[发明专利]一种基于超声相控阵全聚焦成像技术的螺栓裂纹检测系统

说明书

本发明提供了一种基于超声相控阵全聚焦成像技术的螺栓裂纹检测系统，包括内部设置有阵元的超声探头、多通道超声激励接收相控阵板卡和计算机，超声探头为圆环形，超声探头的外径与螺栓大径一致，超声探头为分体式结构，由弧形组件拼接而成，弧形组件上均连接设置有安装件，通过圆盘架固定拼接并通过限位销固定在螺栓的杆端部，超声探头安装孔和限位销安装孔的上方均连接有固定螺钉；圆盘架上设置有一组以上的超声探头安装孔，超声探头对应设置有一个以上，计算机对每个弧形组件的超声信号分别独立存储处理并分开单独成像。该检测系统在完全显示螺栓表面状态的同时成像速度快，适用于多种型号螺栓的检测。

技术领域

本发明涉及螺栓裂纹检测技术领域，尤其涉及一种基于超声相控阵全聚焦成像技术的螺栓裂纹检测系统。

背景技术

螺栓连接是各种工程技术中应用非常广泛的一种结构连接方式，在螺栓连接中，螺栓将承受拉、压载荷循环作用。在拉、压交变载荷作用下，螺纹表面容易产生裂纹，影响连接强度。在风电、石化管道、桥梁等大型设备或结构中，在螺纹表面产生裂纹后，若未及时发现，将会产生严重的安全隐患，存在设备或结构损毁、人员伤亡的风险。

针对处于在役螺栓状态的检测，目前一般是通过检测螺栓拧紧力矩或螺栓拉力是否减小，但该检测方法只能判断螺栓是否松动，无法有效发现螺栓表面裂纹。目前也有部分公司或机构开始采用超声相控阵全聚焦成像设备检测在役螺栓的表面裂纹，但所用超声相控阵全聚焦成像设备并非针对检测螺栓表面裂纹而开发的，存在如下问题：

(1)螺栓型号众多，超声探头面积可能与螺栓杆截面积相差较大，若用较小面积的超声探头，需要多次移动探头，并多次成像，才能将螺栓表面状态显示完全；若用较大面积的超声探头，因超声相控阵全聚焦成像技术需采集、处理的数据多，需要配备计算能力非常强的数据收集卡和计算机，成本高，且成像速度慢。

(2)超声探头表面与螺栓头端面接触时，未对超声探头进行定位、限位，需多次移动探头，才能准确定位，检测过程耗费时间较多。

(3)在部分螺栓杆的端部伸出部分有限或使用空间受限的情况下，需要单独开发特定的小体积超声探头，耗费时间多，成本高。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述不足，本发明提供了一种基于超声相控阵全聚焦成像技术的螺栓裂纹检测系统，该螺栓裂纹检测系统在完全显示螺栓表面状态的同时成像速度快，适用于多种型号螺栓的检测，适用于螺栓杆的端部伸出部分有限或使用空间受限的情况，可快速判断螺栓裂纹的位置，检测结果直观可靠。

实现本发明上述目的所采用的技术方案为：

一种基于超声相控阵全聚焦成像技术的螺栓裂纹检测系统，包括内部设置有阵元的超声探头、多通道超声激励接收相控阵板卡和计算机，所述多通道超声激励接收相控阵板卡分别与阵元和计算机连接，从而对螺栓外表面的状态进行检测，所述超声探头为圆环形，阵元在超声探头内沿圆环方向呈线性阵列分布，超声探头的外径与螺栓大径一致，所述超声探头为分体式结构，由两个以上的弧形组件拼接而成，每个弧形组件上均连接设置有安装件，弧形组件通过圆盘架固定拼接并通过限位销固定在螺栓的杆端部，圆盘架上设置有与安装件的形状和位置相匹配的超声探头安装孔，安装件卡置于超声探头安装孔内，使超声探头整体安装于圆盘架的正下方，所述圆盘架上还分布设置有与限位销相匹配的限位销安装孔，限位销安装于限位销安装孔内并贴靠于螺栓的侧壁上，所述圆盘架上分布于同一个圆上的超声探头安装孔为一组，圆盘架上设置有一组以上的超声探头安装孔，并对应设置有一组以上的限位销安装孔，所述超声探头对应设置有一个以上，用于不同型号螺栓的检测；所述多通道超声激励接收相控阵板卡分别与每个弧形组件的各阵元相连接，并分别将其超声信号传输至计算机，计算机对每个弧形组件的超声信号分别独立存储处理并分开单独成像。

所述超声探头的内径为螺栓小径的0.8～0.95倍。

所述安装件包括连接于弧形组件上的呈弧形的限位板和连接于限位板上的呈“7”字型的限位头。