專利名稱：無縫鋼管超聲波探傷的探頭盤裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于無縫鋼管全管體超聲波自動化探傷設備，特別涉及一種無縫鋼管超聲波探傷的探頭盤裝置。
背景技術：
小口徑無縫鋼管全管體超聲波自動化探傷，常采用水浸法旋轉探頭盤裝置，但對大口徑無縫鋼管，這種方法不宜采用，故而國內外都在探討新的探頭盤裝置。特別是應用于特殊場合的大口徑厚壁無縫鋼管，對其產品質量的檢驗要求越來越高，要求全面檢測縱向、橫向、線狀、體積狀、平面狀等多種缺陷，因此需用探頭數量越來越多，探頭盤機構越來越復雜，調節越來越麻煩。如何解決能夠容納多個探頭且簡便實用的探頭盤裝置，是急待解決的技術課題。
發明內容
本實用新型為解決各種管徑的無縫鋼管全管體超聲波自動化探傷的技術問題，提供一種可檢測多種不同性質缺陷、簡便實用的無縫鋼管超聲波探傷的探頭盤裝置。
本實用新型無縫鋼管超聲波探傷的探頭盤裝置內容簡述本實用新型無縫鋼管超聲波探傷的探頭盤裝置，適用于無縫鋼管全管體超聲波自動化探傷，其特征在于是一種水膜法探頭盤，是由多個探頭體和水膜耦合探頭盤組成，對單一品種管徑確定的無縫鋼管，采用圓弧形確定管徑探頭盤，對多品種不同管徑的無縫鋼管，采用成雙交錯布置的直線排列式組合探頭盤，以此兩種形式的探頭盤裝置實現全管體100％掃查；圓弧形確定管徑探頭盤裝置是由1個與被測鋼管相同曲率半徑的探頭盤和多個有序排列的單個探頭體組成，探頭盤底部帶有可更換的耐磨條，多個有序排列的單個探頭體，其幾何布局應滿足如下數學關系，即s＜S，n＜N；Lmax＝6S＝2N；Lmax/πφ≤δ/h＝Δ/H；其中s、h、S、δ分別是檢測橫傷的單個探頭體的水平間距、垂直間距、有效掃查寬度、水平方向重疊掃查寬度，n、H、N、Δ分別是檢測縱傷的單個探頭體的水平間距、垂直間距、有效掃查寬度、水平方向重疊掃查寬度；直線排列式組合探頭盤，由有序排列的數個單探頭復合而成的組合探頭體和直線式探頭盤組成，直線式探頭盤的底部帶有可更換的與被測鋼管相同曲率半徑的耐磨靴；檢測橫傷的組合探頭體，是將多個相同參數的斜探頭芯間隔排列組成一個組合探頭體、其幾何布局應滿足S1＝S2＝S3＝S4＝S5＝S6≥m1＝m2＝m3＝m4數學關系；其中S1、S2、S3分別是左向掃查的3個探頭有效掃查寬度，m1、m2是其排列間距，S4、S5、S6分別是右向掃查的3個探頭有效掃查寬度，m3、m4是其排列間距；檢測縱傷的組合探頭體，其幾何布局應滿足N1＝N2＝3S1數學關系，其中N1、N2分別是上掃查和下掃查2個斜探頭的有效掃查寬度，S1是上述橫傷掃查單個斜探頭的有效掃查寬度；在允許增加探傷通道數的情況下，檢測橫傷的組合探頭體，可做成4個斜探頭或更多個斜探頭的組合體，如果是4個斜探頭的組合體，則應滿足N1＝N2＝4S1數學關系；直線排列式組合探頭盤實際應用時應成雙交錯布置，其幾何位置應滿足A＝HL/πφ+S和B＝HL/πφ+N數學關系；其中A、B分別是橫傷組合探頭盤和縱傷組合探頭盤的交錯距離，L是檢測螺距，φ是被測鋼管管徑，S、N分別是單個探頭橫傷有效掃查寬度和縱傷有效掃查寬度。
本實用新型采用圓弧形確定管徑探頭盤和直線排列式組合探頭盤2種形式的探頭盤，對各種管徑的無縫鋼管和不同特點的應用現場，都有較好的適用性，而且有結構簡單、調節簡便、實用性強和通道數容易擴展、便于提高系統探傷能力的優點和可檢測多種不同性質缺陷的特點。
圖1為圓弧形確定管徑探頭盤裝置示意圖圖2為圓弧形確定管徑探頭盤橫傷及縱傷全復蓋掃查展開圖圖3為直線排列式橫傷檢測組合探頭體和探頭盤示意圖圖4為直線排列式縱傷檢測組合探頭體和探頭盤示意圖圖5為直線排列式橫傷右掃查組合探頭間隔掃查示意圖圖6為兩個直線排列式橫傷掃查組合探頭左掃查部份交錯全復蓋掃查展開圖圖7為兩個直線排列式縱傷掃查組合探頭上掃查部份交錯全復蓋掃查展開圖具體實施方法 本實用新型無縫鋼管超聲波探傷的探頭盤裝置是這樣實現的，
以下結合附圖做進一步說明。
圖1為圓弧形確定管徑探頭盤裝置示意圖，1是探頭盤；2是橫傷左掃查斜探頭安裝孔，共6個，還有6個對稱布置的橫傷右掃查斜探頭安裝孔；3是縱傷上掃查斜探頭安裝孔，共2個，還有2個對稱布置的縱傷下掃查斜探頭安裝孔；4是注水孔共8個，還可多設；5是萬向轉動結；6是探頭盤升降桿，由氣缸控制上下起落；7是耐磨條，2條對稱布置，采用硬質合金或其他耐磨材料，可定期更換；8、9是測厚探頭安裝孔，測厚的同時還兼檢測分層缺陷；R是被測鋼管的半徑，實際加工應比R大1～2mm，視被測鋼管橢圓度大小而定。探頭盤上的所有探頭安裝孔，都是通孔且向心，即其鉆孔方向與其位置的半徑R方向一致。每個單一探頭體都是斜角探頭，加工成圓柱體且剛好能夠安裝于相應安裝孔中并能調節聲束入射方向。同一品種的探頭，其晶片形狀、尺寸、工作頻率、入射角(或K值)均相同，比如橫傷檢測探頭采用2.5MHz12×12(或φ14)K1.5斜角探頭，有效掃查寬度S大于8mm，縱傷檢測探頭采用2.5MHz 30×8K1.5斜角探頭，有效掃查寬度S大于21mm。在如圖1所示的探頭布置狀態下，探頭間距可設s＝7mm，n＝3s＝21mm。6個右掃查橫傷檢測探頭的總掃查寬度L為L＝6s＝2n＝42mm。因每個探頭的有效掃查寬度為8mm，所以6個探頭最大可能的總掃查寬度是48mm。當取s＝7mm時，6個探頭的每相鄰兩個探頭之間有1mm掃查重疊區，總共有6mm掃查重疊(包括下一個螺距重疊1mm)，即實際的總掃查寬度L＝42mm，其中有6條每條寬1mm的相間掃查重疊區，占用了6個探頭總計48mm的有效掃查寬度。為盡量提高每個探頭有效掃查寬度的利用率，探頭布局(s、h)和(n、H)及如圖2所示有效掃查寬度(S、N)和檢測螺距(L)之間，應同時滿足3個條件，才能在保證不漏檢的前提下最大限度地提高每個探頭有效掃查寬度的利用率。該3個條件如下條件1s＜S，n＜N；條件2Lmax＝6S＝2N，Lmax是可能獲得的檢測螺距L的最大值；條件3Lmax/πφ≤δ/h＝Δ/H，其中φ是被測鋼管管徑；圖2為圓弧形確定管徑探頭盤橫傷及縱傷全復蓋掃查展開圖，是橫傷左掃和縱傷下掃部份，φ是被測鋼管管徑(外徑)，πφ是展開寬度，L是鋼管每施轉一周時探頭盤直線運動的距離，即檢測螺距。探頭盤中各種單一探頭體的有效掃查寬度和幾何位置，須符合上述3個數學條件。對稱布置橫傷右掃查和縱傷上掃查部份，一次完成雙向檢驗，有利于檢測不同傾斜角的橫向和縱向缺陷，便于執行各種檢驗標準中較高級標準，也可省略對一根鋼管實施兩次換向檢驗的麻煩。
圖3為直線排列式橫傷檢測組合探頭體和探頭盤示意圖，3個單探頭I、II、III、間隔排列復合成1個組合探頭體，負責橫傷左掃查，3個單探頭IV、V、VI間隔排列復合成另1個組合探頭體，負責橫傷右掃查，上述6個單探頭的性能參數相同，S1S2---S6是每個單探頭的有效掃查寬度，且S1＝S2＝S3＝S4＝S5＝S6，m1＝m2＝m3＝m4，m值的準確含義應如圖5所示的m3、m4，但當單個探頭的晶片尺寸不很小(比如不小于6×6mm2)時，m值近似等于如圖3所示的相鄰單個探頭之間的幾何間距，且應滿足條件m＝m1＝m2＝m3＝m4＜S1＝S2＝S3＝S4＝S5＝S6，以保證交錯掃查有一定的垂疊復蓋。K是兩個組合探頭體之間的幾何間距，在機械實施允許和組合探頭體更換方便的前提下，K值小則有利于減少管端檢測盲區，但須保證成雙交錯使用的兩個組探頭頭盤的K值應相等。圖中1是右掃組合探頭體，2是直線排列式組合探頭盤，3是可更換的耐磨靴，采用尼龍或其他易加工的耐磨材料，4是探頭盤升降桿，5是注水孔，R是耐磨靴的曲率半徑，與被測鋼管的曲率半徑相同。
圖4為直線排列式縱傷檢測組合探頭體和探頭盤示意圖，內容與圖3相同，其中I是縱傷上掃查探頭，N1是其有效掃查寬度，II是縱傷下掃查探頭，N2是其有效掃查寬度，N1、N2必須滿足條件N1＝N2＝3S，S值大小與圖3中的S1、S2、…S6相同。K是兩探頭幾何間距，K值小則有利于減少管端檢測盲區，但須保證成雙交錯使用的兩個組合探頭盤的K值應相同。
圖5為直線排列式橫傷右掃查組合探頭間隔掃查示意圖，其文字標識及其含義與圖3相對應。
圖6為兩個直線排列式橫傷掃查組合探頭左掃部份交錯全復蓋掃查展開圖，φ是被測鋼管管徑(外徑)，πφ是其展開寬度，S是單個探頭有效掃查寬度，Lmax是可能獲得的最大檢測螺距，即Lmax＝6S，若制作組合探頭時考慮到掃查重疊區，即如圖3所示m1＝m2＜S1＝S2＝S3，則實際使用時的檢測螺距L應控制為L＝6m＝6m1＝6m2。圖中螺旋角α＝arc tg(Lmax/πφ)，成雙交錯使用的兩個組合探頭盤的交錯距離A應滿足A＝Htg α+S＝HLmax/πφ+S，其中H是兩個組合探頭盤之間的圓周方向間隔距離(圓弧線)，當實際使用時的控制螺距為L時，A應調節成A＝HL/πφ+m。
圖7為兩個直線排列式縱傷掃查組合探頭上掃部份交錯全復蓋掃查展開圖，其文字標識涵意與圖6、圖4中相同，最大檢驗螺距為Lmax＝2N＝6S，兩個交錯布置的組合探頭的交錯距離為B＝Htgα+N＝HLmax/πφ+N，其中H為兩個組合探頭盤之間的圓周方向間隔距離(圓弧線)，實際檢測螺距L應如上述為L＝2n＝6m，n＜N，因此B＝HL/πφ+n＝HL/πφ+3m。
權利要求1.一種適用于無縫鋼管全管體超聲波自動化探傷的無縫鋼管超聲波探傷的探頭盤裝置，其特征在于是一種水膜法探頭盤，是由多個探頭體和水膜耦合探頭盤組成，對單一品種管徑確定的無縫鋼管，采用圓弧形確定管徑探頭盤，由1個與被測鋼管相同曲率半徑的探頭盤和多個有序排列的單個探頭體組成，探頭盤底部帶有可更換的耐磨條；對多品種不同管徑的無縫鋼管，采用成雙交錯布置的直線排列式組合探頭盤，由有序排列的數個單探頭復合而成的組合探頭體和直線式探頭盤組成，直線式探頭盤的底部帶有可更換的與被測鋼管相同曲率半徑的耐磨靴。
2.根據權利要求1所述的無縫鋼管超聲波探傷的探頭盤裝置，其特征在于所說的圓弧形確定管徑探頭盤裝置中的多個有序排列的單個探頭體，其幾何布局應滿足如下數學關系，即s＜S，n＜N；Lmax＝6S＝2N；Lmax/πφ≤δ/h＝Δ/H；其中s、h、S、δ分別是檢測橫傷的單個探頭體的水平間距、垂直間距、有效掃查寬度、水平方向重疊掃查寬度，n、H、N、Δ分別是檢測縱傷的單個探頭體的水平間距、垂直間距、有效掃查寬度、水平方向重疊掃查寬度。
3.根據權利要求1所述的無縫鋼管超聲波探傷的探頭盤裝置，其特征在于所說的直線排列式組合探頭盤裝置中檢測橫傷的組合探頭體，是將多個相同參數的斜探頭芯間隔排列組成一個組合探頭體、其幾何布局應滿足數學關系S1＝S2＝S3＝S4＝S5＝S6≥m1＝m2＝m3＝m4，其中S1、S2、S3分別是左向掃查的3個探頭有效掃查寬度，m1、m2是其排列間距，S4、S5、S6分別是右向掃查的3個探頭有效掃查寬度，m3、m4是其排列間距；檢測縱傷的組合探頭體，其幾何尺寸應滿足數學關系N1＝N2＝3S1，其中N1、N2分別是上掃查和下掃查2個斜探頭的有效掃查寬度，S1是上述橫傷掃查單個斜探頭的有效掃查寬度；在允許增加探傷通道數的情況下，檢測橫傷的組合探頭體，可做成4個斜探頭或更多個斜探頭的組合體，如果是4個斜探頭的組合體，則應滿足數學關系N1＝N2＝4S1。
4.根據權利要求1所述的無縫鋼管超聲波探傷的探頭盤裝置，其特征在于所說的直線排列式組合探頭盤實際應用時應成雙交錯布置，其幾何布局應滿足數學關系A＝HL/πφ+S和B＝HL/πφ+N；其中A、B分別是兩個橫傷組合探頭盤和兩人縱傷組合探頭盤的交錯距離，L是檢測螺距，且滿足數學關系L＝6S＝2N，φ是被測鋼管管徑(外徑)，S、N分別是單個探頭橫傷有效掃查寬度和縱傷有效掃查寬度，若考慮留有一定的掃查重疊區，則應滿足數學關系A＝HL/πφ+m和B＝HL/πφ+n，其中m＜S，n＜N且L＝6m＝2n。
專利摘要本實用新型屬于無縫鋼管全管體超聲波自動化探傷設備，特別涉及一種無縫鋼管超聲波探傷的探頭盤裝置，是一種水膜法探頭盤，是由多個探頭體和水膜耦合探頭盤組成，對單一品種管徑確定的無縫鋼管，采用網弧形確定管徑探頭盤，對多品種不同管徑的無縫鋼管，采用成雙交錯布置的直線排列式組合探頭盤，以此兩種形式的探頭盤裝置實現全管體100％掃查。本實用新型對各種管徑的無縫鋼管和不同特點的應用現場，都有較好的適用性，而且有結構簡單、調節簡便、實用性強和通道數容易擴展、便于提高系統探傷能力的優點和可檢測多種不同性質缺陷的特點。
文檔編號G01N29/24GK2607576SQ0321142
公開日2004年3月24日 申請日期2003年2月19日 優先權日2003年2月19日
發明者盧明熙 申請人:鞍山美斯探傷設備有限公司