相控线阵双腔水靴结构以及使用该结构检测管棒材环向和纵向裂纹的方法与流程

本发明涉及一种相控线阵检测管棒材料环向和纵向裂纹的结构及该结构的使用方法，具体地说是一种相控线阵双腔水靴结构以及使用该结构检测管棒材环向和纵向裂纹的方法。

背景技术：

随着科学技术进步，对于产品的质量控制要求变得越来越严格。管棒材结构内部环向和纵向裂纹缺陷存在，对其使用安全带来严重危害。管棒材检测技术现状，为了应对日益复杂的检测对象，超声检测技术和手段也不断进步，现有的检测手段已经不仅仅局限于传统的单探头、双晶探头、和多通道探头组技术，超声相控阵技术和新的聚焦成像方法都逐步应用到复杂构件无损检测领域，这些先进技术的引入有效地提高了检测精度和检测效率。这里简要介绍一下管棒类回转构件的超声检测技术发展情况，管棒类超声自动化检测设备主要经历了三代产品更新发展，简介如下：

第一代：多探头组合检测技术，采用多通道设备和多组探头组合来检测管棒材料内部缺陷，多个不同焦距的聚焦探头脉冲回波法检测厚度方向分层缺陷，多组斜探头检测管棒轴向和周向类裂纹缺陷检测。但是这种技术需要管子作环向和轴向运动，机械装置太过复杂。

第二代：旋转探头检测技术，与多探头组合检测技术相比，旋转头技术利用滑环来解决探头绕线问题，进而可以进行探头组的旋转和平移，取代工件旋转平移运动，这样简化了机械结构，可较好试用于质量较大管棒类工件检测。旋转探头检测技术为单探头检测，难以在保证检测精度的同时具有较高的检测效率。

第三代：相控阵检测技术，利用相控阵线阵沿着母线布置检测环向裂纹和分层缺陷，由于该方法对轴向裂纹不敏感，还需要沿着管壁周向布置相控阵环来检测轴向裂纹，这样同时利用线阵和环阵电子扫描来快速实现全覆盖检测，但这样的设备太过复杂和昂贵。

技术实现要素：

针对上述提出的技术问题，而提供一种相控线阵双腔水靴结构以及使用该结构检测管棒材环向和纵向裂纹的方法。本发明采用的技术手段如下：

一种相控线阵双腔水靴结构，包括双腔水靴和超声相控阵线阵探头，所述双腔水靴的上端面为凹面，所述凹面的横截面为圆弧，所述圆弧的曲率与待测工件的外表面曲率一致，所述待测工件为棒状或管状，所述双腔水靴的下端面平行于经过所述凹面的最低处的切面，所述双腔水靴内部设有水腔Ⅰ，所述凹面的最低处在所述下端面的正投影与所述水腔Ⅰ的轴线在所述下端面的正投影重合，所述双腔水靴内设有平行于所述水腔Ⅰ的水腔Ⅱ，且所述水腔Ⅱ的轴线在所述下端面的正投影与所述凹面的最低处在所述下端面的正投影平行，正对所述水腔Ⅰ的一端的双腔水靴的侧壁上设有可以将水腔Ⅰ内的水排出的排水口Ⅰ和与所述排水口Ⅰ相配合的排水口密封盖Ⅰ，正对所述水腔Ⅱ的一端的双腔水靴侧壁上设有可以将水腔Ⅱ内的水排出的排水口Ⅱ和与所述排水口Ⅱ相配合的排水口密封盖Ⅱ，靠近所述水腔Ⅰ且与所述水腔Ⅰ的轴线平行的双腔水靴的侧壁上设有可以向所述水腔Ⅰ注水的注水孔Ⅰ和与所述注水孔Ⅰ相配合的注水孔密封盖Ⅰ，靠近所述水腔Ⅱ且平行于所述水腔Ⅱ轴线的双腔水靴的侧壁上设有可以向所述水腔Ⅱ注水的注水孔Ⅱ和与所述注水孔Ⅱ相配合的注水孔密封盖Ⅱ；

所述超声相控阵线阵探头与所述下端面固定连接，且所述超声相控阵线阵探头垂直于所述下端面。所述超声相控阵线阵探头具有多个垂直于所述超声相控阵线阵探头的长度方向依次排列的阵元晶片，且所述阵元晶片的延伸方向垂直与所述下端面。

所述超声相控阵线阵探头通过耦合液和螺钉与所述下端面固定连接。

所述圆弧的两个端点之间的连线不平行于所述下端面。

一种相控线阵双腔水靴结构检测管棒材环向和纵向裂纹的方法，具有以下步骤：

S1：将所述凹面与所述待测工件的外表面贴合；

S2：打开所述注水孔密封盖Ⅰ通过所述注水孔Ⅰ向所述水腔Ⅰ内注水，注满水后使注水孔密封盖Ⅰ密封所述注水孔Ⅰ，并同时保证所述水腔Ⅱ内不具有水；

S3：保持所述相控线阵双腔水靴结构不动，启动所述超声相控阵线阵探头对所述待测工件进行检测，同时将所述待测工件旋转一周；

S4：打开所述排水口密封盖Ⅰ，通过所述排水口Ⅰ将所述水腔Ⅰ中的水排空，排空后使所述排水口密封盖Ⅰ密封所述排水口Ⅰ，打开所述注水孔密封盖Ⅱ通过所述注水孔Ⅱ向所述水腔Ⅱ内注水，注满水后使注水孔密封盖Ⅱ密封所述注水孔Ⅱ；

S5：保持所述相控线阵双腔水靴结构不动，启动所述超声相控阵线阵探头对所述待测工件进行检测，同时将所述待测工件旋转一周，完成对待测工件的检测。

最后将步骤S3和步骤S5测得的数据进行数据处理成像，可以同时显示待测工件的周向裂纹缺陷和轴向裂纹缺陷。

当所述相控线阵双腔水靴结构测量所述待测工件的周向裂纹缺陷时，所述水腔Ⅰ内注有水，所述水腔Ⅱ内不具有介质水，所述超声相控阵线阵探头产生的超声波经过水腔Ⅰ中的介质水射入待测工件内部，因所述双腔水靴的结构原因，超声波会垂直入射至待测工件内部，进而对待测工件的内部中的周向裂纹进行检测，而在水腔Ⅱ内的超声波因空气的对超声波的声阻抗过大不能进入待测工件内部；当所述相控线阵双腔水靴结构测量待测工件的纵向裂纹时，所述水腔Ⅱ内注有水，所述水腔Ⅰ内不具有介质水，所述超声相控阵线阵探头产生的超声波经水腔Ⅱ中的介质水入射至待测工件内部，且不是垂直入射，根据斯涅尔定律，当入射声束具有一定入射角时，声束穿过界面会在界面处发生折射，利用此定律，折射后的超声波会对待测工件内部中的纵向裂纹进行检测，而在水腔Ⅰ内的超声波因空气的对超声波的声阻抗过大不能进入待测工件内部。

本发明具有以下优点：

1、有效地提高了检测能力，使相控阵检测管材的适用范围更广，无论针对孔型缺陷还是不同方向的裂纹缺陷均有较好的检测精度。

2、提高了检测效率，以达到快速在线检测的要求。

基于上述理由本发明可在管棒材结构检测等领域广泛推广。

附图说明

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做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明具体实施方式中一种相控线阵双腔水靴结构的结构示意图。

图2是本发明具体实施方式中图1的左视图。

图3是本发明具体实施方式中图1的右视图。

图4是本发明具体实施方式中图1的主视图。

图5是本发明具体实施方式中图1的后视图。

图6是本发明具体实施方式中图1的俯视图。

图7是本发明具体实施方式中超声波垂直入射示意图。

图8是本发明具体实施方式中超声波偏转入射示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

如图1-图8所示，一种相控线阵双腔水靴结构，包括双腔水靴1和超声相控阵线阵探头2，所述超声相控阵线阵探头2的型号为DHF6575L64-0.6*10，所述超声相控阵线阵探头具有64个阵元晶片，阵元晶片尺寸为0.4×10mm，相邻两个阵元晶片之间的中心距为0.5mm，所述64个阵元晶片沿所述超声相控阵线阵探头的长度方向依次排列，且所述阵元晶片的延伸方向垂直于所述下端面，所述双腔水靴1的上端面为凹面，所述凹面的横截面为圆弧，所述圆弧的曲率与待测工件的外表面曲率一致，所述待测工件为棒状或管状，所述双腔水靴1的下端面平行于经过所述凹面的最低处的切面，所述双腔水靴1内部设有水腔Ⅰ11，所述凹面的最低处在所述下端面的正投影与所述水腔Ⅰ11的轴线在所述下端面的正投影重合，所述双腔水靴1内设有平行于所述水腔Ⅰ11的水腔Ⅱ12，且所述水腔Ⅱ的轴线在所述下端面的正投影与所述凹面的最低处在所述下端面的正投影平行，正对所述水腔Ⅰ的一端的双腔水靴1的侧壁上设有可以将水腔Ⅰ11内的水排出的排水口Ⅰ111和与所述排水口Ⅰ111相配合的排水口密封盖Ⅰ112，正对所述水腔Ⅱ12的一端的双腔水靴1侧壁上设有可以将水腔Ⅱ12内的水排出的排水口Ⅱ121和与所述排水口Ⅱ121相配合的排水口密封盖Ⅱ122，靠近所述水腔Ⅰ11且与所述水腔Ⅰ11的轴线平行的双腔水靴1的侧壁上设有可以向所述水腔Ⅰ11注水的注水孔Ⅰ113和与所述注水孔Ⅰ113相配合的注水孔密封盖Ⅰ114，靠近所述水腔Ⅱ12且平行于所述水腔Ⅱ12轴线的双腔水靴1的侧壁上设有可以向所述水腔Ⅱ12注水的注水孔Ⅱ123和与所述注水孔Ⅱ123相配合的注水孔密封盖Ⅱ124；

所述超声相控阵线阵探头2与所述下端面固定连接，且所述超声相控阵线阵探头2的垂直于所述下端面。

所述超声相控阵线阵探头2通过耦合液和螺钉与所述下端面固定连接。

所述圆弧的两个端点之间的连线不平行于所述下端面。

一种相控线阵双腔水靴结构检测管棒材环向和纵向裂纹的方法，具有以下步骤：

S1：将所述凹面与所述待测工件的外表面贴合；

S2：打开所述注水孔密封盖Ⅰ114通过所述注水孔Ⅰ113向所述水腔Ⅰ11内注水，注满水后使注水孔密封盖Ⅰ114密封所述注水孔Ⅰ113，并同时保证所述水腔Ⅱ12内不具有水；

S3：保持所述相控线阵双腔水靴结构不动，启动所述超声相控阵线阵探头2对待测工件进行检测，同时将所述待测工件旋转一周；

S4：打开所述排水口密封盖Ⅰ112，通过所述排水口Ⅰ111将所述水腔Ⅰ11中的水排空，排空后使所述排水口密封盖Ⅰ112密封所述排水口Ⅰ111，打开所述注水孔密封盖Ⅱ124通过所述注水孔Ⅱ123向所述水腔Ⅱ12内注水，注满水后使注水孔密封盖Ⅱ124密封所述注水孔Ⅱ123；

S5：保持所述相控线阵双腔水靴结构不动，启动所述超声相控阵线阵探头2对待测工件进行检测，同时将所述待测工件旋转一周，完成对所述待测工件的检测。

最后将步骤S3和步骤S5测得的数据进行数据处理成像，可以同时显示待测工件的周向裂纹缺陷和轴向裂纹缺陷。

当所述相控线阵双腔水靴结构测量所述待测工件的周向裂纹缺陷时，所述水腔Ⅰ11内注有水，所述水腔Ⅱ12内不具有介质水，所述超声相控阵线阵探头2产生的超声波经过水腔Ⅰ11中的介质水射入待测工件内部，因所述双腔水靴1的结构原因，超声波会垂直入射至待测工件内部，进而对待测工件的内部中的周向裂纹进行检测，而在水腔Ⅱ12内的超声波因空气的对超声波的声阻抗过大不能进入待测工件内部；当所述相控线阵双腔水靴结构测量待测工件的纵向裂纹时，所述水腔Ⅱ12内注有水，所述水腔Ⅰ11内不具有介质水，所述超声相控阵线阵探头2产生的超声波经水腔Ⅱ12中的介质水入射至待测工件内部，且不是垂直入射，根据斯涅尔定律，当入射声束具有一定入射角时，声束穿过界面会在界面处发生折射，利用此定律，折射后的超声波会对待测工件内部中的纵向裂纹进行检测，而在水腔Ⅰ11内的超声波因空气的对超声波的声阻抗过大不能进入待测工件内部。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。