一种可变偏心距大口径厚壁管超声组合探头装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种可变偏心距大口径厚壁管超声组合探头装置，可一次性实现厚壁管内外壁横向缺陷和纵向缺陷的检测。本发明装置包括探头架前室与后室，前室中间为面积型缺陷探头组，两侧为偏心距可变的近内壁纵向缺陷探头组；后室中间两组为横向缺陷探头组，两侧为偏心距可变近外壁纵向缺陷探头组。横向缺陷探头组可以实现入射角微调，纵向缺陷探头组可以在一定范围内调整偏心距，且两组探头运动同步，方向相反。本发明可以实现管件内外壁及内部100%覆盖，能够一次性检出面积型缺陷、横向缺陷和纵向缺陷，特别适用于厚壁管的在线超声检测。
【专利说明】一种可变偏心距大口径厚壁管超声组合探头装置
一、【技术领域】:
[0001 ] 本发明涉及一种可变偏心距大口径厚壁管超声组合探头装置，可应用于厚径比为0.2-0.36的厚壁无缝钢管在线超声检测系统，如石油地质钻探用钻铤钻杆、石油化工用的裂化管、锅炉管、轴承管等，能够检测出内外壁及内部裂纹、分层、气泡等缺陷。
二、【背景技术】:
[0002]目前针对薄壁管的管材检测标准和检测技术发展较为成熟，而对于厚壁管检测，主要还集中在检测方法的研究上，检测标准与检测技术并不成熟，GB/T5777-2008也仅仅在附录C中给出利用变形横波检测厚径比大于0.2小于0.3的厚壁管件内壁缺陷的简要说明。特别是对于厚壁管在线自动检测和检测装置的研究还不足，出于对保证产品质量等因素的考虑，厚壁钢管缺陷自动检测检测装置受到越来越多的重视，国内许多工厂及研究机构开展了对厚壁钢管缺陷检测装置的研究。
[0003]在国内，中国专利CN202676673U “钢管超声探伤组合探头装置”一文中，将测厚探头组、横伤探头组、纵伤探头组并排成一列，结构紧凑，节省了安装空间，可对探头角度进行微调，但两侧同类探头组不能同步调整，且当管材规格变化时，都需要进行调整，预准备时间较长，系统校准频繁，对于厚壁管检测的通用性较差。中国知网论文“钻铤缺陷超声自动检测系统的设计”中针对钻铤缺陷的漏检和误判，提出了适用于大口径厚壁管材缺陷检测的方法，即多探头综合判伤法。但是其只采用了三通道探伤，检测效率较低，其工程应用推广收到极大限制，对于每一种规格管材都需要定制专用组合探头。
[0004]本发明所述大口径厚壁管是指厚径比为0.2-0.36、外径为Φ 70mm-Φ 300mm的厚
壁管材。本发明给出了大口径厚壁管超声组合探头的检测装置，可一次性检测出管材各种缺陷，可以适应不同管材的在线自动检测，装置通用性强，探头偏心距调整与操作方便，可大大提高检测效率并降低生产成本。
三、
【发明内容】
:
[0005]本发明的目的在于提供一种可变偏心距大口径厚壁管超声组合探头装置，解决了大口径厚壁管缺陷检测效率低、组合探头适应性差等难题，可以同时检测面积型伤、横伤和纵伤。本发明可以适用于石油地质钻探用钻铤钻杆、石油化工用的裂化管、锅炉管、轴承管以及汽车、拖拉机、航空用高精度结构管等缺陷的超声无损检测，可以实现缺陷的100%覆
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[0006]本发明的技术方案如下:在长方形探头架内设置7组探头组，分别布置在探头架的前室和后室。所用探头分别为:面积型伤探头组、横向缺陷探头组、近外表面纵向缺陷探头组、近内表面纵向缺陷探头组。其中，前室中间为面积型伤探头组，两侧各有一组近内表面纵向缺陷探头组；后室中间并排着两组横向缺陷探头组，两侧各有一组近外表面纵向缺陷探头组。横向缺陷探头组相对管件轴线轴对称，可以在小角度范围内进行摆动。纵向缺陷探头组相对管件轴线也是轴对称的关系，可以进行偏心距的调整。[0007]本发明面积型伤探头组既可以用来检测面积型的伤，也可以用来进行测厚。横向探头组固定在一根旋转轴上，旋转轴的一端为蜗轮，蜗轮连接着蜗杆，通过蜗杆的旋转可以进行探头组摆角的调整，两组探头组的蜗轮旋向相反，一个为左旋，另一个为右旋，通过一根蜗杆传动，实现了两个蜗轮相反方向的同步运动，保证了前向探头组和后向探头组入射角一致。近内壁纵向缺陷探头组固定在探头架底部导轨之上，探头组的一端安装着丝母，丝母连接着丝杆，通过丝杠的旋转可以对探头组的偏心距进行调整，两组探头组的丝母旋向相反，一个为左旋，另一为右旋，通过一根丝母的传动，实现了两个丝母相反方向的同步运动，保证了左侧探头组和右侧探头组偏心距的一致。近外壁纵向缺陷探头组与近内壁纵向缺陷探头组偏心距调整方法一致。
[0008]本装置的优点在于:
[0009]1、此装置结构紧凑，缺陷区别对待，可一次性检出；
[0010]2、此装置探头组偏心距和入射角可调，可以手动也可以自动，适应性强，可检测不同直径的管材。
[0011]3、此装置不但可以用来检测大口径厚壁管，对薄壁管也具有一定通用性，经济性优良。
四、【专利附图】
【附图说明】:
[0012]附图1为组合探头装置示意图；
[0013]附图2为蜗轮蜗杆示意图；
[0014]附图3为丝杠丝母示意图。
五、【具体实施方式】:
[0015]下面对本发明的【具体实施方式】进行详细说明:
[0016]附图1为组合探头装置示意图，主要包含面积型缺陷探头组(I)、左向近内壁纵向缺陷探头组(6)、右向近内壁纵向缺陷探头组(7)、前向横向缺陷探头组(2)、后向横向缺陷探头组(3)、左向近外壁纵向缺陷探头组(4)、右向近外壁纵向缺陷探头组(5)、丝母(8)(10) (18) (22)、丝杆(9) (11)、蜗轮(13) (14)、蜗杆(12)、水平导轨(15) (17) (19) (21)、后室(16)、前室(20)、探头支架(23)。
[0017]附图2为蜗轮蜗杆示意图，主要包含右旋蜗轮(13)、左旋蜗轮(14)、轴端固定座
(24)(27)、左旋螺纹(25)、右旋螺纹(26)、蜗杆(12)。从图中可以看出，两个蜗轮的旋向相反，其中蜗杆末端可以连接手轮或电机，通过蜗杆的旋转，可以同步驱动蜗轮的旋转，进而使得横向缺陷探头组的角度一致。
[0018]附图3为丝杠丝母示意图，主要包含丝母(8) (22)、轴端固定座(28) (31)、左旋螺纹(29)、右旋螺纹(30)，丝杠(9)。图示丝杠上的螺纹旋向相反，其中丝杆末端也可以连接手轮或电机，通过丝杠带动丝母的平移，可以同步驱动纵向缺陷探头组的横向水平移动，保证了纵向缺陷探头组的偏心距相等。
[0019]本发明在探头支架(23)内布置7组探头组，分别布置在探头架的前室和后室。其中，前室中间为面积型伤探头组(1)，两侧各有一组近内表面纵向缺陷探头组(6) (7);后室中间并排着两组横向缺陷探头组(2) (3)，两侧各有一组近外表面纵向缺陷探头组(4)(5)。本发明所用面积型缺陷探头组晶片的安装角度为零，超声波垂直反射；纵向缺陷探头组晶片的安装角度为零，超声波偏心斜入射；横向缺陷探头组晶片的安装角度为三十度到三十五度之间，超声波沿轴向斜入射。
[0020]在检测不同规格管件时，需要对不同的探头组入射角进行调整。横向缺陷探头组入射角调整方法，通过顺时针和逆时针转动蜗杆，找到一次表面回波为最大值的位置，既是探头的对中位置，调整过程中两组横向缺陷探头组同时向左运动或者同时向右运动。
[0021]近外壁纵向缺陷探头组入射角调整方法，是通过改变偏心距来实现的，其偏心距的计算公式为-X = Rsina。近外壁纵向缺陷的检测时，我们采用的是纯折射横波，纵波入射角为16°。对于外径相同的管材，偏心距相等，通过转动丝杠即可以实现偏心距的精确定位。
[0022]近内壁纵向缺陷探头组入射角调整方法与近外壁探头组调整方向相同。对于外径小于200mm的管材，我们采用变型横波切内壁检测方法，其偏心距计算公式为-X = C1Lr/C2s，其中r为管材内半径，(^水中纵波声速，C2s为管件中横波声速。对于外径小于200mm的管材，我们采用变型横波切内壁检测方法，其偏心距计算公式为:X = (^rsin45° /C2S。由偏心距计算公式可知，对于内径相同的不同规格管材，其偏心距相等。对于检测内径相同的不同规格管材的近内壁纵向缺陷时，只需要调整偏心距一次即可，这大大提高了检测效率。本发明装置通用性较 强， 可适合不同规格厚壁管的检测，具有广阔的工程价值和应用前景。
【权利要求】
1.一种可变偏心距厚壁管超声组合探头装置，其特征在于:在长方形探头支架内设置7组探头组，分别布置在探头架的前室和后室，前室中间为面积型伤探头组，两侧分别为左向近内表面纵向缺陷探头组和右向近内表面纵向缺陷探头组；后室中间并排着一组前向横向缺陷探头组和一组后向横向缺陷探头组，两侧分别为左侧近外表面纵向缺陷探头组和右侧近外表面纵向缺陷探头组。
2.根据权利要求1所述装置，其特征在于:面积型缺陷探头组晶片的安装角度为零，超声波垂直入射；纵向缺陷探头组晶片的安装角度为零，超声波偏心斜入射；横向缺陷探头组晶片的安装角度为三十度到三十五度之间，超声波沿轴向斜入射。
3.根据权利要求1所述装置，其特征在于:横缺陷探头组偏心距通过蜗杆蜗轮来调整，一根蜗杆同时与两个蜗轮啮合，一个为左旋蜗轮，另一个为右旋蜗轮，蜗轮可以同时反方向驱动横向探头组的摆角，保证了横向探头组的准确对中。
4.根据权利要求1所述装置，其特征在于:纵向缺陷探头组入射角的对中通过丝杠丝母来调整，一根丝杠同时与两个丝母配合，一个是左旋配合，另一个是右旋配合，丝母可以同时带动纵向探头组朝相反方向运动，保证了偏心距的一致。
【文档编号】G01N29/24GK103868995SQ201410083664
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年3月7日 优先权日:2014年3月7日
【发明者】周世圆, 徐春广, 曹现东, 孙昊昱, 蔡海潮, 崔立铭 申请人:北京理工大学