[实用新型]高压容器封头焊缝的多楔块超声相控阵内检测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种高压容器封头焊缝的内检测装置，特别涉及一种全多层高压储氢容器封头对接焊缝的多楔块超声相控阵内检测装置。

背景技术

全多层高压储氢容器是我国自主研发、设计的产品，具有容积大、承压能力高、氢气泄漏可在线监测等优点，是高压氢气储存的重要装备，在加氢站得到了重要应用。全多层高压储氢容器为钢带错绕式容器，结构复杂，因此难以进行无损检测。其接管锻件(图6所示)与双层半球形封头的对接焊缝及热影响区，由于结构特殊，现有射线检测、磁粉检测和渗透检测及相应的检测设备均难以有效检出制造过程及使用过程中产生的缺陷，目前国内外也少有对此类焊缝进行成功检测的报道。该焊缝区域具有单层结构，不同与容器的其他部位(双层或多层)，一旦缺陷扩展就可能造成容器破裂，将严重地威胁设备与人员的安全，甚至可能造成灾难性事故。

由于常规的外部检测均无法得到有效的结果，内检测作为一种可能成为了此类容器检测的研究方向。全多层高压储氢容器在封头顶部接管存在一个内径狭小的开孔，常规的检测装备无法进入其内。超声检测具有操作方便、分辨率高、成本低、适应面广、对厚壁容器面积型缺陷检测灵敏度较高等优点，然而针对这种狭小开孔的内检测，超声检测存在以下难题：1)孔径小，常规相控阵探头难以进入；2)内壁面为凹面，且曲率半径较小，界面的超声传播能量损失大；3)从开孔内壁到焊缝外侧热影响区，声程超过120mm，常用超声聚焦技术难以满足要求；4)焊接结构复杂，一侧是双层低合金钢，另一侧是单层奥氏体不锈钢，波形判断困难，且焊接截面较厚，单次扫查难以全面覆盖检测厚度范围；5)焊缝为奥氏体不锈钢，晶粒粗大、各向异性，故声能衰减大、散射严重。由于上述多重困难的存在，对于固定式全多层高压储氢容器封头对接焊缝的检测，现有的超声相控阵技术很难达到满意的效果。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术中的不足，提出一种高压容器封头焊缝的多楔块超声相控阵内检测装置，该检测装置应能有效地对全多层高压储氢容器封头对接焊缝进行超声相控阵检测，并具有检测灵敏度高、检测装置经久耐用的特点。

本实用新型提供的技术方案是：

高压容器封头焊缝的多楔块超声相控阵内检测装置，包括设置在外部的超声波检测仪；其特征在于：该内检测装置还包括探头夹持装置以及安装在探头夹持装置上的相控阵探头；所述相控阵探头包括探头基座、安装在探头基座的上且线性阵列的多个阵元、覆盖在多个阵元表面的保护膜以及安装在保护膜上的透声楔块；所述探头夹持装置包括容置相控阵探头的探头安装槽、一端与探头安装槽连接而另一端固定着旋转手柄的导线固定杆以及连接相控阵探头与超声波检测仪的导线，从而形成横截面小于被检开孔直径的长条形结构，以便于伸入被检开孔进行内检测；所述相控阵探头引出的导线经过导线固定杆引出后再与超声波检测仪电连接。

所述透声楔块的外表面具有与被检开孔凹面曲率相匹配的圆弧面；该被检开孔是位于容器封头顶部接管中的狭小结构。

所述透声楔块通过螺钉与探头基座固定连接。

所述透声楔块的声速小于被检工件声速，以使计算获得的焦距f落在待检测区域的较远处。

所述焦距f的计算公式为：

式中，r为曲面曲率半径，c₁为楔块声速，c₂为被检工件声速。

所述透声楔块的声阻抗与被检工件的声阻抗数值接近，使得通过公式(2)或公式(3)计算获得的声强透射率T达到很高的数值。

其中，Z₁为楔块的声阻抗，Z₂为耦合剂的声阻抗，Z₃为被检工件的声阻抗，d₂为耦合剂薄层厚度，λ₂为耦合剂薄层中的波长。

当(n为整数)或d₂很小时，其声强透射率T为：

所述透声楔块具有2个及以上；每个楔块具有不同的厚度、同样的曲率半径、同样的材料；不同厚度的楔块对应不同厚度的探头基座。

所述探头安装槽内装入所述相控阵探头，并通过探头固定螺钉进一步固定。

所述探头安装槽前后有两段用于安装支撑O型圈的环形切槽，以将所述相控阵探头及探头夹持装置与开孔内壁隔开，防止相控阵探头及探头夹持装置在开孔内壁上造成损伤。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：