CN102841146A - 用于横波探伤的斜探头和横波探伤方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于横波探伤的斜探头和一种横波探伤方法，该斜探头包括具有开口的壳体（60）、晶片（10）和保护层（20），所述晶片设置在所述壳体内部，所述保护层设置在所述壳体的所述开口处与所述壳体固定连接，并将所述壳体封闭，所述保护层的一个端面与所述晶片贴合，另一个端面用于与待测物体相贴合，其中，所述保护层的所述另一个端面的形状与所述待测物体的表面形状相匹配。利用本发明提供的斜探头进行横波探伤时，斜探头的保护层表面能够与待测物体贴合，使得绝大部分晶片产生的超声波都能够通过保护层穿入到待测物体内部，从而提高了所述斜探头在横波探伤时发现缺陷的能力。

Description

用于横波探伤的斜探头和横波探伤方法

技术领域

本发明涉及无损检测领域，具体地，涉及一种用于横波探伤的斜探头和一种利用该斜探头对螺栓进行探伤的横波探伤方法。

背景技术

高温紧固螺栓是火力发电厂热动力设备的重要部件。在长期运行中，由于高温及高应力的作用，螺栓材料容易产生热脆、蠕变、疲劳、应力腐蚀；由于安装中预紧力过高及不慎烧伤中心孔等原因，螺栓材料容易产生裂纹。为了确保设备安全运行，加强对高温紧固螺栓的有效检验甚为重要。

目前常使用小角度纵波检测的方法、横波检测方法和横波检测方法来检验高温紧固螺栓内部是否出现裂纹。

当螺栓端面较小无法放置纵波探头时，会利用用于横波探伤的斜探头对螺栓进行横波探伤。但是，目前的用于横波探伤的斜探头都不能准确地进行横波检测。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于横波探伤的斜探头和一种采用该斜探头的横波探伤方法，利用所述斜探头进行横波探伤时可以准确地确定螺栓的螺纹根部的裂纹。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供一种用于横波探伤的斜探头，该斜探头包括具有开口的壳体、晶片和保护层，所述晶片设置在所述壳体内部，所述保护层设置在所述壳体的所述开口处与所述壳体固定连接，并将所述壳体封闭，所述保护层的一个端面与所述晶片贴合，另一个端面用于与待测物体相贴合，其中，所述保护层的所述另一个端面的形状与所述待测物体的表面形状相匹配。

优选地，所述晶片为一个。

优选地，所述保护层的所述另一个端面为圆柱面的一部分且向内凹陷。

优选地，该斜探头的折射角的正切值为1.7，频率为2MHz至2.5MHz。

作为本发明的另一个方面，还提供一种横波探伤方法，该横波探伤方法用于对螺栓进行探伤，其特征在于，该横波探伤方法采用本发明所提供的上述用于横波探伤的斜探头，所述横波探伤方法包括以下步骤：

步骤一、将所述斜探头的所述保护层的所述另一个端面贴合在所述螺栓的光杆部分的外表面上，找到检测部位的螺纹反射波，并将该螺纹反射波调整后作为基准灵敏度；

步骤二、沿所述螺栓的周向移动所述斜探头，直至发现缺陷反射波为止，当该缺陷反射波的波幅与该缺陷反射波后方的所述螺纹反射波的波幅之差大于或等于6dB时，则判定所述缺陷为裂纹。

优选地，在所述步骤一中，调整所述螺纹反射波包括将该螺纹反射波调整至60%屏高，然后再增益6dB，以确定灵敏度。

优选地，在所述步骤二中，当所述缺陷反射波的波幅与该缺陷反射波后的所述螺纹反射波的波幅之差在6dB至9dB之间时，判定所述缺陷为深度1mm至2mm之间的裂纹。

优选地，在所述步骤二中，当所述缺陷反射波的波幅比该缺陷反射波后的所述螺纹反射波的波幅大9dB以上时，则判定所述缺陷为深度大于2mm的裂纹。

利用本发明提供的斜探头进行横波探伤时，斜探头的保护层表面能够与待测物体贴合，使得绝大部分晶片产生的超声波都能够通过保护层穿入到待测物体内部，从而提高了所述斜探头在横波探伤时发现缺陷的能力。并且，利用所述用于横波探伤的斜探头对螺栓进行横波探伤时，能够准确地发现螺纹根部的裂纹。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明一种实施方式的斜探头的侧剖视示意图；

图2是图1中所示的斜探头的主视图；

图3是图1中所示的斜探头的俯视图；

图4是利用图1中所示的斜探头对螺栓探伤的示意图，其中，所述螺栓的根部并无裂纹；

图5是图4中所示的螺栓的螺纹反射波的波形示意图；

图6是利用图1中所示的斜探头对螺栓探伤的示意图，其中，所述螺栓的根部有裂纹；

图7是图6中所示的螺栓的缺陷反射波和螺纹反射波的波形示意图。

附图标记说明

1螺纹反射波    2缺陷反射波

10晶片         20保护层

40螺栓         50探头接口

60壳体         100斜探头

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

作为本发明的一个方面，如图1至图3所示，提供一种用于横波探伤的斜探头，该斜探头包括具有开口的壳体60、晶片10和保护层20，晶片10设置在壳体60内部，保护层20设置在壳体60的所述开口处与壳体60固定连接，并将壳体60封闭，保护层20的一个端面与晶片10贴合，另一个端面用于与待测物体相贴合，其中，保护层20的另一个端面的形状与所述待测物体的表面形状相匹配。

如图2和图3中所示，壳体60上设置有探头接口50，壳体60内的晶片10通过探头接口50与外部电源电连接。当利用所述斜探头100进行横波探伤时，所述斜探头100的保护层20的所述另一个端面与待测物体相贴合，晶片10振动产生超声波通过保护层20传递至待测物体内部。保护层20为固体，且声波在固体中传播速度最快，由于保护层20贴合在待测物体的表面上，因此绝大多数由晶片10产生的超声波都能通过保护层20传递至待测物体的内部，从而使所述斜探头具有较高的发现待测物体内部的缺陷的能力。

本领域技术人员还应当理解的是，在晶片10和壳体60的顶面之间还设置有阻尼材料，用于吸收噪声能量，使干扰声能迅速耗散，降低斜探头本身的杂乱信号。所述阻尼材料可以是环氧树脂和钨粉等现有技术中公知的材料，这里不再赘述。

在本发明中，保护层20可以由声速为2720±20m/s的有机玻璃制成，晶片10可以由锆钛酸铅（PbZrTiO3）制成，壳体60可以由铝合金制成。

本领域技术人员应当理解的是，在发明中，斜探头100的保护层20的另一个端面的形状取决于待测物体的表面形状。例如，待测物体的表面为弧面，则保护层20的另一个端面也为弧面。

通常用于横波探伤的斜探头100中设置有一个晶片10。

本发明所述的斜探头100尤其适用于对螺栓进行探伤。对螺栓进行探伤时，将所述斜探头100的保护层20的另一个端面贴合在螺栓的光杆部分上即可。此时，待测物体的表面为圆柱面，那么保护层20的所述另一个端面可以为圆柱面的一部分且向内凹，如图1所示。

当本发明所述的斜探头100用于对螺栓进行探伤时，对于不同规格的螺栓，斜探头100的晶片10的尺寸以及保护层20的所述另一个端面的直径的尺寸如下表1中所示。

表1

在利用本发明所提供的斜探头100对进行螺栓进行横波探伤时，优选地，所述斜探头的折射角的正切值（即K值）为1.7。此时所述斜探头100发出的超声波的主波束与所述螺栓的螺纹的斜边垂直，声压大，从而能够得到较大的螺纹波反射量。进一步优选地，本发明的斜探头100的频率为2MHz至2.5MHz。当待检测的螺栓小于M140时，可以选用2.0MHz~2.5MHz的斜探头，当待检测的螺栓大于或等于M140时，选用2MHz的斜探头。

作为本发明的另一个方面，还提供一种横波探伤方法，该横波探伤方法用于对螺栓40进行探伤，其中，该横波探伤方法采用本发明所提供的上述用于横波探伤的斜探头100，所述横波探伤方法包括以下步骤：

步骤一、将斜探头100的保护层20的所述另一个端面贴合在螺栓40的光杆部分的外表面上，找到检测部位的螺纹反射波1，并将该螺纹反射波1调整后作为基准灵敏度；

步骤二、沿螺栓40的周向移动斜探头100，直至发现缺陷反射波2为止，当该缺陷反射波2的波幅与该缺陷反射波2后方的所述螺纹反射波1的波幅之差大于或等于6dB时，则判定所述缺陷为裂纹。

本领域技术人员应当理解的是，在本发明中所述“检测部位”是指螺栓40上具有螺纹的部位，在步骤一中所述的“螺纹反射波1”是指图5中从左边数第二个波以及从该第二个波右侧的波。当螺栓40的螺纹部分没有裂纹时（如图4所示），该螺栓的螺纹反射波1如图5中所示，相邻几个螺纹反射波1的波幅值几乎相等。

在所述步骤二中，发现缺陷反射波2时的波形如图7中所示，从左边数第二个波为缺陷反射波2，在该缺陷反射波2的后方（即，右方）的波为螺纹反射波1。缺陷具有一定的宽度，当声波穿过缺陷时，螺纹受到缺陷的遮挡（如图6所示），因此缺陷后方的螺纹的螺纹反射波1的波幅要低于缺陷反射波2的波幅。发现缺陷反射波2后，如果缺陷反射波2的波幅比该缺陷反射波2后的螺纹反射波1的波幅大6dB或6dB以上且所述缺陷的指示长度大于10mm时，则可判定所述缺陷为深度等于1mm或大于1mm的裂纹。

“所述缺陷的指示长度”是指当发现缺陷反射波之后，朝向螺栓40的螺纹沿轴向方向移动斜探头100，直至所有的反射波的波幅值几乎相等时停止移动，此时斜探头100移动的距离则为“所述缺陷的指示长度”。

在本发明中，对螺纹反射波1的调整包括以下步骤：首先将螺纹反射波1调整至一定的屏高，然后再进行增益。优选地，在所述步骤一中，调整螺纹反射波1包括将该螺纹反射波1调整至60%屏高，然后再增益6dB，以确定灵敏度。通过这种方法确定的灵敏度较为合理。

在本发明中，可以通过如下方法判定螺纹深度：在所述步骤二中，当缺陷反射波2的波幅比该缺陷反射波2后的螺纹反射波1的波幅大6dB至9dB（即缺陷反射波2的波幅与该缺陷反射波2后的螺纹反射波2的波幅之差在6dB至9dB之间）且所述缺陷的指示长度大于10mm时，则可以将所述缺陷判定为深度为1mm至2mm的裂纹。

在所述步骤二中，当缺陷反射波2的波幅臂该缺陷反射波2后的螺纹反射波1的波幅大9dB以上，且所述缺陷的指示长度大于10mm时，则可以将所述缺陷判定为深度大于2mm的裂纹。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (8)

1.一种用于横波探伤的斜探头，该斜探头包括具有开口的壳体（60）、晶片（10）和保护层（20），所述晶片（10）设置在所述壳体（60）内部，所述保护层（20）设置在所述壳体（60）的所述开口处与所述壳体（60）固定连接，并将所述壳体（60）封闭，所述保护层（20）的一个端面与所述晶片（10）贴合，另一个端面用于与待测物体相贴合，其特征在于，所述保护层（20）的所述另一个端面的形状与所述待测物体的表面形状相匹配。

2.根据权利要求1所述的用于横波探伤的斜探头，其特征在于，所述晶片（10）为一个。

3.根据权利要求1所述的用于横波探伤的斜探头，其特征在于，所述保护层（20）的所述另一个端面为圆柱面的一部分且向内凹陷。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的用于横波探伤的斜探头，其特征在于，该斜探头的折射角的正切值为1.7，频率为2MHz至2.5MHz。

5.一种横波探伤方法，该横波探伤方法用于对螺栓（40）进行探伤，其特征在于，该横波探伤方法采用权利要求1至4中任意一项所述的用于横波探伤的斜探头（100），所述横波探伤方法包括以下步骤：

步骤一、将所述斜探头（100）的所述保护层（20）的所述另一个端面贴合在所述螺栓（40）的光杆部分的外表面上，找到检测部位的螺纹反射波（1），并将该螺纹反射波（1）调整后作为基准灵敏度；

步骤二、沿所述螺栓（40）的周向移动所述斜探头（100），直至发现缺陷反射波（2）为止，当该缺陷反射波（2）的波幅与该缺陷反射波（2）后方的所述螺纹反射波（1）的波幅之差大于或等于6dB时，则判定所述缺陷为裂纹。

6.根据权利要求5所述的横波探伤方法，其特征在于，在所述步骤一中，调整所述螺纹反射波（1）包括将该螺纹反射波（1）调整至60%屏高，然后再增益6dB，以确定灵敏度。

7.根据权利要求5或6所述的横波探伤方法，其特征在于，在所述步骤二中，当所述缺陷反射波（2）的波幅与该缺陷反射波（2）后的所述螺纹反射波（1）的波幅之差在6dB至9dB之间时，判定所述缺陷为深度1mm至2mm之间的裂纹。

8.根据权利要求5或6所述的横波探伤方法，其特征在于，在所述步骤二中，当所述缺陷反射波（2）的波幅比该缺陷反射波（2）后的所述螺纹反射波（1）的波幅大9dB以上时，则判定所述缺陷为深度大于2mm的裂纹。

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