CN103512953A - 采用多探头的超声波检验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开采用多探头的超声波检验方法，该方法通过多探头装置进行，多探头装置包括：外壳、左斜楔、中斜楔、右斜楔、左晶片、左阻尼块、左电缆线、超声仪、中晶片、中阻尼块、中电缆线、右晶片、右阻尼块、右电缆线、隔声槽和消声槽；该方法包括步骤：（1）通过CSK-ⅠA和CSK-ⅢA试块对该装置进行校正；并根据校正结果在超声仪上输入三个晶片的各项参数；通过CSK-ⅢA试块来确定该装置的探伤灵敏度；（2）检查该装置在移动时该装置内部三个晶片的灵敏度是否正常、报警状态是否正常；（3）使用该装置对被检工件进行检验:检验时从边缘一个晶片开始；（4）当该装置发现缺陷后，用回波幅度最高的晶片，对准缺陷进行前后、左右、转角和环绕的扫查。

Description

采用多探头的超声波检验方法

技术领域

本发明属于A超反射法手动检测领域，它涉及采用多探头的超声波检验方法。

背景技术

超声波是频率高于20000赫兹的声波，它方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远，可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。在医学、军事、工业、农业上有很多的应用。超声波因其频率下限大约等于人的听觉上限而得名。

目前，超声波A超反射法手动检验时，都是使用传统人工探伤方法，即一个人、一台机器、一个探头的检测。当一条焊缝需要采用多种角度的探头进行检验时，则需要几个人同时进行检测或者一个人对该焊缝进行重复几次的检测，才可以完成焊缝的检验。如在执行美国ASME标准、执行法国RCCM标准、执行我国JB/T4730.3-2005C级检测就是这样，同一焊缝要分别使用两种或三种甚至四种角度的探头进行检验，才能完成检验。耗费了大量人力、物力和宝贵的时间，检测特别繁琐。

现有专利中存在的相关的多探头检测装置，如中国专利申请CN201120263270.3双晶片K1探头，该专利公开的探头中，使用了双探头，然而这类探头在晶片之间使用隔音层，增加了这类探头的成本；同时这类探头中的晶片的倾斜角固定，使得这类探头应用不够灵活；双探头探测的范围有限容易产生漏检。

由于上述问题，本发明人对现有的探头技术进行要紧和分析，以便能制作出具有结构简单、成本低、使用灵活、探伤范围大同时可以一次性从多个角度同时探伤的采用多探头的超声波检验方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，结果发现：通过改进后的多探头装置进行，所述多探头装置包括：外壳、左斜楔、中斜楔、右斜楔、左晶片、左阻尼块、中晶片、中阻尼块、右晶片、右阻尼块和超声仪，其中，左晶片与中晶片之间设置隔声槽、中晶片与右晶片之间设置隔声槽，左晶片、中晶片和右晶片三者的前端分别设置消声槽；该检验方法包括以下步骤：（1）通过CSK-ⅠA和CSK-ⅢA试块对该装置进行校正；并根据校正结果在超声仪上输入三个晶片的各项参数；通过CSK-ⅢA试块来确定该装置的探伤灵敏度；（2）检查该装置在移动时该装置内部三个晶片的灵敏度是否正常、报警状态是否正常；（3）使用该装置对被检工件进行检验:检验时从边缘一个晶片开始；（4）当该装置发现缺陷后，用回波幅度最高的晶片，对准缺陷进行前后、左右、转角和环绕的扫查，再结合各自DAC曲线按标准分别对缺陷做出性质、大小判断与缺陷评级。从而完成本发明。

本发明的目的在于提供以下方面：

第一、采用多探头的超声波检验方法，其特征在于：

该方法应用下述多探头装置，所述多探头装置包括：

外壳2，其底面透明，其内部的底面上分别设置透明的左斜楔、透明的中斜楔和透明的右斜楔，

左晶片5a，其正面贴于左斜楔斜面上，左晶片背面与左阻尼块6a相贴，左晶片通过左电缆线3a与超声仪1相连，

中晶片，其正面贴于中斜楔斜面上，中晶片背面与中阻尼块相贴，中晶片通过中电缆线3b与超声仪相连，

右晶片，其正面贴于右斜楔斜面上，右晶片背面与右阻尼块相贴，右晶片通过右电缆线3c与超声仪相连，

其中，左晶片与中晶片之间设置隔声槽、中晶片与右晶片之间设置隔声槽，左晶片、中晶片和右晶片三个晶片的前端分别设置消声槽；

该检验方法包括以下步骤：

（1）通过CSK-ⅠA和CSK-ⅢA试块对该装置进行校正：使用CSK-ⅠA试块校准材料的横波声速值，并通过CSK-ⅠA试块对三个晶片的倾斜角度、零点偏移、探头前沿距离进行校对，并将校对值输入到超声仪中；通过CSK-ⅢA试块来确定该装置中每个晶片的探伤灵敏度并保存；

（2）检查该装置在移动时该装置内部的三个晶片的探伤灵敏度和报警设备；

（3）使用该装置对被检测试件进行检验:检验时从边缘一个晶片开始，所述边缘一个晶片为该装置开始检验时最先靠近试块的晶片；所述边缘一个晶片为左晶片或者右晶片，根据检验时扫查方向确定；

（4）当该装置发现缺陷11后，用回波幅度最高的晶片，对准缺陷进行前后、左右、转角和环绕的扫查，其中，这四种扫查方式为标准JB4730.3-2005规定四种扫查方式（如图7中所示）；再结合三个晶片各自探伤灵敏度按标准分别对缺陷做出性质、大小判断与缺陷评级。

第二、根据上述第一方面所述的采用多探头的超声波检验方法，其特征在于：左晶片、中晶片和右晶片三个晶片中每个晶片与外壳底面之间夹角的大小是可调的。

第三、根据上述第一方面所述的采用多探头的超声波检验方法，其特征在于：在步骤（3）中检验时从边缘一个晶片开始，该装置移动型式为锯齿型和横向的平行或斜平行进行，所述锯齿型即该装置的路线为折线形；所述横向平行是指当焊缝余高磨平时将多探头装置放在焊缝上与焊缝方向平行，用于检测焊缝横向缺陷；斜平行指当焊缝余高未磨平时探头的扫查方向与焊缝的方向成10～20°的夹角，多探头装置每次行走方向相互平行。具体图示见图8a和8b。

第四、根据上述第一方面所述的采用多探头的超声波检验方法，其特征在于：在步骤（3）中该装置前后移动宽度距离大于被检测试件厚度与较大折射角的正切值的乘积，所述较大折射角为三个晶片中折射角第二大的晶片产生的折射角。

第五、根据上述第一方面所述的采用多探头的超声波检验方法，其特征在于：该装置外壳底部的材质为有机玻璃。

第六、多探头装置，其如上述第一方面至第五方面中任一项所述。

根据本发明提供的采用多探头的超声波检验方法，具有结构简单、成本低、使用灵活、探伤范围大同时可以一次性从多个角度同时探伤；该方法具体具有如下的有益效果：

第一、该装置使用了几个角度组合晶片组成的探头，在一次的扫查检测中就可以完成多个角度的各自检测扫查，使检验工作效率成倍或几倍的提高；

第二、该装置同时多角度配合使用，一次检验就可以对同一缺陷进行多角度相互验证，给缺陷的定性，提供了更多的信息；

第三、由于几个晶片组合并列，增加晶片宽度，使检验中每次的该装置移动覆盖增加，减少了因覆盖不足而引起的漏检；

第四、因几个晶片共存，由声束扩散而形成屋顶角反射，可检出某些倾斜缺陷；

第五、该方法适用于执行美国ASME标准的产品、JB/T4730.3-2005C级检测的产品、执行法国RCCM标准检测的产品或者有多探头检验需要的场合。

附图说明

图1示出根据本发明优选实施方式的采用多探头的超声波检验方法的工作状态图；

图2示出根据本发明优选实施方式的采用多探头的超声波检验方法中多探头装置的结构示意图；

图3示出根据本发明优选实施方式的采用多探头的超声波检验方法中多探头装置的左视图；

图4示出根据本发明优选实施方式的采用多探头的超声波检验方法屋顶反射示意图；

图5示出根据本发明优选实施方式的采用多探头的超声波检验方法被检测试件的示意图；

图6示出常规A超反射法检测装置的示意图；

图7示出四种缺陷判定方式示意图

图8a示出根据本发明优选实施方式的采用多探头的超声波检验方法的移动型式中斜平行方式示意图；

图8b示出根据本发明优选实施方式的采用多探头的超声波检验方法的移动型式中横向平行方式示意图；

图9示出根据本发明优选实施方式的采用多探头的超声波检验方法的多探头装置结构示意图；

图10示出根据本发明优选实施方式的采用多探头的超声波检验方法多探头装置结构示意图。

附图标号说明：

1-超声仪

2-外壳

3a-左电缆线

3b-中电缆线

3c-右电缆线

4a-左斜楔

5a-左晶片

6a-左阻尼块

7-隔声槽

8-消声槽

11-缺陷

13-A型超声波探伤仪

14-单探头

15-被检测试件

具体实施方式

下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在根据本发明的一个优选实施方式中，如图1-5中所示，提供采用多探头的超声波检验方法，该方法应用下述多探头装置，所述多探头装置包括：

外壳2，其底面透明，其内部的底面上分别设置透明的左斜楔、透明的中斜楔和透明的右斜楔，

左晶片5a，其正面贴于左斜楔斜面上，左晶片背面与左阻尼块6a相贴，左晶片通过左电缆线3a与超声仪1相连，

中晶片，其正面贴于中斜楔斜面上，中晶片背面与中阻尼块相贴，中晶片通过中电缆线3b与超声仪相连，

右晶片，其正面贴于右斜楔斜面上，右晶片背面与右阻尼块相贴，右晶片通过右电缆线3c与超声仪相连，

其中，左晶片与中晶片之间设置隔声槽、中晶片与右晶片之间设置隔声槽，左晶片、中晶片和右晶片三个晶片的前端分别设置消声槽；

该检验方法包括以下步骤：

（1）通过CSK-ⅠA和CSK-ⅢA试块对该装置进行校正：使用CSK-ⅠA试块校准材料的横波声速值，并通过CSK-ⅠA试块对三个晶片的倾斜角度、零点偏移、探头前沿距离进行校对，并将校对值输入到超声仪中；通过CSK-ⅢA试块来确定该装置中每个晶片的探伤灵敏度并保存，由探伤灵敏度绘制DAC曲线；

（2）检查该装置在移动时该装置内部的三个晶片的探伤灵敏度和报警设备；

（3）使用该装置对被检测试件进行检验:检验时从边缘一个晶片开始；

（4）当该装置发现缺陷后，用回波幅度最高的晶片，对准缺陷进行前后、左右、转角和环绕的扫查，再结合三个晶片各自探伤灵敏度按标准分别对缺陷做出性质、大小判断与缺陷评级。

其中，传统单探头检测方法使用如图6中所示的装置，这种装置通过一个单探头14与一个A型超声波探伤仪13相连，这种装置效率低，本发明中所述检测方法使用如图1中所示的多探头装置，该多探头装置提高了检测效率、增大了检测范围。

其中，本发明中三个晶片分别发射入射波，以间歇脉冲型式，并以各自的角度和扩散被检测试件中传播，当入射波遇到异质界面（缺陷）时就会产生衍射和反射并且伴有波型转换。衍射波以最短路径返回晶片，反射波以反射角等于入射角反射，如果缺陷的方向与入射波方向相垂直或近垂直时，衍射波和反射波叠加后被晶片接收，从而发现缺陷。几个晶片封装在一个外壳内时，在被检测试件中超声波传播到一定距离时，由于声束的扩散作用使得几路超声波会相遇，由波的叠加原理：相遇处质点的振动是各列波振动的合成，质点位移是各列波位移的矢量和，相遇后各列声波仍保持自己原有的频率、波长、振动方向继续传播，就像没有遇到其它波一样，这就是超声波的独立性，所以几路超声波同时检测时不相互干涉和影响检测，各通道回波显示很清晰，不紊乱。

在一个优选的实施方式中，如图2中所示，所述外壳2底部透明，在这里，外壳底部材质优选为有机玻璃；外壳内部设有吸声材料；

其中，外壳2底部由左至右按直线依次安设左斜楔、中斜楔和右斜楔；所述左斜楔、中斜楔和右斜楔均为透明的，且三者形状相同，左斜楔、中斜楔和右斜楔三者均为横截面为三角形的棱柱体，斜楔可以改变超声波进入晶片的入角度，通过设置左斜楔、中斜楔和右斜楔，可以使得该装置覆盖范围增加，提高了该装置的灵活性。

在具体的实例中，所述左斜楔的斜面与外壳底面所成夹角为45度；所述中斜楔的斜面与外壳底面所成夹角60度；所述右斜楔的斜面与外壳底面所成夹角70度。

在一个优选的实施方式中，如图2中所示，将左晶片贴于左斜楔的斜面上，将中晶片贴于中斜楔的斜面上、将右晶片贴于右斜楔的斜面上；在这里所述的左晶片、中晶片和右晶片三个晶片的材质相同，三个晶片的尺寸均为13mm×13mm,频率均为2.5MHz；所述晶片用于自发自收超声波

其中，左晶片通过左电缆线3a与超声仪1相连；中晶片通过中电缆线与超声仪相连，右晶片通过右电缆线与超声仪相连，所述左电缆线、中电缆线和右电缆线三个电缆线相同，均为75Ω同轴电缆。

其中，由于该装置三个晶片与外壳底面的夹角不同，因此该装置在检测被检测试件时，容易发生屋顶反射，这样容易检测到一些不明显的缺陷，使得该装置的检测能力提高，所述屋顶反射如图4中所示，当45度晶片发出的超声波遇到缺陷时，根据波的反射原理，45度晶片发出的超声波不能沿原路返回，折射到60度角的晶片处，60度角的晶片能接受到的范围外，进而被60度角的晶片或者70度角晶片接受，这样使得一些不明显的缺陷被检测出来，提高了该方法的检测能力。

在进一步优选的实施方式中，由于三个斜楔的斜面与外壳底面之间的夹角是可调的，因此三个晶片与外壳底部的夹角也是可调的，这样增加了该装置的灵活性，使得该装置可以根据实际情况的需要，对三个晶片与外壳底面之间的夹角进行调节。

在一个优选的实施方式中，如图2中所示，将左阻尼块贴于左晶片背面，将中阻尼块贴于中晶片背面，将右阻尼块贴于右晶片背面，所述左阻尼块、中阻尼块和右阻尼块三个阻尼块的材质相同，均为常规的阻尼块。

在一个优选的实施方式中，如图2中所示，在相邻的晶片之间设有隔声槽7，在每个晶片的前端设有消声槽8，隔声槽7使每个晶片发射的超声波间不相互干扰，消声槽8消除晶片在产生折射波时伴随产生的反射回波，使反射回波不干扰探伤。隔声槽和消声槽可以使得该装置在提高隔音效果的同时降低了生产成本、隔声槽和消声槽的成本低于普通隔声材料，使得该装置的成本降低。

在一个优选的实施方式中，如图9中所示，步骤（1）使用CSK-ⅠA试块校准材料的横波声速值，并通过CSK-ⅠA试块对三个晶片的倾斜角度、零点偏移、探头前沿距离进行校对，并将校对值输入到超声仪中；通过CSK-ⅢA试块来确定该装置中每个晶片的探伤灵敏度并保存；

其中，所述材料的横波声速值是指超声波在被检工件中的传播速度；本文中指在钢中的声速。

零点偏移是晶片发射的超声波到多探头装置与被检测工件表面之间时间，如图9中所示路线的传播时间T2。只有获得准确的零位偏移，超声波才能精确定位。

所述探头前沿距离为晶片声束中心点即入射点到多探头装置外壳前面底部边缘的距离L1，如图9中所示。

在一个优选的实施方式中，步骤（3）该装置前后移动宽度距离大于被检测试件厚度与较大折射角的正切值的乘积，公式如下：

该装置前后移动宽度距离>TH×K，其中，TH为被检测试件厚度，K为较大折射角的正切值；

在这里，较大折射角为三个晶片中具有第二大折射角的晶片，优选为与外壳底面成60度夹角的中间晶片；所述前后移动为在如图5中沿着X轴方向的移动。折射角是指波束与被检测工件法线之间的夹角。如图10所示。只有当波束与缺陷方向垂直时可获得最大反射波，而缺陷的方向是多种多样的，因此需要采用多种折射角的超声波波束来检测。ASME标准中一般要求采用0°，45°、60°、70°折射角的探头。

在一个优选的实施方式中，步骤（4）中，当该装置发现被检测时间具有缺陷时，该装置对该缺陷变换不同角度进行检测。针对一个有方向性的缺陷，只有波束方向与缺陷方向垂直时获得最大回波幅度。针对不同方向的缺陷，获得最大回波幅度的晶片不同。以回波幅度最高的晶片，对准缺陷作前后、左右、转角、环绕等形式扫查，确定缺陷的大小、方向及性质。再结合DAC曲线按标准，各晶片分别对缺陷做出评级。通过该步骤，使得该方法在检测被检测试件时，效率提高，准确性提高，并且使得检测工作更加的细致，避免漏检。

实施例1

设置被检测试件，其焊缝的母材材料20MnMoR钢，规格1000×320×62。此条焊缝采用JB/T4730.3-2005标准、CSK-ⅠA和CSK-ⅢA试块。

使用常规A超反射法检测装置对被检测试件进行检测，检验灵敏度φ1×6-6dB，需要检验三次，发现两处缺陷如下表1所示：

表1

探头	缺陷①深度/幅度	缺陷②深度/幅度
			450	35/φ1×6+4dB	34/φ1×6-2dB
600	35/φ1×6+5dB	34/φ1×6+4dB
			700	35/φ1×6+4dB	34/φ1×6+7dB

使用本发明所述多探头装置对被检测试件进行检测，检验灵敏度φ1×6-6dB，只需检测一次即可，检测结果如下表2：

表2

探头	缺陷①深度/幅度	缺陷②深度/幅度
			450	35/φ1×6+3dB	34/φ1×6-2dB
600	35/φ1×6+5dB	34/φ1×6+4dB
			700	35/φ1×6+4dB	34/φ1×6+8dB

由上述表1和表2对比可知，常规A超反射法检测与本发明对同一被检测试件检测同一缺陷时，两种检测结果几乎没有差别，微小的回波幅度差别，是可以忽略不计的。

其中，采用常规A超反射波每一个探头的校准时间约为5分钟，每一个探头扫查时间约为35分钟，则整个检测时间需要120分钟。而采用多探头装置时多探头的校准时间约为35分钟，扫查时间为45分钟，整个检测时间为80分钟。因此可见多探头装置虽然校准时间较长，但是扫查时间短，整个焊缝检测时间减少了1/3。对长焊缝和厚度大的焊缝，多探头的检测时间相对于常规A超反射法将大大缩短检测时间。

根据本发明提供的采用多探头的超声波检验方法，具有结构简单、成本低、使用灵活、探伤范围大同时可以一次性从多个角度同时探伤；该方法具体具有如下的有益效果：

第一、该装置使用了几个角度组合晶片组成的探头，在一次的扫查检测中就可以完成多个角度的各自检测扫查，使检验工作效率成倍或几倍的提高；

第二、该装置同时多角度配合使用，一次检验就可以对同一缺陷进行多角度相互验证，给缺陷的定性，提供了更多的信息；

第三、由于几个晶片组合并列，增加晶片宽度，使检验中每次的该装置移动覆盖增加，减少了因覆盖不足而引起的漏检；

第四、因几个晶片共存，由声束扩散而形成屋顶角反射，可检出某些倾斜缺陷；

第五、该方法适用于执行美国ASME标准的产品、JB/T4730.3-2005C级检测的产品、执行法国RCCM标准检测的产品或者有多探头检验需要的场合。

以上接合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.采用多探头的超声波检验方法，其特征在于：

该方法应用下述多探头装置，所述多探头装置包括：

外壳（2），其底部透明，其内部的底面上分别设置透明的左斜楔、透明的中斜楔和透明的右斜楔，

左晶片（5a），其正面贴于左斜楔斜面上，左晶片背面与左阻尼块（6a）相贴，左晶片通过左电缆线（3a）与超声仪（1）相连，

中晶片，其正面贴于中斜楔斜面上，中晶片背面与中阻尼块相贴，中晶片通过中电缆线（3b）与超声仪相连，

右晶片，其正面贴于右斜楔斜面上，右晶片背面与右阻尼块相贴，右晶片通过右电缆线（3c）与超声仪相连，

其中，左晶片与中晶片之间设置隔声槽（7）、中晶片与右晶片之间设置隔声槽（7），左晶片、中晶片和右晶片三个晶片的前端分别设置消声槽（8）；

该检验方法包括以下步骤：

（1）通过CSK-ⅠA和CSK-ⅢA试块对该装置进行校正：使用CSK-ⅠA试块校准材料的横波声速值，并通过CSK-ⅠA试块对三个晶片的倾斜角度、零点偏移、探头前沿距离进行校对，并将校对值输入到超声仪中；通过CSK-ⅢA试块来确定该装置中每个晶片的探伤灵敏度并保存；

（2）检查该装置在移动时该装置内部的三个晶片的探伤灵敏度和报警设备；

（3）使用该装置对被检测试件（15）进行检验:检验时从边缘一个晶片开始，所述边缘一个晶片为该装置开始检验时最先靠近试块的晶片。所述边缘一个晶片为左晶片或者右晶片；

（4）当该装置发现缺陷后，用回波幅度最高的晶片，对准缺陷进行前后、左右、转角和环绕的扫查，再结合三个晶片各自探伤灵敏度按标准分别对缺陷做出性质、大小判断与缺陷评级。

2.根据权利要求1所述的采用多探头的超声波检验方法，其特征在于：左晶片、中晶片和右晶片三个晶片中每个晶片与外壳底面之间夹角的大小是可调的。

3.根据权利要求1所述的采用多探头的超声波检验方法，其特征在于：在步骤（3）中检验时从边缘一个晶片开始，该装置移动型式为锯齿型和横向的平行或斜平行进行。

4.根据权利要求1所述的采用多探头的超声波检验方法，其特征在于：在步骤（3）中该装置前后移动宽度距离大于被检测试件厚度与较大折射角的正切值的乘积，所述较大折射角为三个晶片中折射角第二大的晶片产生的折射角。

5.根据权利要求1所述的采用多探头的超声波检验方法，其特征在于：该装置外壳底部的材质为有机玻璃。

6.多探头装置，其如上述权利要求1至权利要求5中任一项所述。

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