圆柱曲面工件的横向缺陷检测装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及超声检测技术领域，尤其涉及一种圆柱曲面工件的横向缺陷检测装置及方法。
【背景技术】
[0002]小径管对接焊缝广泛存在于石油、化工、供暖等各种大型锅炉尤其是火电锅炉中，用作热交换和物质传输。如一台I千兆瓦的锅炉在安装中约有焊缝8万多道，而2014年我国火力发电装机容量约915.7千兆瓦，小径管对接焊缝数量巨大。若焊缝中存在未发现的危害性缺陷，则易引起爆管，可能导致锅炉非计划停机，造成巨大的经济损失和社会问题。该类焊缝服役环境恶劣，因此对于检测的可靠性和检测效率要求极高，检测难度大。尤其是横向缺陷，极易漏检。横向缺陷是指焊缝中缺陷的走向垂直于焊缝中心线和检测面的缺陷，最常见的横向缺陷是横向裂纹。
[0003]目前焊缝检测常用的无损检测技术包括射线、超声、磁粉、渗透和涡流，其中只有射线和超声可以同时检测小径管对接焊缝表面和内部缺陷。
[0004]射线检测是利用射线透过被检物体时有缺陷部位与无缺陷部位对射线的吸收能力不同，导致成像底片的亮度不同而检测缺陷，一般采用单次透照的双壁双投影检测方法。它对裂纹、未熔合等危害性较大的面积型缺陷不敏感；检测较厚工件时难以透照，检测中有盲区，易导致漏检；还存在辐射、污染，效率低的不足。
[0005]而目前常规的超声检测一般采用斜入射横波(SV波)脉冲回波法单面双侧检测，通过手动来回移动探头作锯齿形扫查，观察回波幅度和回波变化定位定量定性缺陷。该方法检测时，声传播方向与横向缺陷共面，很难检测出横向缺陷，且采用自发自收方式，楔块前沿较大，难以检测较薄的工件。另外，超声衍射时差法的检测盲区太大，甚至大于管子壁厚，不适宜于检测小径管对接焊缝。最后，目前工业检测中常用的相控阵超声检测技术采用聚焦脉冲横波回波法扇形扫描、电子扫描和多项扫描成像进行检测，同样存在常规超声检测中遇到的问题一声传播方向与横向缺陷共面，缺陷反射回波信号很弱，甚至淹没于噪声信号之中，极易造成漏检。采用二维相控阵超声检测技术进行检测，探头阵元数多，要求设备通道数较多，检测设备昂贵且不适宜于现场应用。
[0006]目前的横向缺陷的超声检测只能检测板对接焊缝的横向缺陷。主要是采用常规超声单晶片探头，布置于焊缝两侧，斜探头与焊缝中心线所成角度不大于10°，作两个方向的斜平行扫查，如果焊缝余高磨平，探头可以在焊缝及热影响区上作两个方向的平行扫查。但斜平行扫查不能用于管对接焊缝，主要是由于楔块-工件曲线引起声束发散严重，使得检测声场混乱，不能进行检测。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的技术问题在于，提供一种圆柱曲面工件的横向缺陷检测装置及方法，解决当前小径管对接焊缝横向缺陷难以检测的问题。
[0008]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种圆柱曲面工件的横向缺陷检测装置，其特征在于，包括楔块和相控阵超声换能器，所述相控阵超声换能器安装于所述楔块的斜面，所述楔块的上部还设置有吸声结构，所述楔块的下表面为弯圆柱曲面，从而在检测时与待检测工件紧密契合，所述相控阵超声换能器各阵元同时激发时所形成声束的中心线位于待检测工件的管轴的垂直面上。
[0009]其中，所述相控阵超声换能器为一维线性相控阵超声换能器。
[0010]进一步的，所述相控阵超声换能器的中心点到待检测工件的管轴的垂线，与各阵元同时激发时所形成声束的中心线的夹角β为51°到54°之间。
[0011]本发明还提供了一种圆柱曲面工件的横向缺陷检测方法，所述方法基于如权利上述的横向缺陷检测装置，则所述方法包括:
[0012]设置所述相控阵超声换能器的声束的角度范围，从而覆盖待检测工件的全部待检测区域；
[0013]根据所设置的声束的角度范围计算得到扫描信号的各阵元的延时；
[0014]制作距离-幅度曲线和角度增益补偿曲线来校准所述相控阵超声换能器的灵敏度，并根据由于工件和校准用试块的表面不同引起的灵敏度不同，设置好最终检测用灵敏度；
[0015]利用粘稠、不损坏工件的物质涂抹待检测工件的焊缝表面，检测时再用流动性物质作为耦合剂进行耦合，或者采用液浸法进行耦合；
[0016]将所述横向缺陷检测装置固定于扫查装置上，或者直接手动扫查；
[0017]沿焊缝中心线延伸方向进行线性扫查，检测结果以S扫描和三维成像方式显示，作为检测结果。
[0018]其中，所述粘稠、不损坏工件的物质具体为黄油。
[0019]其中，所述流动性物质为机油或浆糊或水。
[0020]实施本发明，具有如下有益效果:本发明可以检测小径管的对接焊缝横向缺陷，也可以用于其它缺陷的辅助检测和分析，其应用范围可以扩大到所有圆柱曲面工件的检测，比如圆柱形的轴中沿轴方向延伸的缺陷的检测。
【附图说明】
[0021]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1是本发明提供的圆柱曲面工件的横向缺陷检测装置的一个实施例的结构示意图；
[0023]图2是图1的横向切面图；
[0024]图3是图1的竖向切面图。
【具体实施方式】
[0025]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0026]图1是本发明提供的圆柱曲面工件的横向缺陷检测装置的一个实施例的结构示意图，图2是图1的横向切面图，图3是图1的竖向切面图。本实施例中，圆柱曲面工件具体为小径管。
[0027]参考图1和图3，两个管件通过焊缝105焊接后形成待检测工件101，焊缝105表面呈凸出的弧形，焊缝105的内部有横向缺陷106。
[0028]参考图1、图2，本发明实施例提供的横向缺陷检测装置包括楔块102和相控阵超声换能器104，相控阵超声换能器104具体为一维线性相控阵超声换能器。相控阵超声换能器104安装于楔块102的斜面，楔块102的上部还设置有吸声结构103，吸声结构103用于吸收楔块工件界面的反射波，减小其对检测的影响。楔块102的下表面为弯圆柱曲面，从而在检测时与待检测工件101紧密契合，有利于超声传播，相控阵超声换能器104的各阵元同时激发时所形成声束的中心线107位于待检测工件的管轴108的垂直面上，如此，声传播方向和横向缺陷夹角接近90°，反射回波强，有利于检测到横向缺陷。
[0029]参考图2，相控阵超声换能器104的中心点到待检测工件的管轴108的垂线，与各阵元同时激发时所