用于超声波检测细长中空型材的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于由导声材料尤其是金属构成的有角中空型材(5)的超声波检测的方法，所述方法包括超声波检测装置(11)，所述检测装置(11)由具有以相阵技术布置在换能器标尺(4)上的换能器(A至G)的探头(1)构成，其中用于检测所述中空型材(5)上的外侧和内侧缺陷的超声波信号(10)由所述换能器(A至G)产生并耦合至所述中空型材(5)的表面中。为了对受测体的外侧和内侧表面的包括半径区域的缺陷，尤其是纵向缺陷进行检测，所述检测具有高水平质量保证并能够以节省成本的方式自动化进行，提出如此，为了检测中空型材(5)的表面区域(5.6)和半径区域(5.5)的外侧和内侧缺陷，依赖于所述换能器(A至G)相对于所述表面区域(5.6)的位置和所述换能器(A至G)相对于所述中空型材(5)的半径区域(5.5)的位置来控制所述换能器(A至G)，使得所生成的超声波信号(10)具有适配于在所述表面区域(5.6)和所述半径区域(5.5)中的外侧和内侧缺陷的入射角，并且在对所述中空型材(5)进行实际超声波检测之前，对参考型材(5’)进行超声波检测。

A Method for Detecting Slender Hollow Profiles by Ultrasound

The present invention relates to a method for ultrasonic detection of angular hollow profiles (5) consisting of sound conducting materials, especially metals. The method comprises an ultrasonic detection device (11) consisting of a probe (1) with a transducer (A to G) arranged on the transducer scale (4) by phase array technology, which is used to detect the outer and inner defects of the hollow profiles (5). The ultrasonic signal (10) is generated by the transducer (A to G) and coupled to the surface of the hollow profile (5). In order to detect defects on the outer and inner surfaces of the subject, including radius areas, especially longitudinal defects, the detection has a high level of quality assurance and can be automated in a cost-saving manner, it is proposed that in order to detect defects on the outer and inner surfaces of the surface area (5.6) and radius area (5.5) of the hollow profile (5), the detection depends on the relative of the transducers (A to G). The transducer (A to G) is controlled at the position of the surface area (5.6) and the position of the transducer (A to G) relative to the radius area (5.5) of the hollow profile (5), so that the generated ultrasonic signal (10) has an incidence angle adapted to the outer and inner defects in the surface area (5.6) and the radius area (5.5), and the hollow profile (5) is actually exceeded. Before the sound wave detection, the reference profile (5') was detected by ultrasonic wave.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于超声波检测细长中空型材的方法
本专利技术涉及一种用于超声波检测细长中空型材的方法，其中具有压电换能器的探头用于相控阵技术中。
技术介绍
众所周知，相控阵设计中的超声波探头具有例如十六或更多的多个单独的压电换能器(piezoelectrictransducers)。可以在探头中最大程度地被激活的各个换能器的长度，包括两个单独换能器之间的间隙，也被定义为换能器的标尺长度。出于经济原因，包括多个换能器的这种探头由于其增加的检测覆盖率而有利地用于受测体中，必须在所述受测体的整个表面和长度上对其进行检测。用于待检测的中空型材的材料基本上包括所有超声传导材料，例如金属和合成材料。下文考虑的中空型材尤其是由诸如钢的金属构成。由钢构成的中空型材诸如用作于建造行业或农机制造中的结构管材。在工厂中生产的中空型材可以在长度上长达15米并能够根据客户的需求而剪切长度。根据本专利技术，有角的中空型材的特征在于横截面可以是三角形，矩形，正方形或多边形，其中中空型材可以例如由焊接或热轧无缝圆管通过热拉伸或冷拔生产，或由相应地弯曲并且在接合边缘处焊接的金属板生产。在横截面中，这些中空型材各自包括型材主体中的直线区域，所述区域具有特定的边缘长度，以及弯曲直线型材主体的过渡区域中的半径区域。例如在热拉伸或弯曲期间生产的并且根据生产方法、中空型材的壁厚和材料可以或多或少变化的边缘半径是这种中空型材的典型。热轧无缝中空型材的典型半径范围例如在1×壁厚和3×壁厚之间，典型的壁厚在5到25mm的范围内。通常，管道的超声波检测是已知的并且已经建立了很长时间。使用作为生产过程的一部分的超声波检测来检测工件中的任何可能的不连续性，例如，管壁或焊缝中的层状缺陷，裂缝，缺口，废痕或孔隙。此外，超声波检测还用于检查管道的例如壁厚的尺寸稳定性。对于方形钢坯，德国专利申请DE3346791A1描述了一种相控阵技术中的超声波检测装置。超声波检测装置的探头以与方形钢坯的表面成确定的角度的方式布置。此外，德国专利申请DE102012016607A1涉及一种用于方性棒钢的缺陷的超声波检测系统。方形棒钢表面中的几个平行线性凹槽用于进行系统的校准。此外，专利申请US2015/0122029A1使用具有压电元件的相控阵技术进行超声波检测。超声波换能器包括位于固体检受元件一侧的发射传感器和位于固体受测元件相对侧的接收传感器，使得固体受测元件位于这两个传感器之间。在中空型材的情况下，对可能的不连续性进行检测也是重要的，这些不连续性尤其可以表现为型材主体的内表面和外表面上以及半径区域中的纵向缺陷。由于中空型材的半径区域在制造过程中承受更大的应力，因此它们更容易产生缺陷。在超声波检测期间，例如根据使用压电声转换器的脉冲回波方法，产生超声波脉冲，所述超声波脉冲通过耦合介质(水或油)而引入工件。如果由超声波换能器产生的超声波脉冲撞击到诸如孔或缝隙的障碍物，超声波信号的原始传播通过反射或衍射而在该位置受到影响。以这种方式，声束可以在工件中传播，使得声音部分返回到入射(intromission)位置，然后可以由相同或另一个超声波转换器检测。在许多情况下，用于产生超声波脉冲的超声波转换器与用于检测目的的超声波转换器相同。在超声波检测期间，可以区分直接耦合和间接耦合。在采用具有单换能器或相控阵技术中的多个换能器的探头的直接耦合的情况下，重要的是探头以平面的方式放置在受测体表面并且在耦合剂中没有截留的气泡，以免引起任何测量误差或测量不准确。通常，在检测之前将耦合剂以薄膜形式涂敷到待测表面上，并将探头置于因此被润湿受测体表面上。也能够经由例如中间件的固体而将探头与设置有耦合剂的工件耦合在一起以允许例如成角度的入射。还可以使用这样的中间件来调整受测体的相应轮廓，所述中间件也被称为引导楔块(leadwedge)，并且可以包括合成材料。然而，这种类型的检测完全不适合在同步生产操作中自动检测细长和有角的中空型材的表面。除了将探头直接耦合到受测体表面之外，还通过在超声检测装置内产生的耦合剂流动长度，即通过液柱可以间接耦合探头，所述液柱取决于检测任务可以是数毫米或数厘米。这种超声探头是已知的，例如来自德国专利文献DE60320365T2，其中探头布置在探头腔内，所述探头腔填充有耦合液并且具有限定的耦合剂流动长度。探头腔由轮胎形状的耦合元件限定，该耦合元件由软橡胶构成并且安装成能够围绕探头旋转。作为结果，超声波探头可以经由耦合元件而在工件表面上滚动。此外，已知所谓的浸入技术，其中将探头和待检测的受测体的表面浸入水浴中，如专利申请US2010/0212430A1所示，其中具有矩形横截面的棒型材料被检测。还将浸入技术检测用于例如在包括粗糙表面的圆管上进行自动检测，所述粗糙表面不允许将探头直接耦合到受测体的表面。在超声波检测期间，如果多个单独的探头对应于中空型材几何形状连续或同时以固定角度布置和引导，除了对中空型材的型材主体的直线或平面区域进行纵向缺陷的检测外，还可能对中空型材的半径区域的内外表面进行纵向缺陷的检测。对于不同尺寸的中空型材，每个探头都必须根据改变的几何条件重新布置。然而，这非常复杂，因此对于自动化制造顺序而言不具有成本效益且不实用。当用于检测中空型材的纵向缺陷时，还必须根据半径区域中的相应曲率在每种情况下针对内部缺陷和外侧缺陷测试调整不同的入射角，以实现缺陷的最佳检测和正确的检测。在具有或不具有耦合剂流动长度的自动化系统的情况下，探头的这种机械跟踪只能在相当大的费用下进行，因此这些方法迄今为止例如作为旋转试验台而仅用于检测圆形管道。因此，为了检测细长的、有角的中空型材，迄今为止还没有一种能够以节约成本的方式使用的方法，并且没有方法能够不仅对型材主体中的平面区域，而且对弯曲型材主体的半径区域的内外表面以自动的方式进行检测，特别是进行纵向缺陷的检测。总的来说，细长的、有角的中空型材的超声波检测的问题在于，无法通过使用已知的用于圆管的方法来以节约成本的方式检测细长的、有角的中空型材的整个受测表面并且同时具有高水平的质量保证，并且无法实现这样方法的自动化，或者只有非常可观的支出才能实现这样的目的。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的在于提供一种超声波检测细长有角的中空型材的方法，所述中空型材优选地由金属构成，在所述方法中可以通过相控阵技术中的探头实现对受测体外表面和内表面的包括半径区域的缺陷进行检测，所述缺陷特别是纵向缺陷，所述方法具有较高水平的质量保证并且可以以节省成本的方式自动化进行。这一目的通过包括权利要求1的特征的方法而实现。从属技术方案2到10描述了本专利技术的有利的实施方式。根据本专利技术，在用于超声波检测有角中空型材的方法的情况下，所述中空型材由导声材料尤其是金属构成，所述方法包括超声波检测装置，所述超声波检测装置包括具有以相控阵技术布置在换能器标尺上的换能器的探头，其中用于检测中空型材上的外侧和内侧缺陷的超声波信号由换能器产生并且耦合到中空型材的表面中，以如下的事实来实现能够具有更高水平的质量保证并能以节省成本的方式自动化进行的所述检测，即为了检测中空型材的表面区域和半径区域中的外侧和内侧缺陷，根据所述换能器相对于所述表面区域的位置以及所述换能器相对于所述中空型材的半径区域的位置来对所述换能器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于由导声材料尤其是金属构成的有角中空型材(5)的超声波检测的方法，所述方法包括超声波检测装置(11)，所述检测装置(11)由具有以相阵技术布置在换能器标尺(4)上的换能器(A至G)的探头(1)构成，其中用于检测所述中空型材(5)上的外侧和内侧缺陷的超声波信号(10)由所述换能器(A至G)产生并耦合至所述中空型材(5)的表面中，其特征在于，为了检测所述中空型材(5)的表面区域(5.6)和半径区域(5.5)中的内侧和外侧缺陷，依赖于所述换能器(A至G)相对于所述表面区域(5.6)的位置和所述换能器(A至G)相对于所述有角中空型材(5)的半径区域(5.5)的位置来控制所述换能器(A至G)，使得所生成的超声波信号(10)具有适配于在所述表面区域(5.6)和所述半径区域(5.5)中的外侧和内侧缺陷的入射角，并且在对所述中空型材(5)进行实际超声波检测之前，对参考型材(5’)进行超声波检测，相关待激活的换能器(A至G)或换能器组的有关入射角由对布置在所述参考型材(5’)的半径区域(5.5)中的内侧和外侧的半径区域上(5.5)的参考缺陷进行检测而确定，根据换能器(A至G)相对于参考轮廓(5’)的表面区域(5.6)或半径区域(5.5)的相应位置来采用所确定的入射角，以检测中空型材(5)。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.31 DE 102016110044.71.一种用于由导声材料尤其是金属构成的有角中空型材(5)的超声波检测的方法，所述方法包括超声波检测装置(11)，所述检测装置(11)由具有以相阵技术布置在换能器标尺(4)上的换能器(A至G)的探头(1)构成，其中用于检测所述中空型材(5)上的外侧和内侧缺陷的超声波信号(10)由所述换能器(A至G)产生并耦合至所述中空型材(5)的表面中，其特征在于，为了检测所述中空型材(5)的表面区域(5.6)和半径区域(5.5)中的内侧和外侧缺陷，依赖于所述换能器(A至G)相对于所述表面区域(5.6)的位置和所述换能器(A至G)相对于所述有角中空型材(5)的半径区域(5.5)的位置来控制所述换能器(A至G)，使得所生成的超声波信号(10)具有适配于在所述表面区域(5.6)和所述半径区域(5.5)中的外侧和内侧缺陷的入射角，并且在对所述中空型材(5)进行实际超声波检测之前，对参考型材(5’)进行超声波检测，相关待激活的换能器(A至G)或换能器组的有关入射角由对布置在所述参考型材(5’)的半径区域(5.5)中的内侧和外侧的半径区域上(5.5)的参考缺陷进行检测而确定，根据换能器(A至G)相对于参考轮廓(5’)的表面区域(5.6)或半径区域(5.5)的相应位置来采用所确定的入射角，以检测中空型材(5)。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，待激活的所述换能器(A至G)的位置均与参考平面(R)相关，所述参考平面与所述中空型材(5)的纵向轴线(L)平行且与所述换能器标尺(4)和待检测的半径区域(5)的外表面的开始处呈直角而延伸。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对相对于所述中空型材(5)的纵向轴线...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯特凡·韦尔特根，罗伯特·彼得斯，克里斯托夫·德尔黑斯，斯特凡·尼切，拉斐尔·米歇尔，
申请(专利权)人：瓦卢瑞克德国有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE