一种大型管状结构多通道水耦合超声检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于结构健康检测领域，具体涉及一种大型管状结构的多通道水耦合超声检测装置。
【背景技术】
[0002]大型管状结构作为气、液容器、化工冶炼容器及安全保障设施等，广泛应用于航空航天、国防、化工、医疗等领域。由于制造过程中内部缺陷(裂纹、空隙、夹杂物)的产生，以及使用过程中缺陷的演化以及新缺陷(裂纹、腐蚀)的产生，使得结构的无损检测变得困难。超声检测技术，作为五大常规无损检测技术中应用最广泛、使用频率最高、发展较快的一种无损检测技术，以其检测范围广、检测深度大、缺陷定位准确、灵敏度高、成本低、使用方便、速度快、对人体无害以及便于现场使用等优点，成为了此种结构无损检测的首要选择。
[0003]超声检测方法可以分为接触式、液浸式及空耦式三种。接触式超声检测方法是超声探头与被测对象通过直接接触传播超声波，两者之间通常以涂抹耦合剂的方式达到排除空气和良好接触的效果。液浸式超声检测方法是超声探头与被测对象之间的超声波耦合在液体通道中进行传播。空耦式超声检测方法是超声探头与被测对象间的超声波耦合在空气中传播。对于大型管状结构的超声检测，接触式超声检测方法由于涂抹耦合剂的缘故，效率低下、成本较高、容易污染待测对象、难以自动化。空耦式超声检测方法检测信号衰减严重、适用范围有限且易受环境噪声影响。相对以上两种方法，液浸式超声检测方法具有非接触、检测信号衰减小、灵敏度高、效率高、适用范围广、成本较低、清洁环保且便于自动化的优点，因此成为大型管状结构的首要选择。但是，由于结构体积大、质量大、成封闭状，浸没在水槽中以实现液浸式超声检测的方法不适用于此种结构。因此，通过喷水耦合的方式实现液浸式超声脉冲回波检测是大型管状结构的最佳方法。
[0004]对于上述方法，如何实现水親合直接决定着检测结果。1985年，Borislav(US4507969)设计了一种超声液体喷射探头，主要实现方式为:制作一个喷嘴，将超声探头放置其中。通过改变喷嘴中探头周围流道的形状来改变液体压力及流速，将探头底面部分浸入液体中，超声波耦合在液体中喷射到被测对象表面。检测信号既可以通过超声脉冲回波的方式被同一探头接收，也可以通过透射方式被结构另一侧的探头接收，其中另一侧探头也是用相同的喷水耦合方法。随后，波音公司的Fred(4558598)设计了一种超声线性阵列喷嘴，用于层状结构(如蜂窝结构)的超声透射模式检测。该设计通过指数变幅挡板将线性阵列的超声换能器流道完全隔开，每个换能器发射的超声波耦合在水中经各自的流道喷射到结构表面，检测信号由另一侧的超声探头接收。随着超声检测的广泛应用，各种超声喷水耦合装置也层出不穷，其中比较有代表性的如US74327B2、US7607594B2、US7798003B2等。上述专利的设计原理与结构都和Borislav的设计大同小异。
[0005]相对国外而言，国内的超声检测技术正处于一个蓬勃发展的阶段，也有不少学者对喷水耦合系统进行了设计和应用。徐志农等(CN10268055A)设计了一种基于超声检测仪的水浸探头喷水耦合装置，采用可拆卸的多管道连接的方式形成探头下游流道，将超声波耦合其中并喷射到结构表面。刘海波等(CN103962890A)设计了一种用于超声检测的喷液器，通过双层多孔筛结构实现双层整流，控制水流为层流状态。
[0006]上述国内外液浸式超声脉冲回波检测的喷水耦合系统虽然都设计较为合理可行，但是仍不能应用于大型的、管状的结构中，其主要不足之处在于:1.水流从喷嘴喷射出来后借助水槽形成水循环系统。对于大型系统，由于检测时间长，且没有足够大的水槽，会造成严重的水流浪费，增加排水系统压力。2.主要针对平面结构的超声检测，很少考虑波束角度的改变，忽略了对管状结构超声波检测的波束角度校准问题，难以实现垂直入射。3.主要是单通道的超声检测，且喷嘴整体尺寸较大，不便于多通道的集成及测点密度的增加，进而无法满足大型结构的超声检测。
【实用新型内容】
[0007]为了解决以上现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种大型管状结构的多通道水耦合超声检测装置；检测时可以实现接触式水耦合检测，大大减少水流损失；附加校准装置，实现波束对弧面垂直入射；体积小，规范化，便于多通道的集成，有利于实现自动化。
[0008]本实用新型的目的在于提出一种大型管状结构的多通道水耦合超声检测装置。
[0009]本实用新型的大型管状结构的多通道水耦合超声检测装置包括:探头、水腔组件、校准装置和一分多水管转换头；其中，探头设置在水腔组件中；多个水腔组件紧密排列成一排；在一排水腔组件的两端分别设置校准装置，通过紧固件与一排水腔组件紧固；在一排水腔组件上面设置一分多水管转换头，二者共轴，一分多水管转换头的下表面紧压设置在水腔组件中的探头；每一个水腔组件的顶部设置有入水嘴，底部设置有出水孔；一分多水管转换头的一端设置有总入水口，并且与多个水腔组件的入水嘴相对应，设置有多个出水嘴，通过连接管分别与水腔组件的入水嘴连接；在未受压力的状态下，校准装置的下表面超出水腔组件的底部。
[0010]水从一分多水管转换头的总入水口流入，通过一分多水管转换头的每一个出水嘴分别流入水腔组件中的入水嘴，最终从每一个水腔组件的出水孔流出；在未受压力的状态下，校准装置的下表面超出水腔组件的底部，放置在待测试件上的过程中校准装置的下表面先接触待测试件的表面，完成弧面校正，之后下压整个检测装置，直至水腔组件的底部接触待测试件的圆弧形的表面。
[0011]水腔组件包括上组件、中组件和下组件；其中，上组件内设置有:探头孔、入水孔、入水嘴、第一贮水池和流水槽，其中，在上组件的顶部分别设置探头孔和一个或多个入水孔，探头设置在探头孔内，入水嘴插入入水孔，入水孔的底部与第一贮水池的顶部连通，第一贮水池的底部设置多个流水槽，上组件的底部设置有外螺纹；中组件内设置有第二贮水池，上组件中的多个流水槽的底部连接第二贮水池的顶部，中组件的顶部和底部分别设置有内螺纹，分别与上组件和下组件连接；下组件的中心设置有通孔，通孔的底部设置出水口，作为水腔组件的终端，在出水口的外边缘设置环形的硬质海绵块，硬质海绵块的底部超出出水口的底部；下组件的顶部设置有外螺纹，与中组件连接；水从入水嘴流入，经入水孔进入第一 1C水池，从第一 1C水池的底部经多个流水槽，进入第二 1C水池，最终从出水口流出。第一贮水池用以缓冲和整流，第二贮水池用以二次整流。探头孔的尺寸根据探头的尺寸设计为变径孔，上部设置有轴肩凹槽，与探头的轴肩配合定位。出水口的形状为喇叭口形或圆锥形。
[0012]进一步，在上组件中还包括密封槽和密封圈，一个或多个密封槽环绕着探头孔的外壁，密封圈设置在密封槽内，以减少流水溢出。
[0013]在每一个水腔组件的上组件的两侧，分别设置有定位孔，多个水腔组件紧密排列成一排，分别用两根支撑杆通过两排定位孔，将水腔组件连接固定。
[0014]校准装置包括滑轨框、定位凹槽、滑轨槽、校准块、弹簧凹槽和弹簧；其中，在滑轨框的底部设置有定位凹槽；在定位凹槽的两侧分别设置有滑轨槽；校准块沿着滑轨槽在定位凹槽内上下移动；校准块的底面为圆弧形，主要起到圆弧上校准的功能，圆弧的大小决定了所能校准圆弧范围的最大值；在滑轨框与校准块的顶部相对位置，设置有多个弹簧凹槽，滑轨框与校准块之间通过弹簧凹槽安装有多个弹簧，从而增加校准块的整体刚度，同时控制校准块升降的稳定性。在滑轨框的两侧分别设置有校准装置定位孔，支撑杆通过校准装置定位孔将校准装置串连在一排水腔组件的两端，在每根支撑杆的两端分别设置紧固件，将校准装置与一排水腔组件固定。
[0015]—分多水管转换头包括管壁、总入水口、固定块、流道、出水嘴和引线孔；其中，在管壁的一端设置有总入水口 ；在管壁内设置有固定块，固定块与管壁同轴，固定块与管壁的上壁和下壁连接成为一个整体；在固定块内与每个水腔组件内的探头相对应的位置设置有引线孔，探头的引线通过引线孔连接至外部设备；固定块与两个侧壁之间具有空隙，从而形成流道；总入水口与流道相连通；在管壁的两侧与一排水腔组件的各个入水嘴相对应的位置分别设置有出水嘴，出水嘴与流道连通；从而水从总入水口流入，经过流道，从各个出水嘴流入相对应的水腔组件的入水嘴。
[0016]本实用新型的大型管状结构的多通道水耦合超声检测装置的检测方法，包括以下步骤:
[0017]1)将检测装置放置在待测试件的表面，按压整个检测装置，校准装置的校准块的底部圆弧接触待测试件的圆弧形的表面，进行校准，使得各个水腔组件的轴线垂直于待测试件的圆弧；
[0018]2)压力增加，由内嵌在校准装置内的多个弹簧控制，校准块沿滑轨槽在滑轨框内上升，硬质海绵块接触待测试件的圆弧形的表面；
[0019]3)高处水源中的水在重力作用下由一分多水管转换头的总入水口流入，经过流道，从各个出水嘴流入相应的水腔组件的入水嘴；
[0020]4)从入水嘴流入的水，经入水孔进入第一贮水池，从第一贮水池的底部经多个流水槽，进入第二贮水池，最终从出水口流出，并密封在检测装置与待测试件之间，此时探头与待测试件之间通过水耦合传播超声波；
[0021]5)在机械臂及计算机软件的控制下，进行超声测试，一组测试完成后，保证密封的同时减小压力，检测装置在待测试件的圆弧形的表面滑行，定位到下一处后增加压力，重复步骤1)?5)，继续测试，直至自动完成整个待测试件的C扫描。整个过程中水流较少溢出。
[0022]本实用新型的优点
[0023]本实用新型采用一分多水管转换头将水分别引入一排