一种换热器管板角焊缝超声波自动检测装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种换热器管板角焊缝超声波自动检测装置。目的是提供的装置应可实现换热器管板角焊缝纵向和周向自动检测，并且检测方法简便、检测结果可靠。技术方案是：一种换热器管板角焊缝超声波自动检测装置，包括机械扫查装置、设置在机械扫查装置上的探头、与探头电连接的检测仪以及对上述装置进行控制的控制器8；其特征在于所述机械扫查装置包括管状的箱体、通过轴承可转动地定位在箱体上的传感器支架轴以及驱动传感器支架轴的步进电机；所述探头为相控阵探头；所述检测仪为超声相控阵检测仪。
【专利说明】一种换热器管板角焊缝超声波自动检测装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种换热器管板角焊缝超声波自动检测装置，具体是换热器管板角焊 缝纵向相控阵电子线扫描周向机械自动扫查的检测装置。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 换热器管子-管板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 置均采用的双晶聚焦探头检测，检测效率明显偏低。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是克服上述【背景技术】的不足，提出一种换热器管板角焊缝超声波自 动检测装置，该装置应可实现换热器管板角焊缝纵向和周向自动检测，并且检测方法简便、 检测结果可靠。
[0005] 本发明提供的技术方案是：一种换热器管板角焊缝超声波自动检测装置，包括机 械扫查装置、设置在机械扫查装置上的探头、与探头电连接的检测仪以及对上述装置进行 控制的控制器8 ;其特征在于所述机械扫查装置包括管状的箱体、通过轴承可转动地定位 在箱体上的传感器支架轴以及驱动传感器支架轴的步进电机；所述探头为相控阵探头；所 述检测仪为超声相控阵检测仪。
[0006] 所述传感器支架轴从壳体中往前方悬伸而出后其前端又通过轴承可转动地定位 一用于插入被测管道的管内轴；传感器支架轴的中间部位制有径向贯通的安装槽，所述探 头固定在前述安装槽中并且暴露在箱体外部；该探头还通过数据线与外部的超声相控阵检 测仪电导通。
[0007] 所述壳体上还制作一用于通水的进水孔，该进水孔通过壳体的内腔与前述安装槽 相通。
[0008] 本发明的工作原理是：
[0009] 纵向采用电子线扫查技术，周向采用机械扫查技术，直到完成整个角焊缝的检测。 扫描时，按规划好的路径作空间扫描，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，从而实现检测C扫描实时成像。
[0010] 本发明的有益效果是：由于采用超高频、微晶片超声相控阵列技术，结合计算机和 机械传动机构，周向采用步进电机实现周向360度扫查，轴向采用电子线扫查（代替常规的 机械扫查方式）；由相控阵列探头代替常规的双晶聚焦探头，使检测精度和检测可靠性明 显提1?，检测速度以及检测效率大幅提
【专利附图】
【附图说明】
[0011] 图1为热器管板角焊缝检测自动扫查装置的总体结构示意图。
[0012] 图2为图1所述装置中的机械扫查装置的主视结构示意图。
[0013] 图3为图1所述装置中的机械扫查装置的俯视结构示意图。
[0014] 图4为图1所述装置的工作状态示意图。
[0015] 图5为图4中的A部放大结构示意图。
【具体实施方式】
[0016] 以下结合附图所示的实施例进一步说明。
[0017] 换热器的换热管4与管板1之间通常采用焊接形式连接，形成角焊缝2 (如图4)。 对换热器管板角焊缝进行超声检测的关键是探头必须伸入管内检测；鉴于换热管直径较 小，所以采用超高频（10-15MHZ)、微晶片相控阵列技术，伸入管口内在角焊缝区作360°周 向扫描检查，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。
[0018] 本发明提供的自动扫查装置由超声相控阵检测仪5、控制器8、机械扫查装置12、 相控阵探头3组成，AC/DC适配器开关6连通电源对超声相控阵检测仪供电，超声相控阵检 测仪通过数据接口 7连接相控阵探头和编码器，从而控制超声波的发射和接收以及检测位 置的输入。纵向（即轴向）扫查采用电子线扫，通过线性阵列相控阵探头实现。周向扫查采 用机械结构，通过控制器8控制专用机械扫查装置12的运动，控制器的控制面板11实现扫 查装置的启动、停止、急停、回转等功能，电源开关9连通电源对机械扫查装置进行供电。步 进电机控制开关10控制周向步进电机。线性阵列相控阵探头3装在机械扫查装置内。超 声相控阵检测仪对电子线扫查、周向机械扫查的位置信息和相控阵探头接收的超声波信号 进行处理，在其显示器上形成实时B、C、3D等扫描图像，并把数据储存在内部或外部的存储 器里。
[0019] 机械扫查装置12结构如图3所示；主要包括传感器支架轴13、数据线14、管内轴 15、步进电机支架16、轴承端盖17、箱体18、步进电机19等。工作原理为：
[0020] 将相控阵探头3安装在传感器支架轴13上的安装槽中并由沉头螺钉固定，数据线 14透过步进电机支架侧面空隙绕出；相控阵探头中心与转轴中心重合，晶片部分刚好露出 使超声波顺利的传播。
[0021] 传感器支架轴13通过大轴承21安装到箱体18中，管内支撑轴上15 (用于管内封 闭，以便于扫查部位贮水）通过小轴承20安装到传感器支架轴的前端；箱体上还制作一用 于通水的进水孔22,该进水孔通过箱体的内腔与前述安装槽相通。
[0022] 步进电机支架16固定在箱体的后端（图中显示是右端）。步进电机19连接到步 进电机支架上，传感器支架轴通过联轴节连接到步进电机前轴上，编码器（图中省略）通过 联轴器连接到步进电机后轴上。
[0023] 工作原理是：
[0024] 1)将传感器支架轴的前端插入换热管内（使管内支撑轴在前方封堵不致漏水）， 箱体前端则紧靠管子端面（也在此处封堵使之不致漏水），接着往箱体上的注水孔22中注 入水，使探头周围充满水（常规的水浸耦合技术），方便超声波传播。
[0025] 2)启动电源开关，正反转开关，速度调节开关（低速为5m/r，高速为20m/r)。步 进电机驱动探头和传感器支架轴进行周向旋转实时记录超声信号，同时通过联轴器与编码 器相连记录相位信息。最后，将采集到的信号传输至超声相控阵检测仪，形成C扫描图像显 /_J、1 〇
[0026] 3)周向扫查一圈结束后，切断电源开关，再反转一圈，防止探头数据线卡住。
[0027] 4)通过控制器8 (外购件）对机械扫查装置进行供电和扫。控制步进电机驱动后 实现周向扫查，并通过步进电机后轴上的编码器记录周向扫查位置信息。当拨动左边"开 关"为开时，控制步进电机匀速转动；右边的开关用于调节转速，可以分"高速"和"低速"两 种。中间是电机正反转开关，它的作用是通过控制电机正反转操作解除缠绕在传感器支架 轴上的探头数据线。当开关停止时，步进电机停止转动。因此，该系统检测完一个角焊缝只 需约30秒的时间，检测效率大幅度提尚。
【权利要求】
1. 一种换热器管板角焊缝超声波自动检测装置，包括机械扫查装置（12)、设置在机 械扫查装置上的探头（3)、与探头电连接的检测仪（5)以及对上述装置进行控制的控制器 (8);其特征在于所述机械扫查装置包括管状的箱体（18)、通过轴承可转动地定位在箱体 上的传感器支架轴（13)以及驱动传感器支架轴的步进电机（19);所述探头为相控阵探头； 所述检测仪为超声相控阵检测仪。
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 传感器支架轴从壳体中往前方悬伸而出后其前端又通过轴承可转动地定位一用于插入被 测管道的管内轴（15);传感器支架轴的中间部位制有径向贯通的安装槽，所述探头固定在 前述安装槽中并且暴露在箱体外部；该探头还通过数据线（14)与外部的超声相控阵检测 仪电导通。
3. 根据权利要求3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 壳体上还制作一用于通水的进水孔（22)，该进水孔通过壳体的内腔与前述安装槽相通。
【文档编号】G01N29/06GK104090027SQ201410333067
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月14日 优先权日:2014年7月14日
【发明者】郭伟灿, 刘仲强, 许辉庭 申请人:浙江省特种设备检验研究院