一種換熱器管板角焊縫超聲波自動檢測裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種換熱器管板角焊縫超聲波自動檢測裝置。目的是提供的裝置應可實現換熱器管板角焊縫縱向和周向自動檢測，并且檢測方法簡便、檢測結果可靠。技術方案是：一種換熱器管板角焊縫超聲波自動檢測裝置，包括機械掃查裝置、設置在機械掃查裝置上的探頭、與探頭電連接的檢測儀以及對上述裝置進行控制的控制器8；其特征在于所述機械掃查裝置包括管狀的箱體、通過軸承可轉動地定位在箱體上的傳感器支架軸以及驅動傳感器支架軸的步進電機；所述探頭為相控陣探頭；所述檢測儀為超聲相控陣檢測儀。
【專利說明】一種換熱器管板角焊縫超聲波自動檢測裝置
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種換熱器管板角焊縫超聲波自動檢測裝置，具體是換熱器管板角焊 縫縱向相控陣電子線掃描周向機械自動掃查的檢測裝置。
【背景技術】
[0002] 換熱器的換熱管與管板之間采用焊接或脹接加焊接的形式，焊接接頭的質量直接 影響換熱器的產品質量，尤其是大型石化設備所用的高溫、高壓式換熱器中的角焊縫的質 量。由于這種換熱器具有上千根換熱管，換熱管的直徑往往較小且排列緊湊，因此對于角焊 接的焊接要求很高，這些角焊縫的質量決定了整臺換熱器的安全性能。但是，目前國內對于 換熱器角焊縫的檢測主要是利用水、氣體等進行泄露檢測，無法對焊縫內部的夾渣、氣孔等 缺陷進行檢測，而角焊縫的內部缺陷會在高溫、高壓、強腐蝕等情況下易造成裝置泄露，發 生事故。所以，在換熱器的制造過程中以及運行時需要對角焊縫進行檢驗，對角焊縫的無損 檢測就是最重要的檢驗步驟之一。
[0003] 換熱器管子-管板角焊縫的無損檢測主要有射線檢測、超聲檢測、磁粉檢測和滲 透檢測。但磁粉檢測和滲透檢測無法探測出焊縫內部缺陷，常規射線檢測靈敏度較低。超 聲探傷具有操作方便、分辨率高、成本低、適應面廣等優點，特別是對角焊縫此類的特殊結 構適用性強，具有其它無損檢測儀器不能替代的特點。目前國內的部分研究機構采用雙晶 聚焦探頭（內部由兩個單探頭組成，一個用于發射信號，一個用于接收信號）對換熱器管板 角焊縫進行超聲檢測，結合超聲檢測技術、計算機技術、機械傳動技術，使檢測自動化、圖象 化，明顯提高了檢測速度和精度，如重慶大學謝志江、方禎云研制了管子-管板角焊縫自動 超聲波檢測系統，該系統采用計算機控制掃描機械手掃描管子-管板角焊縫并采集相應的 超聲回波信號，經過一定的處理后顯示和打印圖形化結果，系統硬件主要包括機械掃描裝 置、接口電路、多功能數據采集卡和筆記本計算機，為了檢測焊縫內部的缺陷，使用微型雙 晶聚焦探頭伸入管子內壁發射和接收超聲波，根據回波特征判定焊縫內部質量。荷蘭斯太 米卡邦公司開發了的換熱器管子-管板角焊縫超聲波自動檢測成套儀器，其技術思路是采 用微型雙晶片聚焦探頭，伸入管口內向角焊縫區做360°周向掃描檢查，探頭表面的有機玻 璃延遲塊為凸弧形，以滿足不同曲率換熱管的檢測要求。但上述幾種超聲檢測自動檢測裝 置均采用的雙晶聚焦探頭檢測，檢測效率明顯偏低。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是克服上述【背景技術】的不足，提出一種換熱器管板角焊縫超聲波自 動檢測裝置，該裝置應可實現換熱器管板角焊縫縱向和周向自動檢測，并且檢測方法簡便、 檢測結果可靠。
[0005] 本發明提供的技術方案是：一種換熱器管板角焊縫超聲波自動檢測裝置，包括機 械掃查裝置、設置在機械掃查裝置上的探頭、與探頭電連接的檢測儀以及對上述裝置進行 控制的控制器8 ;其特征在于所述機械掃查裝置包括管狀的箱體、通過軸承可轉動地定位 在箱體上的傳感器支架軸以及驅動傳感器支架軸的步進電機；所述探頭為相控陣探頭；所 述檢測儀為超聲相控陣檢測儀。
[0006] 所述傳感器支架軸從殼體中往前方懸伸而出后其前端又通過軸承可轉動地定位 一用于插入被測管道的管內軸；傳感器支架軸的中間部位制有徑向貫通的安裝槽，所述探 頭固定在前述安裝槽中并且暴露在箱體外部；該探頭還通過數據線與外部的超聲相控陣檢 測儀電導通。
[0007] 所述殼體上還制作一用于通水的進水孔，該進水孔通過殼體的內腔與前述安裝槽 相通。
[0008] 本發明的工作原理是：
[0009] 縱向采用電子線掃查技術，周向采用機械掃查技術，直到完成整個角焊縫的檢測。 掃描時，按規劃好的路徑作空間掃描，通過信號控制與處理系統控制與處理位置信息和超 聲信息，從而實現檢測C掃描實時成像。
[0010] 本發明的有益效果是：由于采用超高頻、微晶片超聲相控陣列技術，結合計算機和 機械傳動機構，周向采用步進電機實現周向360度掃查，軸向采用電子線掃查（代替常規的 機械掃查方式）；由相控陣列探頭代替常規的雙晶聚焦探頭，使檢測精度和檢測可靠性明 顯提1?，檢測速度以及檢測效率大幅提
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011] 圖1為熱器管板角焊縫檢測自動掃查裝置的總體結構示意圖。
[0012] 圖2為圖1所述裝置中的機械掃查裝置的主視結構示意圖。
[0013] 圖3為圖1所述裝置中的機械掃查裝置的俯視結構示意圖。
[0014] 圖4為圖1所述裝置的工作狀態示意圖。
[0015] 圖5為圖4中的A部放大結構示意圖。
【具體實施方式】
[0016] 以下結合附圖所示的實施例進一步說明。
[0017] 換熱器的換熱管4與管板1之間通常采用焊接形式連接，形成角焊縫2 (如圖4)。 對換熱器管板角焊縫進行超聲檢測的關鍵是探頭必須伸入管內檢測；鑒于換熱管直徑較 小，所以采用超高頻（10-15MHZ)、微晶片相控陣列技術，伸入管口內在角焊縫區作360°周 向掃描檢查，控制并調節檢測焦距，使之能有效檢測不同深度位置的缺陷。
[0018] 本發明提供的自動掃查裝置由超聲相控陣檢測儀5、控制器8、機械掃查裝置12、 相控陣探頭3組成，AC/DC適配器開關6連通電源對超聲相控陣檢測儀供電，超聲相控陣檢 測儀通過數據接口 7連接相控陣探頭和編碼器，從而控制超聲波的發射和接收以及檢測位 置的輸入。縱向（即軸向）掃查采用電子線掃，通過線性陣列相控陣探頭實現。周向掃查采 用機械結構，通過控制器8控制專用機械掃查裝置12的運動，控制器的控制面板11實現掃 查裝置的啟動、停止、急停、回轉等功能，電源開關9連通電源對機械掃查裝置進行供電。步 進電機控制開關10控制周向步進電機。線性陣列相控陣探頭3裝在機械掃查裝置內。超 聲相控陣檢測儀對電子線掃查、周向機械掃查的位置信息和相控陣探頭接收的超聲波信號 進行處理，在其顯示器上形成實時B、C、3D等掃描圖像，并把數據儲存在內部或外部的存儲 器里。
[0019] 機械掃查裝置12結構如圖3所示；主要包括傳感器支架軸13、數據線14、管內軸 15、步進電機支架16、軸承端蓋17、箱體18、步進電機19等。工作原理為：
[0020] 將相控陣探頭3安裝在傳感器支架軸13上的安裝槽中并由沉頭螺釘固定，數據線 14透過步進電機支架側面空隙繞出；相控陣探頭中心與轉軸中心重合，晶片部分剛好露出 使超聲波順利的傳播。
[0021] 傳感器支架軸13通過大軸承21安裝到箱體18中，管內支撐軸上15 (用于管內封 閉，以便于掃查部位貯水）通過小軸承20安裝到傳感器支架軸的前端；箱體上還制作一用 于通水的進水孔22,該進水孔通過箱體的內腔與前述安裝槽相通。
[0022] 步進電機支架16固定在箱體的后端（圖中顯示是右端）。步進電機19連接到步 進電機支架上，傳感器支架軸通過聯軸節連接到步進電機前軸上，編碼器（圖中省略）通過 聯軸器連接到步進電機后軸上。
[0023] 工作原理是：
[0024] 1)將傳感器支架軸的前端插入換熱管內（使管內支撐軸在前方封堵不致漏水）， 箱體前端則緊靠管子端面（也在此處封堵使之不致漏水），接著往箱體上的注水孔22中注 入水，使探頭周圍充滿水（常規的水浸耦合技術），方便超聲波傳播。
[0025] 2)啟動電源開關，正反轉開關，速度調節開關（低速為5m/r，高速為20m/r)。步 進電機驅動探頭和傳感器支架軸進行周向旋轉實時記錄超聲信號，同時通過聯軸器與編碼 器相連記錄相位信息。最后，將采集到的信號傳輸至超聲相控陣檢測儀，形成C掃描圖像顯 /_J、1 〇
[0026] 3)周向掃查一圈結束后，切斷電源開關，再反轉一圈，防止探頭數據線卡住。
[0027] 4)通過控制器8 (外購件）對機械掃查裝置進行供電和掃。控制步進電機驅動后 實現周向掃查，并通過步進電機后軸上的編碼器記錄周向掃查位置信息。當撥動左邊"開 關"為開時，控制步進電機勻速轉動；右邊的開關用于調節轉速，可以分"高速"和"低速"兩 種。中間是電機正反轉開關，它的作用是通過控制電機正反轉操作解除纏繞在傳感器支架 軸上的探頭數據線。當開關停止時，步進電機停止轉動。因此，該系統檢測完一個角焊縫只 需約30秒的時間，檢測效率大幅度提尚。
【權利要求】
1. 一種換熱器管板角焊縫超聲波自動檢測裝置，包括機械掃查裝置（12)、設置在機 械掃查裝置上的探頭（3)、與探頭電連接的檢測儀（5)以及對上述裝置進行控制的控制器 (8);其特征在于所述機械掃查裝置包括管狀的箱體（18)、通過軸承可轉動地定位在箱體 上的傳感器支架軸（13)以及驅動傳感器支架軸的步進電機（19);所述探頭為相控陣探頭； 所述檢測儀為超聲相控陣檢測儀。
2. 根據權利要求1所述的換熱器管板角焊縫超聲波自動檢測裝置，其特征在于：所述 傳感器支架軸從殼體中往前方懸伸而出后其前端又通過軸承可轉動地定位一用于插入被 測管道的管內軸（15);傳感器支架軸的中間部位制有徑向貫通的安裝槽，所述探頭固定在 前述安裝槽中并且暴露在箱體外部；該探頭還通過數據線（14)與外部的超聲相控陣檢測 儀電導通。
3. 根據權利要求3所述的換熱器管板角焊縫超聲波自動檢測裝置，其特征在于：所述 殼體上還制作一用于通水的進水孔（22)，該進水孔通過殼體的內腔與前述安裝槽相通。
【文檔編號】G01N29/06GK104090027SQ201410333067
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月14日 優先權日:2014年7月14日
【發明者】郭偉燦, 劉仲強, 許輝庭 申請人:浙江省特種設備檢驗研究院