專利名稱：一種水浸聚焦探頭性能測試裝置及其測試方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鋼管無損探傷技術領域，具體地，本發(fā)明涉及一種水浸聚焦 探頭性能測試裝置及其測試方法。
背景技術：
目前，國內(nèi)各鋼管廠生產(chǎn)各類鋼管數(shù)百余萬噸，其中有80%以上鋼管如油 井管、高壓鍋爐管需經(jīng)過超聲波探傷。作為鋼管廠生產(chǎn)線用于無縫鋼管超聲波探 傷的機組的探傷機組主要采用探頭旋轉、鋼管直線輸送的方式。其中在超聲波探 傷中，超聲波的發(fā)射和接收是通過探頭來實現(xiàn)的。超聲波探頭又稱超聲波換能器， 它是實現(xiàn)電能和聲能相互轉換的一種器件，它主要是利用材料的壓電效應來進行 換能。
為實現(xiàn)超聲強衰減材料、多層結構件、重要焊接結構件中缺陷高靈敏度的超 聲檢測和評價，并對自然缺陷形狀、性質和大小進行分析和判別，實現(xiàn)對缺陷的 精確定性、定量和定位，通常使用水浸超聲掃查成像系統(tǒng)。
所述水浸超聲掃査成像系統(tǒng)通常包括5個部分超聲波發(fā)射和接收系統(tǒng)，包括 超聲探傷儀(USIP12)和水浸聚焦探頭；數(shù)據(jù)采集和圖像處理系統(tǒng)，包括工控機和 數(shù)據(jù)采集卡；五軸水浸超聲掃査系統(tǒng)裝置，包括精密三維掃描工作臺、水平轉臺、 探頭擺動架、專用夾具、水槽、步進電機驅動卡和驅動電源；軟件系統(tǒng)，由文件 管理、參數(shù)設置、數(shù)據(jù)和圖像處理等控制窗口組成。
為應選用適用于管材探傷的、性能穩(wěn)定的單通道或多通道超聲波探傷儀。探 傷儀應滿足以下技術要求-
a) 至少具有5 10MHz的工作頻率；
b) 帶有記錄或聲光報警裝置；
c) 自動探傷時，單通道的重復頻率應不低于2KHz，能與自動掃查系統(tǒng)相匹配。
d) 探傷儀的其他技術指標應符合JB/T10061的規(guī)定。為此，通常采用使用頻率為5MHz 15MHz的線聚焦或點聚焦水浸探頭。及單晶 片和多晶片探頭。另外，儀器和探頭的組合靈敏度，當調(diào)節(jié)人工標準缺陷反射波 高達到螢光屏滿刻度的80%時，剩余靈敏度應不低于10dB。
為應選用適用于管材探傷的、性能穩(wěn)定的單通道或多通道超聲波探傷儀。通 常采用使用頻率為5MHz 15MHz的線聚焦或點聚焦水浸探頭。及單晶片和多晶片探 頭。
水浸聚焦超聲波探頭是實現(xiàn)鋼管超聲波探傷的關鍵部件，探頭性能的好壞直 接關系到探傷結果的準確程度。由于鋼管超聲波探傷時，探頭是在1200轉/分鐘 旋轉的情況下工作，因此探頭又是一種極易損壞的部件，鋼管生產(chǎn)企業(yè)每年需外 購大量超聲波探頭，來維持探傷機組的正常工作，而以往企業(yè)對外購的探頭缺乏 驗收手段，往往只看廠家提供的質保書上探頭各項性能指標。
然而在實際的操作過程中存在很多問題例如，探頭在現(xiàn)場使用過程中，各 項性能差異較大，與廠方提供的探頭質保書上的性能指標存在較大差異；其次， 缺乏對探頭制造方的監(jiān)督，無法保證其供應探頭在使用時100%的性能合格。 一旦 不合格探頭安裝在探傷機組上，則拆裝時間長，不僅浪費大量的時間，且影響探 傷產(chǎn)能。
另一方面，性能差異的探頭，在使用中可能造成探傷質量事故，由于大量鋼 管產(chǎn)品主要是油井管、鍋爐管等高端產(chǎn)品，這無疑加大了探傷的質量風險。為確 保探頭性能滿足探傷機組探傷需求，對外購的超聲波探頭進行性能測試很有必要。
現(xiàn)有技術對超聲波探頭性能的測試，主要有探頭制造廠或研究院進行，要對 超聲波探頭的性能進行測試，需借助實驗室專用設備(聲場測試儀器和裝置)來 實現(xiàn)，測試過程對硬件要求很高，這種測試設備及方法對于探頭使用方鋼鐵生產(chǎn) 性企業(yè)來說，很難做到。

發(fā)明內(nèi)容
為解決所述問題，提供一種無須在探頭制造廠或研究院進行及借助實驗室專 用設備(聲場測試儀器和裝置)來在使用方鋼鐵生產(chǎn)性企業(yè)既可進行的超聲波探 頭的性能測試，本發(fā)明的目的在于提供一種新穎的探頭性能測試裝置。
解決所述問題，提供一種無須在探頭制造廠或研究院進行及借助實驗室專用 設備(聲場測試儀器和裝置)來在使用方鋼鐵生產(chǎn)性企業(yè)既可進行的超聲波探頭 的性能測試，本發(fā)明的目的還在于提供一種水浸聚焦探頭性能測試方法。根據(jù)本發(fā)明的水浸聚焦探頭性能測試裝置，所述測試裝置包括置于水箱中的 測試裝置框架本體及超聲波探傷儀，其特征在于，所述測試裝置還包括-
可移動設置于所述測試裝置框架本體上、設有探頭安裝座、用于固定探頭的 探頭夾持裝置，
可移動設置于所述測試裝置框架本體上、可使探頭作X軸、Y軸、Z軸三維移
動的三維導向調(diào)整裝置，
分別安裝在其X軸、Y軸、Z軸向上、對應于探頭作X軸、Y軸、Z軸三維移 動，用于實時測量確定超聲波探頭的位置和位置變化量的游標卡尺，
設置于測試裝置框架本體上、與上述探頭固定座對應設置的基準反射座，
設置于基準反射座上的一個鋼球，所述鋼球作為信號反射體，用于通過反射信 號的變化測試探頭性能的差異。
根據(jù)本發(fā)明的水浸聚焦探頭性能測試裝置，優(yōu)選的是，所述測試裝置的所述 探頭夾持裝置沿X軸、Y軸平移和Z軸升降傳動使用渦輪、渦桿。
根據(jù)本發(fā)明的水浸聚焦探頭性能測試裝置，優(yōu)選的是，所述測試裝置設置有 用于探頭升降調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)機構、帶角度標識的探頭角度調(diào)節(jié)機構及帶刻度的探頭 垂直度調(diào)節(jié)裝置。
根據(jù)本發(fā)明的水浸聚焦探頭性能測試裝置，優(yōu)選的是，所述設置于基準反射 座上的鋼球直徑3mm士0. lram。
根據(jù)本發(fā)明的水浸聚焦探頭性能測試裝置，采用水箱，用水浸法對探頭性能 進行測試，所測試的性能結果與鋼管水浸法探傷要求最相近。
根據(jù)本發(fā)明的水浸聚焦探頭性能測試裝置，設有探頭安裝座、用于固定探頭 的探頭夾持裝置，在三維導向調(diào)整裝置的調(diào)節(jié)下，可使探頭作X軸、Y軸、Z軸三 維移動的三維導向調(diào)整裝置，分別安裝在其X軸、Y軸、Z軸向上、對應于探頭作 X軸、Y軸、Z軸三維移動，以便于作多種超聲波探頭性能的測試。同時，分別安 裝在其X軸、Y軸、Z軸向上、對應于探頭作X軸、Y軸、Z軸三維移動的游標卡 尺用于實時測量確定超聲波探頭的位置和位置變化量。本發(fā)明在基準反射座上設 置一個鋼球作為信號反射體，用于通過反射信號的變化測試探頭性能的差異。
根據(jù)本發(fā)明的水浸聚焦探頭性能測試裝置，結合了水浸聚焦超聲波探頭的技 術特性和鋼管探傷機組使用要求，可就以下制造廠提供的超聲波探頭性能指標如-焦距、聲束寬度、焦點直徑、聲束偏斜角、靈敏度余量、多晶片探頭靈敏度偏差 和探頭機械尺寸等指標等進行測試。所述水浸聚焦探頭性能測試裝置簡便易行。本發(fā)明又提供一種水浸聚焦探頭性能測試方法，所述測試方法使用所述的水 浸聚焦探頭性能測試裝置，高頻電纜線連接探頭與探傷儀，其特征在于，
首先，在置于水箱中的所述的水浸聚焦探頭性能測試裝置框架本體的基準反 射座上放置一個鋼球，
在對應于所述基準反射座上方所設置的探頭固定座上安裝、固定待測試探頭，
進行探頭X軸調(diào)節(jié)和探頭Y軸調(diào)節(jié)，將探頭對準探頭基準反射體，
通過超聲波探傷儀給待測探頭一激勵信號，使待測探頭發(fā)出一束超聲波信號， 打在基準反射體的鋼球上，
作為信號反射體，通過反射信號的變化，測試探頭性能的差異， 調(diào)節(jié)三維導向調(diào)整裝置，實時測量確定超聲波探頭的位置和位置變化量，
移動探頭z軸(升降)調(diào)節(jié)滑塊，使探頭在鋼球上的反射回波信號達到最高，
超聲波信號經(jīng)鋼球反射，有效反射波被探頭接收，經(jīng)儀器處理，以波高形式 顯示在超聲波探傷儀的顯示屏上，
分別記錄(14) X軸刻度尺(1) Y軸刻度尺(7) Z軸刻度尺上刻度數(shù)值，通 過觀察波高的變化確定探頭的各項性能指標。
根據(jù)本發(fā)明的水浸聚焦探頭性能測試方法，用于聚焦探頭焦距的測試為
調(diào)節(jié)三維導向調(diào)整裝置和探頭升降裝置，將探頭超聲波回波信號調(diào)至最高的 位置，記錄下此時探頭Z軸高度刻度卡尺上數(shù)值Z,，
然后沿Z軸向下移動探頭，直到探頭恰好碰到鋼球，然后讀取高度刻度卡尺 上數(shù)值Z2，
取上述二位置間的刻度差，該差值Z, —Z2即為超聲波聚焦探頭的焦距。 焦距指聚焦探頭聲束實測焦點到探頭表面的距離。如圖3所示 f為焦距，d為焦點直徑。Cl一聲透鏡的聲速，C2—耦合水的聲速。 制造廠對聚焦探頭焦距的確定一般是根據(jù)探頭的曲率半徑，通過計算得到的 理論焦距，它與實際測量出的探頭焦距有較大差異，例如某探頭的曲率半徑R =20mm，則探頭焦距計算f二Cl/ (CI-C2)R = 2. 26R-2. 26X20 = 45. 2咖，制 造廠根據(jù)用戶對焦距的不同要求，通過改變探頭曲率半徑來確定焦距)。
在水浸聚焦探傷中，探頭是通過水耦合到工件上的。聲波在進入工件之前， 在水中要走一段距離。又由于聚焦聲束中的各個聲線(對焦點而言)是會聚的， 因此各聲線對工件的入射表面的入射角是不同的。聚焦聲束經(jīng)過工件表面時，總 有折射發(fā)生，原來是聚焦的聲束，斜穿過工件表面后也應該是會聚的。由于聚焦探頭斜入射的聲場比垂直入射時復雜，所以準確把握焦點位置對于精確檢驗工件
內(nèi)部的缺陷，特別是微小缺陷至關重要。
如果采用相同的耦合介子進行測試，所得結果相近，不同點在于本發(fā)明測試
精度的結果與操作人員調(diào)試精度有關，而實驗室專用設備測試精度是靠設備本身
精度確定，測試結果可以通過自動成像測得。
根據(jù)本發(fā)明的水浸聚焦探頭性能測試方法，用于探頭聲束寬度的測試為-調(diào)節(jié)三維導向調(diào)整裝置，使得探頭沿X軸方向移動，將探頭反射回波信號調(diào)
至最高，
調(diào) 節(jié)衰減器使回波信號達到示波器顯示80%的高度，
然后使探頭沿X軸正方向移動，使反射回波信號降低到示波器顯示40%的高 度，記錄下X軸刻度卡尺上數(shù)值Xl
接著，再使探頭沿X軸反方向移動，使反射回波信號由低到高再降低到示波器 顯示40%的高度，記錄下X軸刻度卡尺上數(shù)值X2，
取此時二個位置刻度數(shù)值差X, —X2，即為探頭有效聲束寬度。
本發(fā)明所測試的參數(shù)是探頭的實際數(shù)據(jù)，與實驗室專用設備測試數(shù)據(jù)相同， 而探頭生產(chǎn)廠一般是根據(jù)探頭晶片尺寸的80%估算探頭的有效聲束寬度，與實際 誤差較大。
使探頭有效聲束寬度加大，可改善靈敏度均勻性，提高探傷效率及定量精度， 改善耦合條件，提高了正檢率。
根據(jù)本發(fā)明的水浸聚焦探頭性能測試方法，用于探頭焦點直徑的測試為 調(diào)節(jié)三維導向調(diào)整裝置，使得探頭沿Y軸方向移動，將反射回波信號調(diào)至最
高，
然后使得探頭在該反射回波信號最高處附近作正反二方向的移動，當所述二 方向移動至回波信號均比最高處低-6dB處時，取該二位置間距為焦點直徑。本發(fā) 明的該測試方法與探頭的有效聲束寬度測試相同。
根據(jù)本發(fā)明的水浸聚焦探頭性能測試方法，用于聲束偏斜角的測試為
調(diào)節(jié)三維導向裝置和探頭升降裝置，將探頭超聲波回波信號調(diào)至最高的位置， 定位焦點01垂直于探頭上的實際位置02，測得該點到探頭幾何中心點03的距離 a，通過計算tanP- a/f得出聲束偏斜角e (f為探頭有效焦距)。如圖4所示
當探頭主聲束的水平偏斜角在標準要求值內(nèi)時，缺陷波反射波會沿原路返回 被探頭接收，檢測出鋼管裂紋。但如果探頭主聲束的水平偏斜角較大，未能按規(guī)定檢測更換，仍在機使用，缺陷波就不會按原路返回，而是以一個偏斜的角度反 射回來，其結果勢必使鋼管裂紋缺陷不能正常檢出。因此，準確測定探頭主聲束 的水平偏斜角，是保證微機控制超聲波探傷機良好性能的基礎。
根據(jù)本發(fā)明的水浸聚焦探頭性能測試方法，用于靈敏度余量(o )的測試為 調(diào)節(jié)三維導向裝置和探頭升降裝置，將探頭對準基準反射體，將超聲波回波 信號調(diào)至最高的位置，調(diào)節(jié)衰減器將定位于超聲波探傷儀滿屏的60%高度，此時 儀器衰減器上的dB值，即為探頭的靈敏度余量(連續(xù)增益關閉)。
靈敏度余量是指儀器與探頭組合后，在一定的探測范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)微小缺陷的能 力。具體指從一個規(guī)定的測距孔徑的人工試塊上獲得規(guī)定波高時儀器所保留的dB
數(shù)。保留的dB數(shù)高，說明靈敏度余量高。
聚焦探頭的靈敏度余量標準中沒有規(guī)定， 一般用戶根據(jù)實際情況對探頭制造
廣的要求。標準規(guī)定的探頭靈敏度余量是指非聚焦探頭，如直探頭、斜探頭，
它們的測試可直接在標準試塊上測得。
本發(fā)明的靈敏度余量測試方法與標準探頭的靈敏度余量測試方法相似。 根據(jù)本發(fā)明的水浸聚焦探頭性能測試方法，用于多晶片探頭靈敏度余量偏差
(A)的測試與單晶片探頭靈敏度余量相同，但對于組合多晶片探頭而言，每組各 個探頭間的靈敏度余量差值必須《4dB。
所述多晶片探頭的靈敏度偏差，是用戶根據(jù)實際情況對探頭制造廠的一般要求。
發(fā)明效果
根據(jù)本發(fā)明的水浸聚焦探頭性能測試裝置及方法，采用水箱，用水浸法對探 頭性能進行測試，所測試的性能結果與鋼管水浸法探傷要求最相近。本發(fā)明的水 浸聚焦探頭性能測試裝置及方法，簡便易行，無須借助實驗室專用設備(聲場測 試儀器和裝置)，可測得焦距、聲束寬度、焦點直徑、聲束偏斜角、靈敏度余量、 多晶片探頭靈敏度偏差和探頭機械尺寸等指標等。
附圖的簡單說明


圖1所示為本發(fā)明的水浸聚焦超聲波探頭性能測試裝置立體示意圖。
圖2所示為本發(fā)明的水浸聚焦超聲波探頭性能測試裝置剖視示意圖。 圖3所示為本發(fā)明的水浸聚焦超聲波探頭的焦距測試示意圖。圖4所示為本發(fā)明的水浸聚焦超聲波探頭聲束偏斜角的測試示意圖。
圖5所示為本發(fā)明的水浸聚焦超聲波探頭焦距測試說明圖。
圖6A，圖6B，圖6C分別顯示本發(fā)明的水浸聚焦超聲波探頭主聲束入射示意圖。
圖中，l為測試裝置框架本體，2為基準反射座，3為探頭固定座，4為探頭 夾持裝置，5為帶角度標識的探頭角度調(diào)節(jié)機構，6為帶刻度的探頭垂直度調(diào)節(jié)裝 置，7為Z軸游標卡尺，8為探頭Z軸(升降)調(diào)節(jié)滑塊，9為移動設置于所述測 試裝置框架本體上、可對探頭作X軸、Y軸、Z軸三維移動作導向調(diào)整的三維導向 調(diào)整裝置，IO為探頭Y軸調(diào)節(jié)裝置，ll為水箱，12為渦桿，13為探頭X軸調(diào)節(jié) 裝置，14為X軸游標卡尺，15為鋼球，16為線纜，17為探傷儀，18為Y軸游標 卡尺，19為探頭。T為始波，F(xiàn)為基準反射波。
具體實施例方式
以下，舉具體實施例，具體說明本發(fā)明。 實施例1
制得本發(fā)明的水浸聚焦探頭性能測試裝置，所述測試裝置包括置于水箱中的 測試裝置框架本體及超聲波探傷儀，所述測試裝置還包括可移動設置于所述測 試裝置框架本體上、設有探頭安裝座、用于固定探頭的探頭夾持裝置，可移動設 置于所述測試裝置框架本體上、可使探頭作X軸、Y軸、Z軸三維移動的三維導向 調(diào)整裝置。分別安裝在其X軸、Y軸、Z軸向上、對應于探頭作X軸、Y軸、Z軸 三維移動，用于實時測量確定超聲波探頭的位置和位置變化量的游標卡尺，設置 于測試裝置框架本體上、與上述探頭固定座對應設置的基準反射座，及設置于基 準反射座上的一個鋼球，所述鋼球作為信號反射體，用于通過反射信號的變化測試 探頭性能的差異。
在本實施例中，所述測試裝置的所述探頭夾持裝置沿X軸、Y軸平移和Z軸 升降傳動使用渦輪、渦桿。所述測試裝置設置有用于探頭升降調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)機構和 帶角度標識的探頭角度調(diào)節(jié)機構。所述設置于基準反射座上的鋼球直徑3mm。
Z軸調(diào)節(jié)為探頭上、下移動，探頭垂直度調(diào)節(jié)是指探頭在X軸位置固定不變， 探頭主聲束在X、 Y方向可改變?nèi)肷浣嵌取?br> 在探頭信號測試時，當儀器的衰減器讀數(shù)(dB數(shù))不變的情況下，探頭主聲束垂直入射到基準反射面時，反射波信號波幅最高如圖6B所示，當探頭主聲束偏 斜入射到基準反射面時，反射信號波較低如圖6A所示。
調(diào)節(jié)帶刻度的探頭垂直度調(diào)節(jié)機構如圖1， 2中的5，目的是為了使探頭主聲 束與基準反射體相互垂直，如圖6C所示。
帶角度標識的探頭角度調(diào)節(jié)機構5是調(diào)節(jié)探頭在X方向的聲束垂直度，6是 調(diào)節(jié)探頭在Y方向的聲束垂直度。調(diào)試方法、原理相同。
首先，高頻電纜線連接探頭與探傷儀。在置于水箱中的所述的水浸聚焦探頭 性能測試裝置框架本體的基準反射座上放置所述鋼球。在對應于所述基準反射座 上方所設置的探頭固定座上安裝、固定待測試探頭，進行探頭X軸調(diào)節(jié)和探頭Y 軸調(diào)節(jié)，將探頭對準探頭周定座。
然后，通過超聲波探傷儀給待測探頭一激勵信號，使待測探頭發(fā)出一束超聲 波信號，打在鋼球上，作為信號反射體,通過反射信號的變化，測試探頭性能的差 異，調(diào)節(jié)三維導向調(diào)整裝置，實時測量確定超聲波探頭的位置和位置變化量。
此時，移動探頭Z軸(升降)調(diào)節(jié)滑塊，使探頭在鋼球上的反射回波信號達 到最高。超聲波信號經(jīng)鋼球反射，有效反射波被探頭接收，經(jīng)儀器處理，以波高 形式顯示在超聲波探傷儀的顯示屏上，
分別記錄(14) X軸刻度尺(1) Y軸刻度尺(7) Z軸刻度尺上刻度數(shù)值，通 過觀察波高的變化確定探頭的各項性能指標。
實施例2
聚焦探頭焦距的測試
聚焦探頭焦距測試時，儀器抑制置0，補償關閉，增益旋紐置于調(diào)整量的80 %以上，衰減器留有一定可調(diào)節(jié)量一般為30 40dB。然后轉動附圖中(13)探頭 X軸調(diào)節(jié)器，使探頭隨三維導向裝置一起沿X軸(下方有基準反射座)的方向移 動。將探頭移到基準反射座(3)上方，找到反射回波信號的最高點，調(diào)節(jié)衰減器 使回波信號達到示波器顯示80%的高度。
轉動在X方向上帶角度指示的探頭角度調(diào)節(jié)器(5)，觀察探頭聲束是否垂直 入射，如果此時探頭聲束已經(jīng)垂直入射，那么當調(diào)節(jié)探頭角度調(diào)節(jié)器(5)時，反 射信號會從80%高度下降，如果探頭未達到垂直入射程度，調(diào)節(jié)探頭角度調(diào)節(jié)器 (5)反射信號會逐漸升高至信號最高為止。
在此基礎上再調(diào)節(jié)Y軸方向上的帶刻度的探頭垂直度調(diào)節(jié)器(6)，觀察探頭在Y軸方向上的聲束垂直入射情況，調(diào)整步驟與上述X方向調(diào)整相同。
最后調(diào)節(jié)三維導向調(diào)整裝置的探頭Z方向升降裝置(8)觀察反射波高是否最
高。當焦點入在基準反射座鋼球上時，反射波信號最高，如果確定此時反射波為
最高，記錄下Z軸刻度尺(7)的數(shù)值(72mm) Z10
然后沿Z軸向下移動探頭，直到探頭恰好碰到鋼球，然后讀取高度刻度卡尺
上數(shù)值Z2 (31ram)。 ，
取上述二位置間的刻度差，該差值Z, —Z2 (72 — 31=41mm)即該聚焦探頭的
焦距等于41mm。
實施例3
探頭聲束寬度的測試
探頭聲束寬度測試時，儀器抑制置0，補償關閉，增益旋紐置于調(diào)整量的80 %以上，衰減器留有一定可調(diào)節(jié)量如40dB。
然后轉動附圖中(13)探頭X軸調(diào)節(jié)器，使探頭隨三維導向裝置一起沿X軸 方向移動，將探頭移到基準反射座(3)上方，找到反射回波信號的最高點，調(diào)節(jié) 衰減器使回波信號達到示波器顯示80%的高度。
轉動在X方向上帶角度指示的探頭角度調(diào)節(jié)器(5)，觀察探頭聲束是否是垂 直入射，如果此時探頭聲束已經(jīng)垂直入射，調(diào)節(jié)(5)反射信號會從80%高度下 降，如果探頭未達到垂直入射程度，調(diào)節(jié)探頭角度調(diào)節(jié)器(5)反射信號會逐漸升 高至信號最高為止。在此基礎上調(diào)節(jié)Y軸方向上的帶刻度的探頭垂直度調(diào)節(jié)器 (6)，觀察探頭在Y軸方向上的聲束垂直入射情況，調(diào)試步驟與X方向相同。
當確定反射波高為最高情況下，再次調(diào)節(jié)衰減器將反射波高調(diào)至示波器顯示 80%的高度，然后使探頭沿X軸正方向移動,使反射回波信號降低到示波器顯示 40%的高度。記錄下X軸刻度卡尺上數(shù)值X,(例如142. lmm)。
接著，再使探頭沿X軸反方向移動，使反射回波信號由40%高度再回升到80 %高度后又降低到示波器顯示40%的高度，記錄下此時X軸刻度卡尺上數(shù)值X2 (例如132. l咖)。取此時二個位置刻度數(shù)值差X！ —X2， (142. Iran—132. lmm = 10mm)，此時該探頭有效聲束寬度為10mm。
實施例4
探頭焦點直徑的測試焦點直徑的測試方法與聲束寬度測試方法相同。
在測試過程中，當反射信號達到示波器顯示80%高度時，儀器衰減器dB數(shù) 是一個固定值，所變化的是波高，-6dB是指波高從80X高度降至40X高度時，數(shù) 值上正好等于-6dB，因此半波高度法又稱為6dB法。
實施例5
聲束偏斜角的測試
調(diào)節(jié)三維導向裝置和探頭升降裝置，將探頭超聲波回波信號調(diào)至最高的位置， 定位焦點垂直于探頭上的實際位置，測得該點到探頭幾何中心點的距離a，通過 計算tan e = a/f得出聲束偏斜角e (f為探頭有效焦距)。
艮P:在上述焦距測試時，用直尺測量探頭恰好碰到鋼球時的點到探頭幾何中 心點的距離a，如圖5所示探頭在制造時在探頭幾何中心點刻有標記。
在本實施例中，在上述探頭焦距測試中測得焦距f為41mm，測量探頭碰到 鋼球時的點到探頭幾何中心點的距離a等于lmm，通過計算tan P = a/f ，可以得 出聲束偏斜角e=tan-1(1/41) =1.4° ，此時該聚焦探頭的聲束偏斜角為1. 4° 。 一般情況下要求聲束偏斜角P《2° 。
實施例6
敏度余量(o)的測試 測試方法與焦距測試方法相同。
將探頭對準基準反射體，將超聲波回波信號調(diào)至最高的位置。然后調(diào)節(jié)衰減 器將反射波高調(diào)至探傷儀示波屏80%高度，此時儀器衰減器上的dB值，即為水浸
聚焦探頭靈敏度余量。
在本實施例中，在上述測試中儀器衰減器上的dB值為42dB，表示該測試探 頭的靈敏度余量就是42dB。
實施例7
多晶片探頭靈敏度余量偏差(△)的測試
多晶片組合探頭是指在一個探頭上裝有兩個以上相同的晶片的探頭。 對于多晶片組合探頭靈敏度余量偏差(A)的測試，測試方法與單晶片測試相同。在本實施例中為一個四晶片的組合探頭，通過分別測試，測試結果1#晶片
衰減器讀數(shù)42dB， 2弁晶片衰減器讀數(shù)40dB， 3井晶片衰減器讀數(shù)41dB， 4#晶片 衰減器讀數(shù)42dB， S卩，該四晶片組合探頭的靈敏度余量偏差(A)即為2dB。對于 多晶片組合探頭而言要求各個探頭間的靈敏度余量偏差必須《4 dB。
根據(jù)本發(fā)明的水浸聚焦探頭性能測試裝置及方法，采用水箱，用水浸法對探 頭性能進行測試，所測試的性能結果與鋼管水浸法探傷要求最相近。本發(fā)明的水 浸聚焦探頭性能測試裝置及方法，簡便易行，無須借助實驗室專用設備(聲場測 試儀器和裝置)，可測得焦距、聲束寬度、焦點直徑、聲束偏斜角、靈敏度余量、 多晶片探頭靈敏度偏差和探頭機械尺寸等指標等。
本發(fā)明技術可為相關企業(yè)提供重要參考和借鑒，具有較強的應用性和推廣前景。
權利要求
1.一種水浸聚焦探頭性能測試裝置，所述測試裝置包括置于水箱中的測試裝置框架本體及超聲波探傷儀，其特征在于，所述測試裝置還包括可移動設置于所述測試裝置框架本體上、設有探頭安裝座、用于固定探頭的探頭夾持裝置，可移動設置于所述測試裝置框架本體上、可使探頭作X軸、Y軸、Z軸三維移動的三維導向調(diào)整裝置，分別安裝在其X軸、Y軸、Z軸向上、對應于探頭作X軸、Y軸、Z軸三維移動，用于實時測量確定超聲波探頭的位置和位置變化量的游標卡尺，設置于測試裝置框架本體上、與上述探頭固定座對應設置的基準反射座，設置于基準反射座上的一個鋼球，所述鋼球作為信號反射體，用于通過反射信號的變化測試探頭性能的差異。
2. 如權利要求1所述的水浸聚焦探頭性能測試裝置，其特征在于，所述測 試裝置的所述探頭夾持裝置沿X軸、Y軸平移和Z軸升降傳動使用渦輪、渦桿。
3. 如權利要求1所述的水浸聚焦探頭性能測試裝置，其特征在于，所述測 試裝置設置有用于探頭升降調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)機構、帶角度標識的探頭角度調(diào)節(jié)機構及 帶刻度的探頭垂直度調(diào)節(jié)裝置。
4. 如權利要求1所述的水浸聚焦探頭性能測試裝置，其特征在于，所述設 置于基準反射座上的鋼球直徑3mm士0. lmm。
5. —種水浸聚焦探頭性能測試方法，所述測試方法使用所述的水浸聚焦探頭 性能測試裝置，高頻電纜線連接探頭與探傷儀，其特征在于，首先，在置于水箱中的所述的水浸聚焦探頭性能測試裝置框架本體的基準反射座上放置一個鋼球，在對應于所述基準反射座上方所設置的探頭固定座上安裝、固定待測試探頭， 進行探頭X軸調(diào)節(jié)和探頭Y軸調(diào)節(jié)，將探頭對準探頭固定座， 通過超聲波探傷儀給待測探頭一激勵信號，使待測探頭發(fā)出一束超聲波信號，打在鋼球上，作為信號反射體，通過反射信號的變化，測試探頭性能的差異， 調(diào)節(jié)三維導向調(diào)整裝置，實時測量確定超聲波探頭的位置和位置變化量，移動探頭Z軸升降調(diào)節(jié)滑塊，使探頭在鋼球上的反射回波信號達到最高， 超聲波信號經(jīng)鋼球反射，有效反射波被探頭接收，經(jīng)儀器處理，以波高形式顯示在超聲波探傷儀的顯示屏上，分別記錄(14) X軸刻度尺(1) Y軸刻度尺(7) Z軸刻度尺上刻度數(shù)值，通過觀察波高的變化確定探頭的各項性能指標。
6. 如權利要求5所述的水浸聚焦探頭性能測試方法，其特征在于，用于聚 焦探頭焦距的測試為 '調(diào)節(jié)三維導向調(diào)整裝置和探頭升降裝置，將探頭超聲波回波信號調(diào)至最高的位置，記錄下此時探頭Z軸高度刻度卡尺上數(shù)值Z,，然后沿Z軸向下移動探頭，直到探頭恰好碰到鋼球，然后讀取高度刻度卡尺 上數(shù)值Z2，取上述二位置間的刻度差，該差值Z^ —Z2即為超聲波聚焦探頭的焦距。
7. 如權利要求5所述的水浸聚焦探頭性能測試方法，其特征在于，用于探 頭聲束寬度的測試為調(diào)節(jié)三維導向調(diào)整裝置，使得探頭沿X軸方向移動，將探頭反射回波信號調(diào) 至最高，調(diào)節(jié)衰減器使回波信號達到示波器顯示80%的高度，然后使探頭沿X軸正方向移動，使反射回波信號降低到示波器顯示40%的高 度，記錄下X軸刻度卡尺上數(shù)值Xl,接著，再使探頭沿X軸反方向移動,使反射回波信號由低到高再降低到示波器 顯示40%的高度，記錄下X軸刻度卡尺上數(shù)值X2，取此時二個位置刻度數(shù)值差XI —X2，即為探頭有效聲束寬度。
8. 如權利要求5所述的水浸聚焦探頭性能測試方法，其特征在于，用于探 頭焦點直徑的測試為調(diào)節(jié)三維導向調(diào)整裝置，使得探頭沿Y軸方向移動，將反射回波信號調(diào)至最高，然后使得探頭在該反射回波信號最高處附近作正反二方向的移動，當所述二 方向移動至回波信號均比最高處低-6dB處時，取該二位置間距為焦點直徑。
9. 如權利要求5所述的水浸聚焦探頭性能測試方法，其特征在于，用于聲 束偏斜角的測試為調(diào)節(jié)三維導向裝置和探頭升降裝置，將探頭超聲波回波信號調(diào)至最高的位置，定位焦點垂直于探頭上的實際位置，測得該點到探頭幾何中心點的距離a，通過 計算tane:a/f得出聲束偏斜角P ， f為探頭有效焦距。
10. 如權利要求5所述的水浸聚焦探頭性能測試方法，其特征在于，用于靈 敏度余量(o)的測試為調(diào)節(jié)三維導向裝置和探頭升降裝置，將探頭對準基準反射體，將超聲波回波 信號調(diào)至最高的位置，調(diào)節(jié)衰減器將定位于超聲波探傷儀滿屏的60%高度，此時 儀器衰減器上的dB值，即為探頭的靈敏度余量。
11. 如權利要求5所述的水浸聚焦探頭性能測試方法，其特征在于，用于多 晶片探頭靈敏度余量偏差(A)的測試對于組合多晶探頭而言，每組各個探頭間的 差值必須《4 dB。
全文摘要
一種水浸聚焦探頭性能測試裝置及方法，在置于水箱中的所述性能測試裝置的基準反射座上放置一鋼球，在其對應上方設置、對準待測試探頭，通過超聲波探傷儀使待測探頭對鋼球發(fā)出超聲波信號，通過反射信號的變化測試探頭性能的差異。調(diào)節(jié)三維導向調(diào)整裝置，實時測定探頭的位置及其變化量，使探頭在鋼球上的反射回波信號達到最高。有效反射波被探頭接收，以波高形式顯示在超聲波探傷儀的顯示屏上，分別記錄X軸、Y軸及Z軸刻度尺上的刻度數(shù)值，通過觀察波高的變化確定探頭的各項性能指標。本發(fā)明的水浸聚焦探頭性能測試裝置及方法簡便易行，無須借助實驗室專用設備，可測得焦距、聲束寬度、焦點直徑、聲束偏斜角、靈敏度余量、多晶片探頭靈敏度偏差等指標等。
文檔編號G01N29/22GK101539542SQ200810034928
公開日2009年9月23日 申請日期2008年3月21日 優(yōu)先權日2008年3月21日
發(fā)明者周長忠, 杰 陳 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司