CN110320283B - 一种双通道探头调节机构及双通道探头水浸高频超声波探伤方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种双通道探头调节机构及双通道探头水浸高频超声波探伤方法，属于钢材探伤检测设备技术领域。包括第一探头架和第二探头架，所述第一探头架固定于模块上，所述第二探头架通过微调机构与模块活动连接，用于微量调节第二探头架的水平旋转角度；所述第一探头架、第二探头架底部分别通过水平调节机构与对应的第一夹持口和第二夹持***动连接，所述第一夹持口用于设置第一探头，所述第二夹持口用于设置第二探头。本申请通过2个不同频率的探头同步检测钢中内部宏观缺陷的试验方法来对缺陷定位分析，同时评价钢的内部宏观纯净度；同步实现待测试样的分区检测，减小试样的检测盲区，提高检测准确性，有利于全面快速评价钢内部的纯净度。
Description
技术领域
本发明涉及一种双通道探头调节机构及双通道探头水浸高频超声波探伤方法，属于钢材探伤检测设备技术领域。
背景技术
随着客户对钢材质量要求也不断提高，钢材纯净度作为钢材质量的一项重要指标要求越来越高。因此，钢中内部宏观及微观缺陷尺寸的控制和检测成为冶金科技人员和检测人员重点工作内容。
检测钢材内部宏观纯净度的无损检测试验方法有很多，钢材超声波探伤是一种较常用的检测钢材质量的方法，相比于其他检测手段，超声波探伤有着很多优势，如：能够在不破坏工件的前提下进行检测、无污染、对人体无害、检测结果较准确、使用方便、速度快及便于现场检测等。通常情况下，表面比较粗糙的工件利用常规水磨法探伤时，检测效果往往很差，而水浸超声波探伤却能够很好的适应此类工件的探伤。水浸超声检测方法还有着信号稳定、信噪比高、容易实现自动化等特点。但是，水浸超声检测的信号强度很弱，往往需要将衰减器增益调到很高才能发现工件中的缺陷回波，根据实验研究，当使用同频率的探头时，水浸超声检测的信号强度与水磨法信号强度差20dB左右。所以水浸探伤中一般使用聚焦探头来增加信号强度，虽然此方法能够一定程度增加信号强度，但是由于聚焦探头的声束分布不均匀，导致实际检测效果并不是非常理想，需要多次探伤才能将钢材存在的缺陷参数检测出来，大大浪费了检测时间，降低了检测效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种双通道探头调节机构用于安装两个同时作业的超声波探头，由此实现双通道探头水浸高频超声波探伤方法，采用两具有不同检测频率的探头经一次探测即能实现对钢材中存在的不同深度、大小的缺陷进行探测，缩短检测时间，提高检测精确度。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种双通道探头调节机构，该机构设置在能够在Z轴方向(竖直方向)上升降的模块上，包括第一探头架和第二探头架，所述第一探头架固定于模块上，所述第二探头架通过微调机构与模块活动连接，用于微量调节第二探头架的相对Z轴方向的偏转；所述第一探头架、第二探头架底部分别通过水平调节机构与对应的第一夹持口和第二夹持***动连接，用于调节第一夹持口和第二夹持口在水平方向上的位置，所述第一夹持口用于设置第一探头，所述第二夹持口用于设置第二探头。
所述微调机构包括活动圆盘、弹性顶出杆、顶出千分杆和拨块，所述活动圆盘竖立设置在模块侧面，活动圆盘可绕其中心轴在竖直面内偏转，所述拨块固定在所述活动圆盘的边缘，所述弹性顶出杆位于拨块一侧并始终弹性顶住拨块，所述顶出千分杆位于拨块另一侧反向推动拨块使反向抵抗弹性顶出杆。
所述水平调节机构包括固定块、调节块和调节螺杆，所述固定块固定于探头架底部，所述调节块与夹持口固定连接，所述调节螺杆水平设置在固定块上，调节螺杆与调节块螺纹连接，调节块能够沿着转动的调节螺杆水平位移。
一种双通道探头水浸高频超声波探伤方法，所述方法具体包括如下步骤：
(1)双通道探头调节机构安装：将双通道探头调节机构设置在水浸高频超声波探伤仪Z轴的模块上，将两个具有不同频率的探头设于第一夹持口和第二夹持口内，并将两个探头与标准UHF接口连接；
(2)仪器校准调试：将标样设于高频超声波探伤仪水槽中，调节第一探头和第二探头的入射角度使第一、二探头的入射方向与标样上平底孔相互垂直；通过调节模块在Z轴方向的位置，调节探头与水层距离，使得标样上平底孔缺陷的回波最大；调整增益，确定两个探头的基础dB值；
(3)试样热处理并加工：对待探测的圆棒试样进行热处理后，试样表面再进行车皮并磨光，减小检测盲区；
(4)试样扫描：将步骤三的圆棒试样设于水浸高频超声波探伤仪水槽的卡盘上，启动双通道模式，对水浸超声波探伤仪进行***回零，然后调节第一、二探头的入射角度、探头高度；输入试样参数、探伤仪探伤步进速度，使第一、二探头进行同步扫描检测；
(5)检测：双探头在扫描结束后会各自形成A、C扫描图；A扫描图中当扫描到夹杂物时声波会发生反射，图中纵坐标反射波高度代表了夹杂物的大小，横坐标代表了夹杂物距试样表面的位置及深度；A扫描图对应的投影图即C扫描图：颜色的深浅代表了反射波高度，横坐标代表了试样展开的情况；纵坐标表示了夹杂物的尺寸大小和数量；
若需要对试样中夹杂物进行定位分析，通过分析软件打开C扫描图，应用探头回位功能移动到夹杂物位置，360°旋转试样，当夹杂物反射回波最大时，在探头垂直正下方的试样表面做好标记，该标记即为表皮上距离夹杂物最近的位置，同时记录好夹杂物大小、数量和分布信息。
所述步骤三中试样长300～600mm、直径30～120mm，且满足光洁度<1.0μm，弯曲度≤2mm/m。
与现有技术相比，本发明的优点在于：一种双通道探头调节机构及双通道探头水浸高频超声波探伤方法，直接在水浸超声波探伤仪的Z轴上设置双通道探头调节机构，通过2个不同频率的探头同步检测钢中内部宏观缺陷的试验方法来对缺陷定位分析，同时评价钢的内部宏观纯净度。整个试验周期短、不破坏试样、同步实现待测试样沿径向的分区检测，进一步减小试样的检测盲区，提高检测准确度性，有利于全面快速评价钢内部的纯净度，对于进一步夹杂物定位及解剖定性分析显得非常重要。
附图说明
图1为本发明实施例一种双通道探头调节机构的示意图；
图2为10MHz探头扫描所得的A图；
图3为10MHz探头扫描所得的C图；
图4为25MHz探头扫描所得的A图；
图5为25MHz探头扫描所得的C图；
图中1模块、2微调机构、2.1顶出千分尺、2.2活动圆盘、2.3弹性顶出杆、2.4拨块、3第一探头架、4第二探头架、5第一夹持口、6第二夹持口、7水平调节机构、7.1固定块、7.2调节块、7.3调节螺杆。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，本实施例中的一种双通道探头调节机构，该机构设置在能够在Z轴方向上升降的模块1上。该调节机构包括设于同一侧的第一探头架3和第二探头架4，第一探头架3固定在模块1，第二探头架4通过微调机构2与模块1活动连接，微调机构2微量调节第二探头架的旋转角度；第一探头架3和第二探头架4底部分别通过水平调节机构7与对应的第一夹持口5和第二夹持口6活动连接，水平调节机构7调节第一夹持口5和第二夹持口6的方位。将第一探头设置在第一夹持口5内，第二探头设置在第二夹持口6内。通过调整模块1在Z轴上的位置对第一探头和第二探头进行高度调节；水平调节机构7对第一探头入射角度进行调节；水平调节机构7和微调机构2对第二探头的入射角度进行调节，实现双探头同步进行检测，以实现待测试样的分区检测，有效缩短检测时间，大大提高试样检测效率。
上述微调机构包括活动圆盘2.2、弹性顶出杆2.3、顶出千分杆2.1和拨块2.4，活动圆盘2.2竖立设置在模块1侧面，活动圆盘2.2可绕其中心轴在竖直面内偏转，活动圆盘2.2与第二探头架4固定连接，当活动圆盘2.2发生偏转时，第二探头架4同步发生偏转。拨块2.4固定在活动圆盘2.2的顶部边缘，弹性顶出杆2.3位于拨块2.4一侧并始终弹性顶住拨块2.4，顶出千分杆2.1与设于活动圆盘2.2内，顶出千分杆2.1位于拨块2.4另一侧反向推动拨块2.4使反向抵抗弹性顶出杆2.3。当顶出千分杆2.1向弹性顶出杆2.3靠近时，顶出千分杆2.1抵住拨块2.4向顶出杆2.3靠近且将顶出杆2.3压回，拨块2.4带动活动圆盘2.2向弹性顶出杆2.3侧发生偏转；当顶出千分杆2.1向弹性顶出杆2.3远离时，弹性顶出杆2.3顶出并带动拨块2.4向顶出千分杆2.1顶近，拨块2.4带动活动圆盘2.2向顶出千分杆2.1侧发生偏转，以调节第二探头架4偏转的角度。
本实施例中的顶出千分杆是外径千分尺的千分尺头。
上述水平调节机构7包括固定块7.1和调节块7.2，固定块7.1固定在探头架底部，调节块7.2与夹持口固定连接，固定块7.1上设有凹槽，调节块7.2上设有凸块，凹槽与凸块相配合并将调节螺杆7.3***固定块7.1和调节块7.2内，使得固定块7.1与调节螺杆7.3固定连接，调节块7.2与调节螺杆7.3活动连接。当旋动调节螺杆7.3时，实现调节块7.2沿着调节螺杆7.3轨迹运动，从而调节夹持块的位置。
一种双通道探头水浸高频超声波探伤方法具体包括如下步骤：
步骤一：将双通道探头调节机构设置在水浸高频超声波探伤仪Z轴的模块1上，将作为第一探头的10MHz探头和作为第二探头的25MHz探头分别设于第一加持口5和第二夹持口6内，并将两个探头与标准UHF接口连接，与图像分析软件相连；
步骤二：将标样放置在高频超声波探伤仪水槽中，先调节水平调节机构7，再调节微调机构2，使得第一探头、第二探头与标样上平底孔相互垂直(即入射角度为90°)；通过手动调节模块1在Z轴上的位置，调节第一探头、第二探头与水层的距离，使得标样上平底孔缺陷回波最大幅度；锁紧模块。此时，调整增益，使得波幅为80％，确定2个探头的基础dB值；
步骤三：取长约300mm、直径约60mm圆棒试样进行淬火和回火并对圆棒试样表面车皮并磨光，使得试样的光洁度为0.8μm，弯曲度为1.8mm/m，从而减小检测盲区；
步骤四：将步骤三的圆棒试样设于水浸高频超声波探伤仪水槽的卡盘上，启动双通道模式，对水浸超声波探伤仪进行***回零，先通过水平调节机构调节第一探头的入射角度，入射角度为90°，在通过水平调节机构和微调机构对第二探头的入射角度进行调节，使得入射角度同样为90°，然后调节第一探头和第二探头高度；并将试样参数、探伤仪探伤步进、速度等参数输入至水浸高频超声波探伤仪，实现双探头进行同步扫描检测；
步骤五：如图2、3、4、5所示，双探头在扫描结束后会各自形成A、C扫描图，A扫描图中当扫描到夹杂物时声波会发生反射，图中纵坐标反射波高度代表了夹杂物的大小，横坐标代表了夹杂物距试样表面的位置及深度；A扫描图对应的投影图即C扫描图：颜色的深浅代表了反射波高度，横坐标代表了试样展开的情况；纵坐标表示了夹杂物的尺寸大小和数量；
若需要对试样中夹杂物进行定位分析，通过分析软件打开C扫描图，应用探头回位功能移动到夹杂物位置，360°旋转试样，当夹杂物反射回波最大时，在探头垂直正下方的试样表面做好标记，该标记即为表皮上距离夹杂物最近的位置，同时记录好夹杂物大小、数量和分布信息。
整体步骤包括：①双通道探头调节机构及探头的安装；②使用标样进行高频超声波探伤仪校准；③试样加工；④安装试样后双探头同时进行扫描检测；⑤根据两个频率探头各自形成的A、C扫描图分别分析确定试样中缺陷的大小、数量和分布等信息。
本发明是直接在水浸超声波探伤仪上设置双通道探头调节机构，通过2个不同频率的探头同步检测钢中内部宏观缺陷的试验方法来对不同深度的缺陷定位分析，同时评价钢的内部宏观纯净度。整个试验周期短、不破坏试样、同步实现待测试样的分区检测，进一步减小试样的检测盲区，提高检测准确性，有利于全面快速评价钢内部的纯净度，对于进一步夹杂物定位及解剖定性分析显得非常重要。
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种双通道探头调节机构，该机构设置在能够在Z轴方向上升降的模块（1）上，包括第一探头架（3）和第二探头架（4），所述第一探头架（3）固定于模块上，所述第二探头架（4）通过微调机构（2）与模块（1）活动连接，用于微量调节第二探头架（4）的相对Z轴方向的偏转；所述第一探头架（3）、第二探头架（4）底部分别通过水平调节机构（7）与对应的第一夹持口（5）和第二夹持口（6）活动连接，用于调节第一夹持口（5）和第二夹持口（6）在水平方向上的位置，所述第一夹持口（5）用于设置第一探头，所述第二夹持口（6）用于设置第二探头；
所述微调机构（2）包括活动圆盘（2.2）、弹性顶出杆（2.3）、顶出千分杆（2.1）和拨块（2.4），所述活动圆盘（2.2）竖立设置在模块（1）侧面，且活动圆盘可绕其中心轴在竖直面内偏转，所述拨块（2.4）固定在所述活动圆盘（2.2）的边缘，所述弹性顶出杆（2.3）位于拨块（2.4）一侧并始终弹性顶住拨块，所述顶出千分杆位于拨块（2.4）另一侧反向推动拨块（2.4）使反向抵抗弹性顶出杆（2.3）；
所述水平调节机构（7）包括固定块（7.1）、调节块（7.2）和调节螺杆（7.3），所述固定块（7.1）固定于探头架底部，所述调节块（7.2）与夹持口固定连接，所述调节螺杆（7.3）水平设置在固定块（7.1）上，调节螺杆（7.3）与调节块（7.2）螺纹连接，调节块（7.2）能够沿着转动的调节螺杆（7.3）水平位移。
2.一种基于权利要求1所述的双通道探头调节机构的双通道探头水浸高频超声波探伤方法，其特征在于：所述方法具体包括如下步骤：
步骤一：双通道探头调节机构安装：将双通道探头调节机构设置在水浸高频超声波探伤仪Z轴的模块（1）上，将两个具有不同频率的探头设于第一夹持口（5）和第二夹持口（6）内，并将两个探头与标准UHF接口连接；
步骤二：仪器校准调试：将标样设于高频超声波探伤仪水槽中，调节第一探头和第二探头的入射角度使第一、二探头的入射方向与标样上平底孔相互垂直；通过调节模块（1）在Z轴方向的位置，调节探头与水层距离，使得标样上平底孔缺陷的回波最大；调整增益，确定两个探头的基础dB值；
步骤三：试样热处理并加工：对待探测的圆棒试样进行热处理后，试样表面再进行车皮并磨光，减小检测盲区；
步骤四：试样扫描：将步骤三的圆棒试样设于水浸高频超声波探伤仪水槽的卡盘上，启动双通道模式，对水浸超声波探伤仪进行***回零，然后调节第一、二探头的入射角度、探头高度；输入试样参数、探伤仪探伤步进速度，使第一、二探头进行同步扫描检测；
步骤五：检测：双探头在扫描结束后会各自形成A、C扫描图；A扫描图中当扫描到夹杂物时声波会发生反射，图中纵坐标反射波高度代表了夹杂物的大小，横坐标代表了夹杂物距试样表面的位置及深度；A扫描图对应的投影图即C扫描图：颜色的深浅代表了反射波高度，横坐标代表了试样展开的情况；纵坐标表示了夹杂物的尺寸大小和数量；
若需要对试样中夹杂物进行定位分析，通过分析软件打开C扫描图，应用探头回位功能移动到夹杂物位置，360°旋转试样，当夹杂物反射回波最大时，在探头垂直正下方的试样表面做好标记，该标记即为表皮上距离夹杂物最近的位置，同时记录好夹杂物大小、数量和分布信息。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤三中试样长300～600mm、直径30～120mm，且满足光洁度<1.0μm，弯曲度≤2mm/m。
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