角为折射角设计范围的的中区值。
综上所述，SH波探头技术要求见下表
权利要求
1.一种支柱瓷绝缘子的超声波探伤检测方法，其特征在于，包括a)向被检工件的检测面发射SH波；b)使用横波耦合剂将探头与被检工件的待检测面耦合；c)用所述探头在所述待检测面上进行扫查；d)使用瓷绝缘子试块调整所述探头的基准灵敏度和扫查灵敏度；e)检测被检工件的待检测面的反射波，并将第一次接收到的反射波高达到缺陷设定值的反射波记录为缺陷信号；f)测量所述缺陷的长度；g)对反射波波高达到步骤e)记录的缺陷信号的工件予以判废。
2.如权利要求1所述的支柱瓷绝缘子的超声波探伤检测方法，其特征在于，在步骤c)中所述扫查的覆盖率大于所述探头直径的15％，所述探头扫查时的移动速度不超过50mm/s。
3.如权利要求1所述的支柱瓷绝缘子的超声波探伤检测方法，其特征在于，在步骤d)中，所述的调整基准灵敏度是指将探头对准瓷绝缘子上的1mm矩形槽，将第一次反射波高度调整到探伤仪仪表满刻度的80％作为基准灵敏度；所述的扫查灵敏度是指在所述基准灵敏度基础上再提高6dB作为扫查灵敏度。
4.如权利要求1所述的支柱瓷绝缘子的超声波探伤检测方法，其特征在于，在步骤e)中，所述的缺陷设定值为探伤仪仪表满刻度的80％。
5.如权利要求1所述的支柱瓷绝缘子的超声波探伤检测方法，其特征在于，在步骤f)中，所述缺陷的长度测量按6dB法进行。
6.如权利要求1所述的支柱瓷绝缘子的超声波探伤检测方法，其特征在于，还包括根据被检工件的表面曲率对基准灵敏度进行耦合补偿。
7.一种支柱瓷绝缘子的超声波探伤检测探头，其特征在于，所述支柱瓷绝缘子的超声波探伤检测探头发射的超声波是SH型横波。
8.如权利要求7所述的支柱瓷绝缘子的超声波探伤检测探头，其特征在于，所述支柱瓷绝缘子的超声波探伤检测探头是单晶探头或双晶探头。
9.如权利要求7所述的支柱瓷绝缘子的超声波探伤检测探头，其特征在于，该超声波探伤检测探头的轴向尺寸小于15mm。
10.如权利要求7所述的支柱瓷绝缘子的超声波探伤检测探头，其特征在于，该超声波探伤检测探头的接触面是圆弧面。
全文摘要
本发明公开了一种支柱瓷绝缘子的超声波探伤检测方法，包括a)向被检工件的检测面发射SH波；b)使用横波耦合剂将探头与被检工件的待检测面耦合；c)用探头在待检测面上进行扫查；d)使用瓷绝缘子试块调整所述探头的基准灵敏度和扫查灵敏度；e)检测待检测面的反射波，并将第一次接收到的反射波高达到缺陷设定值的反射波记录为缺陷信号；f)测量所述缺陷的长度；g)对反射波波高达到步骤e)记录的缺陷信号的工件予以判废。还公开了一种专用于上述方法的探伤检测探头，该探头发射的超声波是SH型横波。本发明的探伤检测方法具有高灵敏度、高可靠性和较大的检测范围，同时专用于该方法的探头具有小尺寸，在保证检测灵敏度的同时提高了瓷瓶可检率。
文档编号G01N29/04GK1948962SQ20051003042
公开日2007年4月18日 申请日期2005年10月12日 优先权日2005年10月12日
发明者严晓东 申请人:华东电力试验研究院