CN104297349B - 一种超声波水浸横波检测线聚焦探头角度调节校准试块及其调节方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种超声波水浸横波检测线聚焦探头角度调节校准试块及其调节方法，通过将试块安装在超声波水浸检测设备上，并根据试块调节超声波水浸检测设备的线聚焦探头，使得对每一种不同直径的被检金属管棒材，仅需移动探头架，使中心线聚焦探头移至距被检金属管棒材轴线正上方焦距距离处，便可实现正负双方向的超声波横波检测。从而无需重新调整探头位置以实现所需的超声波入射角度及相应水距，同时也无需为了进行探头调整后的***测试以确保偏心调节参数能够有效发现相应缺陷，而针对每一种直径的金属管棒材制作与之对应的人工缺陷试样。此外，由于本方法使得线聚焦探头准确处于±20°处，因而消除了因偏心距计算值误差造成的错漏检安全隐患。

Description

一种超声波水浸横波检测线聚焦探头角度调节校准试块及其 调节方法
技术领域
本发明属于检测技术，涉及一种超声波水浸横波检测线聚焦探头角度调节校准试块及其调节方法。
背景技术
对于采用超声波水浸法检测金属管棒材时，通常需要进行45°横波检测其内部近表面特定趋向的材料缺陷。为实现超声波横波能在金属管棒材内部以法线45°方向传播，工业上对于超声波水浸检测法采取纵波探头发出纵波超声波并以法线20°方向通过水介质接触被检金属管棒材表面，因其声学传播及变换特性，可在金属管棒材内部实现法线45°方向横波超声波以实现有效检测。
目前工业上为实现线聚焦纵波探头作为超声波发生器能够与被检金属管棒材表面形成法线20°方向，通常采用调整线聚焦探头相对被检金属管棒材轴线偏心距的方式获取该角度，且偏心距经计算约为被检金属管棒材直径的1/6；同时调整线聚焦探头与被检金属管棒材表面的水距，以保证线聚焦探头声束焦线恰好落在检金属管棒材表面。然而该方法的局限性在于针对每一种不同直径的金属管棒材，均需重新调整探头位置以实现所需的超声波入射角度及相应水距，耗费大量时间，并且需要针对每一种直径的金属管棒材制作与之对应的人工缺陷试样进行探头调整后的***测试以确保该偏心调节参数能够有效发现相应缺陷。此外，由于该偏心距计算值为实际超声波入射20°角度的近似值，故而也存在可能的错漏检，造成安全隐患。
发明内容
本发明创造的目的是提供一种超声波水浸横波检测线聚焦探头角度调节校准方法，以实现针对每一种不同直径的金属管棒材仅需进行一次角度调整且无需制作相应的人工缺陷试样。
本发明的技术方案为：
所述一种超声波水浸横波检测线聚焦探头角度调节校准试块，其特征在于：所述试块为带有空腔的盒状结构，试块空腔外表面和内表面均分别由左、中、右三个平面构成，其中左、右两平面均与中心平面呈20°夹角，且左、右两平面均偏向中心平面的同一侧；在试块空腔内表面的三个平面上分别有一个垂直于所在平面的“一”字槽，三个“一”字槽的槽型尺寸完全一致且互相平行，槽中心分别位于试块空腔内表面的内切球与空腔内表面的三个平面相切处。
所述一种超声波水浸横波检测线聚焦探头角度调节方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：将超声波水浸横波检测线聚焦探头角度调节校准试块安装至超声波水浸检测设备上，保证试块空腔外表面的中心平面垂直于超声波水浸检测设备的Z轴并且试块空腔内表面“一”字槽方向与被检金属管棒材轴线方向平行；其中超声波水浸检测设备的XYZ坐标系中，XY平面为超声波水浸检测设备探头架的平移平面，Z轴垂直于XY平面；
步骤2：调节超声波水浸检测设备的线聚焦探头，将其中的中心探头水平移动至试块中心平面“一”字槽的中心处，并调整中心探头水平角度使反射回波最高；
步骤3：沿Z轴方向调节超声波水浸检测设备的探头架，使中心探头距试块中心平面“一”字槽表面水距为中心探头焦距；
步骤4：将探头架在XY平面内水平移至试块空腔外表面的左平面上，并沿Z轴方向调节探头架，使中心探头焦线落在试块左平面“一”字槽表面；
步骤5：调节超声波水浸检测设备线聚焦探头中的左侧探头的水距和角度，使试块左平面“一”字槽反射回波最高；
步骤6：将探头架在XY平面内水平移至试块空腔外表面的右平面上，并沿Z轴方向调节探头架，使中心探头焦线落在试块右平面“一”字槽表面；
步骤7：调节超声波水浸检测设备线聚焦探头中的右侧探头的水距和角度，使试块右平面“一”字槽反射回波最高。
有益效果
本发明的优点是：当按照本方法调节超声波水浸横波检测线聚焦探头角度完毕后，针对每一种不同直径的被检金属管棒材，仅需移动探头架，使中心线聚焦探头移至距被检金属管棒材轴线正上方焦距距离处，便可实现正负双方向的超声波横波检测。无需重新调整探头位置以实现所需的超声波入射角度及相应水距，同时也无需为了进行探头调整后的***测试以确保偏心调节参数能够有效发现相应缺陷，而针对每一种直径的金属管棒材制作与之对应的人工缺陷试样。此外，由于本方法使得线聚焦探头准确处于±20°处，因而消除了因偏心距计算值误差造成的错漏检安全隐患。
附图说明
图1：超声波水浸横波检测线聚焦探头角度调节校准试块图；(a)外表面，(b)内表面。
图2：超声波水浸横波检测线聚焦探头角度调节示意图；(a)中心平面“一”字槽，(b)右平面“一”字槽。
图3：中心线聚焦探头未调整至距被检金属管棒材轴线正上方焦距距离处示意图。
图4：中心线聚焦探头调整至距被检金属管棒材轴线正上方焦距距离处示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例描述本发明：
首先要设计制作超声波水浸横波检测线聚焦探头角度调节校准试块，试块可采用钛合金、铝合金、不锈钢等不易锈蚀的金属材料制成。如图1所示，试块为带有空腔的盒状结构，试块空腔外表面和内表面均分别由左、中、右三个平面构成，其中左、右两平面均与中心平面呈20°夹角，且左、右两平面均偏向中心平面的同一侧；在试块空腔内表面的三个平面上分别有一个垂直于所在平面的“一”字槽，三个“一”字槽的槽型尺寸完全一致且互相平行，槽中心分别位于试块空腔内表面的内切球与空腔内表面的三个平面相切处。
制作得到试块后，按照以下步骤进行超声波水浸横波检测线聚焦探头角度调节：
步骤1：将超声波水浸横波检测线聚焦探头角度调节校准试块安装至超声波水浸检测设备上，保证试块空腔外表面的中心平面垂直于超声波水浸检测设备的Z轴并且试块空腔内表面“一”字槽方向与被检金属管棒材轴线方向平行。其中超声波水浸检测设备的XYZ坐标系中，XY平面为超声波水浸检测设备探头架的平移平面，Z轴垂直于XY平面。
步骤2：调节超声波水浸检测设备的线聚焦探头，将其中的中心探头水平移动至试块中心平面“一”字槽的中心处，并调整中心探头水平角度使反射回波最高，即中心探头声束线性方向与“一”字槽一致。
步骤3：沿Z轴方向调节超声波水浸检测设备的探头架，使中心探头距试块中心平面“一”字槽表面水距为中心探头焦距，确保中心探头焦线落在试块中心平面“一”字槽表面且方向一致。
步骤4：将探头架在XY平面内水平移至试块空腔外表面的左平面上，通过沿Y轴的正负方向上的调整及沿Z轴方向调节探头架，使中心探头焦线落在试块左平面“一”字槽表面；此时，中心探头焦线落在试块左平面“一”字槽表面且方向一致。
步骤5：调节超声波水浸检测设备线聚焦探头中的左侧探头的水距和角度，使试块左平面“一”字槽反射回波最高；此时，左侧探头焦线与中心探头焦线重合落在试块左平面“一”字槽表面且与“一”字槽方向一致，同时实现左侧探头声束传播方向与法线相交－20°。
步骤6：将探头架在XY平面内水平移至试块空腔外表面的右平面上，通过沿Y轴的正负方向上的调整及沿Z轴方向调节探头架，使中心探头焦线落在试块右平面“一”字槽表面；此时，中心探头焦线落在试块右平面“一”字槽表面且方向一致。
步骤7：调节超声波水浸检测设备线聚焦探头中的右侧探头的水距和角度，使试块右平面“一”字槽反射回波最高。此时，右侧探头焦线与中心探头焦线重合落在试块右平面“一”字槽表面且与“一”字槽方向一致，同时实现右侧探头声束传播方向与法线相交+20°。
此时超声波水浸横波检测线聚焦探头角度调节完毕，检测时仅需移动探头架，使中心探头移至距被检金属管棒材轴线正上方焦距距离处。之后，沿轴线转动被检金属管棒材即可同时实现正负双方向的超声波横波检测。
本实施例中选用材料牌号为TC4，规格Ф40×L，状态M的钛合金棒料。在超声波水浸横波检测线聚焦探头角度调节完毕后，移动探头架，使中心线聚焦探头移至距被检金属管棒材轴线正上方焦距距离处(图4)。之后，沿轴线转动被检金属管棒材即可同时实现正负双方向的超声波横波检测。
当按照本方法调节超声波水浸横波检测线聚焦探头角度完毕后，针对每一种不同直径的被检金属管棒材，仅需移动探头架，使中心线聚焦探头移至距被检金属管棒材轴线正上方焦距距离处便可实现正负双方向的超声波横波检测。无需重新调整探头位置以实现所需的超声波入射角度及相应水距，同时也无需针对每一种直径的金属管棒材制作与之对应的人工缺陷试样并进行探头调整后的***测试，以确保偏心调节参数能够有效发现相应缺陷。此外，由于本方法使得线聚焦探头准确处于±20°处，因而消除了因偏心距计算值误差造成的错漏检安全隐患。

Claims (2)

1.一种超声波水浸横波检测线聚焦探头角度调节校准试块，其特征在于：所述试块为带有空腔的盒状结构，试块空腔外表面和内表面均分别由左、中、右三个平面构成，其中左、右两平面均与中心平面呈20°夹角，且左、右两平面均偏向中心平面的同一侧；在试块空腔内表面的三个平面上分别有一个垂直于所在平面的“一”字槽，三个“一”字槽的槽型尺寸完全一致且互相平行，槽中心分别位于试块空腔内表面的内切球与空腔内表面的三个平面相切处。
2.一种利用权利要求1所述试块进行超声波水浸横波检测线聚焦探头角度调节的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：将超声波水浸横波检测线聚焦探头角度调节校准试块安装至超声波水浸检测设备上，保证试块空腔外表面的中心平面垂直于超声波水浸检测设备的Z轴并且试块空腔内表面“一”字槽方向与被检金属管棒材轴线方向平行；其中超声波水浸检测设备的XYZ坐标系中，XY平面为超声波水浸检测设备探头架的平移平面，Z轴垂直于XY平面；
步骤2：调节超声波水浸检测设备的线聚焦探头，将其中的中心探头水平移动至试块中心平面“一”字槽的中心处，并调整中心探头水平角度使反射回波最高；
步骤3：沿Z轴方向调节超声波水浸检测设备的探头架，使中心探头距试块中心平面“一”字槽表面水距为中心探头焦距；
步骤4：将探头架在XY平面内水平移至试块空腔外表面的左平面上，并沿Z轴方向调节探头架，使中心探头焦线落在试块左平面“一”字槽表面；
步骤5：调节超声波水浸检测设备线聚焦探头中的左侧探头的水距和角度，使试块左平面“一”字槽反射回波最高；
步骤6：将探头架在XY平面内水平移至试块空腔外表面的右平面上，并沿Z轴方向调节探头架，使中心探头焦线落在试块右平面“一”字槽表面；
步骤7：调节超声波水浸检测设备线聚焦探头中的右侧探头的水距和角度，使试块右平面“一”字槽反射回波最高。
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