[实用新型]一种大型管状结构多通道水耦合超声检测装置

说明书

技术领域

本实用新型属于结构健康检测领域，具体涉及一种大型管状结构的多通道水耦合超声检测装置。

背景技术

大型管状结构作为气、液容器、化工冶炼容器及安全保障设施等，广泛应用于航空航天、国防、化工、医疗等领域。由于制造过程中内部缺陷(裂纹、空隙、夹杂物)的产生，以及使用过程中缺陷的演化以及新缺陷(裂纹、腐蚀)的产生，使得结构的无损检测变得困难。超声检测技术，作为五大常规无损检测技术中应用最广泛、使用频率最高、发展较快的一种无损检测技术，以其检测范围广、检测深度大、缺陷定位准确、灵敏度高、成本低、使用方便、速度快、对人体无害以及便于现场使用等优点，成为了此种结构无损检测的首要选择。

超声检测方法可以分为接触式、液浸式及空耦式三种。接触式超声检测方法是超声探头与被测对象通过直接接触传播超声波，两者之间通常以涂抹耦合剂的方式达到排除空气和良好接触的效果。液浸式超声检测方法是超声探头与被测对象之间的超声波耦合在液体通道中进行传播。空耦式超声检测方法是超声探头与被测对象间的超声波耦合在空气中传播。对于大型管状结构的超声检测，接触式超声检测方法由于涂抹耦合剂的缘故，效率低下、成本较高、容易污染待测对象、难以自动化。空耦式超声检测方法检测信号衰减严重、适用范围有限且易受环境噪声影响。相对以上两种方法，液浸式超声检测方法具有非接触、检测信号衰减小、灵敏度高、效率高、适用范围广、成本较低、清洁环保且便于自动化的优点，因此成为大型管状结构的首要选择。但是，由于结构体积大、质量大、成封闭状，浸没在水槽中以实现液浸式超声检测的方法不适用于此种结构。因此，通过喷水耦合的方式实现液浸式超声脉冲回波检测是大型管状结构的最佳方法。

对于上述方法，如何实现水耦合直接决定着检测结果。1985年，Borislav(US4507969)设计了一种超声液体喷射探头，主要实现方式为：制作一个喷嘴，将超声探头放置其中。通过改变喷嘴中探头周围流道的形状来改变液体压力及流速，将探头底面部分浸入液体中，超声波耦合在液体中喷射到被测对象表面。检测信号既可以通过超声脉冲回波的方式被同一探头接收，也可以通过透射方式被结构另一侧的探头接收，其中另一侧探头也是用相同的喷水耦合方法。随后，波音公司的Fred(4558598)设计了一种超声线性阵列喷嘴，用于层状结构(如蜂窝结构)的超声透射模式检测。该设计通过指数变幅挡板将线性阵列的超声换能器流道完全隔开，每个换能器发射的超声波耦合在水中经各自的流道喷射到结构表面，检测信号由另一侧的超声探头接收。随着超声检测的广泛应用，各种超声喷水耦合装置也层出不穷，其中比较有代表性的如US74327B2、US7607594B2、US7798003B2等。上述专利的设计原理与结构都和Borislav的设计大同小异。

相对国外而言，国内的超声检测技术正处于一个蓬勃发展的阶段，也有不少学者对喷水耦合系统进行了设计和应用。徐志农等(CN10268055A)设计了一种基于超声检测仪的水浸探头喷水耦合装置，采用可拆卸的多管道连接的方式形成探头下游流道，将超声波耦合其中并喷射到结构表面。刘海波等(CN103962890A)设计了一种用于超声检测的喷液器，通过双层多孔筛结构实现双层整流，控制水流为层流状态。

上述国内外液浸式超声脉冲回波检测的喷水耦合系统虽然都设计较为合理可行，但是仍不能应用于大型的、管状的结构中，其主要不足之处在于：1.水流从喷嘴喷射出来后借助水槽形成水循环系统。对于大型系统，由于检测时间长，且没有足够大的水槽，会造成严重的水流浪费，增加排水系统压力。2.主要针对平面结构的超声检测，很少考虑波束角度的改变，忽略了对管状结构超声波检测的波束角度校准问题，难以实现垂直入射。3.主要是单通道的超声检测，且喷嘴整体尺寸较大，不便于多通道的集成及测点密度的增加，进而无法满足大型结构的超声检测。

实用新型内容

为了解决以上现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种大型管状结构的多通道水耦合超声检测装置；检测时可以实现接触式水耦合检测，大大减少水流损失；附加校准装置，实现波束对弧面垂直入射；体积小，规范化，便于多通道的集成，有利于实现自动化。

本实用新型的目的在于提出一种大型管状结构的多通道水耦合超声检测装置。