專利名稱：螺旋焊縫手動掃查器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是用于相控陣結(jié)合TOFD超聲波檢測在役鋼質(zhì)管道螺旋焊縫時在 管道上行走的螺旋焊縫手動掃查器。涉及其它類不包括的設(shè)備的測試和管道系統(tǒng) 技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
螺旋焊縫手動掃查器用于相控陣結(jié)合T0FD超聲波檢測在役鋼質(zhì)管道螺旋焊 縫時在管道上進(jìn)行行走的機(jī)械裝置,將相控陣探頭和TOFD探頭分別安裝在掃査器 的探頭架上，相控陣探頭和TOFD探頭的中心距離可調(diào)，探頭能夠緊壓在金屬表面， 裝卸自由。掃查器沿平行于焊縫方向自由行走進(jìn)行探傷掃查，掃查器上安裝編碼 器，用于記錄掃查距離。螺旋焊接鋼管在出廠前就會對螺旋焊縫進(jìn)行無損探傷檢 查。國內(nèi)早已設(shè)計了 一種用于螺旋焊接鋼管焊縫檢測的自動化超聲波探傷系統(tǒng)， 就是用于對出廠前的鋼管的螺旋焊縫進(jìn)行無損探傷檢查。其主要特點(diǎn)是檢測設(shè)備 固定，焊管旋轉(zhuǎn)獲得檢測結(jié)果。但對于在役螺旋焊接鋼管，主要是已運(yùn)營多年的 在役螺旋焊接鋼管，由于種種原因螺旋焊縫可能會出現(xiàn)損傷或缺陷，故在管道大 修時必須對螺旋焊縫進(jìn)行無損探傷檢查。到目前為止，還沒有專門針對螺旋焊接 鋼管進(jìn)行現(xiàn)場螺旋焊縫檢測的掃查器。國外大多采用直縫管，所以也沒有現(xiàn)場螺 旋焊縫檢測的掃查器。實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是設(shè)計一種相控陣結(jié)合T0FD超聲波檢測在役鋼質(zhì)管道螺 旋焊縫時在管道上行走穩(wěn)定、準(zhǔn)確的螺旋焊縫手動掃查器。掃查器用于使兩探頭入射點(diǎn)之間保持固定的距離，并始終對準(zhǔn)。掃查器的附 加作用是向超聲探傷儀提供探頭位置信息，以便能產(chǎn)生與位置有關(guān)的D掃描或B 掃描圖像.探頭位置信息可由步進(jìn)磁性編碼器或光學(xué)編碼器或電位差計提供。TOFD法常用的X和Y向兩種掃查方法。前者稱為D掃描，后者稱為B掃描。D掃描是以焊縫軸線為中心，在焊縫兩側(cè)相向配置一對縱波斜探頭，使其沿 焊縫軸線方向同步作平行掃查(即X向掃查)。當(dāng)焊縫存在內(nèi)部缺陷時，根據(jù)缺陷 上下端部產(chǎn)生的衍射波信號，即可測出缺陷并對缺陷進(jìn)行定量(測深定高)測試。B掃描是使兩探頭沿與焊縫軸線相垂直的方向掃查(Y向掃查)。對D掃描檢出 的缺陷，要確認(rèn)其在焊縫橫斷面的位置，就要用B掃描來準(zhǔn)確測出缺陷上下端部 位置，根據(jù)上下端部偏離兩探頭間距中心線的情況測定缺陷傾斜程度，推斷缺陷 種類。'相控陣結(jié)合TOFD超聲波檢測要求兩探頭有嚴(yán)格的位姿，于是就對掃查器提出 了嚴(yán)格的要求。鑒此，本實用新型的技術(shù)方案如圖1、圖2、圖3所示，它主要由掃查架1、 探頭架6、滾動輪機(jī)構(gòu)和編碼器機(jī)構(gòu)組成，矩形掃查架1的四角安裝有滾動輪機(jī) 構(gòu)，探頭架6安裝在掃査架1兩邊的探頭架移動軌道4上，編碼器機(jī)構(gòu)安裝在掃 查架l外的一側(cè)。掃查架1主要由掃查架支臂22、探頭架移動軌道4、鎖緊手柄3組成，兩只 掃查架支臂22鉸鏈連接，鉸鏈軸一端有鎖緊手柄3，如此兩組鉸鏈連接的掃查架 支臂22構(gòu)成掃查架1的兩對邊，另兩對邊為探頭架移動軌道4，由兩根探頭架移 動軌道4的端頭與四個掃查架支臂22外端由螺母10和螺母11固連成矩形。其中掃查架支臂22形狀如圖19、圖20、圖21所示，成"L"形的掃查架支 臂22—端為有軸孔的"n"形叉口，另一端有鉸鏈孔及其周圍的四個孔，根部有 連接探頭架移動軌道4的五個孔。探頭架移動軌道4為有滑槽的矩形桿。探頭架6(見圖12、圖13)主要由探頭架固定頂座15、探頭架固定底座17、 探頭架滑軌16、探頭架聯(lián)結(jié)桿18、探頭架壓桿19、彈簧20、聯(lián)接器21組成，由 探頭架滑軌16將探頭架固定頂座15和探頭架固定底座17連接，聯(lián)接器21套于 探頭架滑軌16外，并有彈簧20將探頭架固定頂座15與聯(lián)接器21連接，探頭架固 定頂座15(見圖15、圖16)為"T"形件，在上橫段兩邊各有一孔，其中一孔固定 彈簧20用，豎段也有一孔。探頭架固定底座17(見圖17、圖18)為倒"T"形件， 其橫段兩邊各有一缺口，豎段有二孔。探頭架滑軌16形狀如圖14所示，為有滑 槽的矩形桿。探頭架固定底座17底部由探頭架聯(lián)結(jié)桿18連接探頭架壓桿19，在 探頭架壓桿19上固定探頭。滾動輪機(jī)構(gòu)為安裝于掃查架1四角的四個磁性輪2,磁性輪2(見圖5、圖6 圖7、圖8)為多個磁性輪片間隔非磁性輪片套于磁性輪芯12上，并磁性輪2的兩 外側(cè)為磁性輪片，由2-3根磁性輪安裝螺桿13將它們固連成磁性輪2,磁性輪芯 12的兩端各安裝一滾動軸承14，軸穿過兩滾動軸承14安裝在掃查架1四角的掃 查架支臂22的"n"形叉口內(nèi)。非磁性輪片由非導(dǎo)磁材料制作，如銅、鋁等金屬 材料,或非金屬的有機(jī)材料。編碼器機(jī)構(gòu)由編碼器8、編碼器移動導(dǎo)軌7組成,如圖1、圖2所示，編碼器 移動導(dǎo)軌7固連在掃查架1的一邊外側(cè)，編碼器8安裝在編碼器移動導(dǎo)軌7上。掃查器上安裝耦合劑分配器9,用于耦合劑的分配。其構(gòu)成如圖22所示，因 其是常規(guī)裝置,故不細(xì)述。為了輕便，減輕操作者負(fù)擔(dān)，并不影響磁性輪2的正常滾動，掃查架l、探 頭架6、滾動輪機(jī)構(gòu)和編碼器機(jī)構(gòu)(磁性輪2例外)均選用鋁合金材料制作。本掃查器利用四個磁性輪2在鋼質(zhì)管道上行走，使掃查器能夠牢固的吸附在 管道上。為了適應(yīng)能夠在多種管徑上工作，掃查器的前后輪距能夠改變。這是因掃査 架l是一個以兩對邊的中間為軸可折合的架體，即以四只掃查架支臂22的在一條 線上的兩鉸鏈軸為轉(zhuǎn)軸折合，這樣即可據(jù)所查管道的管徑調(diào)節(jié)四個磁性輪2，使與 探頭保持在一個平面上，且使探頭緊靠被查管道表面，保證掃查的質(zhì)量。為使掃查器能準(zhǔn)確地沿螺旋焊縫掃查，探頭位置始終和管道焊縫表面平行且 保證一定間距，本掃查器的探頭靠探頭架6在掃查架1之探頭架移動軌道4上的 滑動,保持探頭自動隨螺旋焊縫行進(jìn);并探頭架采用定向?qū)к?，利用彈?0壓緊。本掃查器設(shè)計出了具有三自由度的超聲相控陣探頭掃查器，確立了該掃查器 與螺旋焊縫之間的位置關(guān)系，給出了相控陣探頭、TOFD探頭與管道螺旋焊縫及掃 查器基體之間的位置關(guān)系。本環(huán)焊縫手動掃查器用于相控陣結(jié)合TOFD超聲波檢測在役鋼質(zhì)管道環(huán)向焊 縫時在管道上進(jìn)行行走的機(jī)械裝置,將相控陣探頭和TOFD探頭分別安裝在掃査器 的探頭架上，相控陣探頭和TOFD探頭的中心距離可調(diào)，探頭能夠緊壓在金屬表面，裝卸自由。掃查器沿平行于焊縫方向自由行走進(jìn)行探傷掃查，掃查器上安裝編碼 器，用于記錄掃查距離。由上可見，本掃査器是一種相控陣結(jié)合TOFD超聲波檢測在役鋼質(zhì)管道螺旋 焊縫時在管道上行走穩(wěn)定、可靠，探頭位置始終能準(zhǔn)確地和管道焊縫表面平行且 保證一定間距,為相控陣結(jié)合TOFD超聲波檢測在役鋼質(zhì)管道螺旋焊縫提供了檢測 可靠、準(zhǔn)確的手動掃査器。


圖1掃查器構(gòu)成正視圖 圖2掃查器構(gòu)成俯視圖圖3掃查器構(gòu)成側(cè)視圖圖4^查器手柄位置圖圖5磁性輪裝配圖圖6磁性輪安裝螺桿形狀圖圖7磁性輪芯形狀圖圖8滾動軸承結(jié)構(gòu)圖圖9探頭聯(lián)結(jié)桿正視圖圖10探頭聯(lián)結(jié)桿側(cè)視圖圖ll探頭壓桿形狀圖圖12探頭架正視圖圖13探頭架側(cè)視圖圖14探頭架滑軌形狀圖圖15探頭架固定頂座正視圖圖16探頭架固定頂座惻視圖圖17探頭架固定底座正視圖圖18探頭架固定底座側(cè)視圖圖19掃查架支臂正視圖圖20掃查架支臂側(cè)視圖圖21掃查架支臂俯視圖圖22耦合劑分配器圖其中l(wèi)一掃查架3—鎖緊手柄5—探頭架滑軌7—編碼器移動導(dǎo)軌9一耦合劑分配器 ll一螺母2—磁性輪4一探頭架移動軌道6—探頭架8—編碼器10_螺母12—磁性輪芯 13—磁性輪安裝螺桿 15—探頭架固定頂座 17—探頭架固定底座 19一探頭架壓桿14一滾動軸承 16—探頭架滑軌 18—探頭架聯(lián)結(jié)桿 20—彈簧21—聯(lián)接器22—掃查架支臂具體實施方式
實施例.以本例來說明本實用新型的具體實施方式
并對本實用新型作進(jìn)一步 的說明。本例是一實驗樣機(jī),其構(gòu)成如圖1、圖2、圖3所示。本例是利用Ominiscan 32/128 PR超聲相控陣系統(tǒng)開展對在役管道焊縫及母材的檢測試驗，為了提高檢 測效率和缺陷檢出率，需要有一套有針對性的掃查裝置作為輔助檢測設(shè)備，使焊縫探傷能夠同時完成焊縫單面雙側(cè)檢查，并且釆集數(shù)據(jù)要完整。該掃查器是對東北管網(wǎng)的①720mm管道進(jìn)行檢測，它不僅能在該鋼質(zhì)管道上 行走，為兼顧其它管徑的檢測工作，最小適用管徑①426mm，最大適用管徑① 1016mm，探頭中心距移動范圍10 200mrn;最大適用管徑①1016mm;探頭中心距 移動范圍10 200irai;其主要尺寸掃查架1為405 x 325 x 38ram;掃査架支臂22 為180x"x38; 探頭架固定頂座15為總高23 mm，橫段高6.5咖長38麗，豎 段寬16腿；探頭架固定底座17總高52咖；探頭架滑軌16為10 x 12 x 磁 性輪2為外徑①42 ram，內(nèi)外徑①20 mm，厚28 mm;螺母10型號M5X30;螺母11 型號M8。編碼器為R/DTech公司提供，機(jī)電編碼器記錄探頭掃查的位置。編碼器配置 一個校正系統(tǒng)，保證顯示記錄的距離與表面標(biāo)記的位置一致。記錄或標(biāo)記系統(tǒng)應(yīng) 清楚地指示出缺陷相對于掃查起始點(diǎn)的位置，誤差不大于±10,。探頭架移動導(dǎo)軌4:探頭架在導(dǎo)軌上縱向移動，使探頭能夠緊緊地壓在待檢 管道表面。探頭架移動導(dǎo)軌4為大連漢意精工產(chǎn)品。掃查架支臂22:此部件上安裝有磁性輪2，使掃査器能夠吸在待檢管道表面。 為了適應(yīng)不同直徑的管道檢測，每對支臂的中間有軸，可以調(diào)整支臂的角度，達(dá) 到和待檢管道表面曲率相同。相控陣超聲檢測系統(tǒng)能夠提供足夠的檢測數(shù)據(jù)采集能力，保證對待檢管道進(jìn) 行全面檢測，能同時完成A-掃描、B-掃描、扇掃描顯示。除此之外還要進(jìn)行超聲使用說明:TOFD檢測，完成TOFD A掃描顯示和TOFDB掃描顯示。超聲檢測系統(tǒng)應(yīng)具有檢測 數(shù)據(jù)高速釆集，快速存儲，實時彩色成像的功能。本焊縫掃查器能夠協(xié)助相控陣 超聲檢測完成檢測功能。1.首先進(jìn)行相控陣超聲檢測系統(tǒng)的常規(guī)設(shè)置2現(xiàn)場檢測2.1安裝掃查器前標(biāo)記參考線，掃查器沿參考線掃查，參考線必須平行于焊 縫中心線；2.2將已安裝好探頭，并作過基準(zhǔn)靈敏度調(diào)節(jié)的掃查器安裝在待檢管道表面； 調(diào)節(jié)探頭架11在探頭架滑軌16上位置，使整個聲東能夠覆蓋整個焊縫，如采用 水作為耦合劑，將耦合供水管安裝在掃查器上的耦合劑分配器9上，并與探頭相 連接；當(dāng)掃査器安裝在待檢管道表面時，磁性輪2會緊緊地吸附在待檢管道表面， 探頭架6會在縱向方向移動，依靠探頭架6上的彈簧20將探頭緊壓在待檢管道表 面；2.3當(dāng)待檢管道存在表面聲能損失差異時，要進(jìn)行修正，修正值通過一發(fā)一 收的雙探頭法進(jìn)行測定；2.4將掃查器沿參考線移動，使探頭完成全部被檢焊縫的掃查，觀察檢測數(shù) 據(jù)是否完全，對耦合不良區(qū)域及時處理重新檢測。本掃查器經(jīng)累計10公里①720mm在役管道的檢測及驗證，在管道上行走穩(wěn) 定、可靠，探頭位置始終能準(zhǔn)確地和管道焊縫表面平行且保證一定間距，為相控陣 結(jié)合TOFD超聲波檢測在役鋼質(zhì)管道螺旋焊縫提供了檢測可靠、準(zhǔn)確的手動掃查器; 且裝置重量輕，操作方便、實用。
權(quán)利要求1.一種用于相控陣結(jié)合TOFD超聲波檢測在役鋼質(zhì)管道螺旋焊縫時在管道上行走的螺旋焊縫手動掃查器，其特征是它主要由掃查架[1]、探頭架[6]、滾動輪機(jī)構(gòu)和編碼器機(jī)構(gòu)組成，矩形掃查架[1]的四角安裝有滾動輪機(jī)構(gòu)，探頭架[6]安裝在掃查架[1]兩邊的探頭架移動軌道[4]上，編碼器機(jī)構(gòu)安裝在掃查架[1]外的一側(cè)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的螺旋焊縫手動掃查器，其特征是所述掃査架[l]主 要由掃查架支臂[22]、探頭架移動軌道[4]、鎖緊手柄[3]組成，兩只掃查架支臂 [22]鉸鏈連接，鉸鏈軸一端有鎖緊手柄[3]，如此兩組鉸鏈連接的掃查架支臂[22] 構(gòu)成掃查架[l]的兩對邊，另兩對邊為探頭架移動軌道[4]，由兩根探頭架移動軌 道[4]的端頭與四個掃查架支臂[22]外端由螺母[10]和螺母[11]固連成矩形。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的螺旋焊縫手動掃查器,其特征是所述掃查架支臂 [22]為成"L，，形的掃查架支臂[22]—端為有軸孔的"『形叉口，另一端有鉸鏈 孔及其周圍的四個孔，根部有連接探頭架移動軌道[4]的五個孔。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋焊縫手動掃查器，其特征是所述探頭架[6]由 探頭架固定頂座[15]、探頭架固定底座[17]、探頭架滑軌[16]、探頭架聯(lián)結(jié)桿[18]、 探頭架壓桿[19]、彈簧[20]、聯(lián)接器[21]組成，由探頭架滑軌[16]將探頭架固定 頂座[15]和探頭架固定底座[17]連接，聯(lián)接器[21]套于探頭架滑軌[16]外，并有 彈簧[20]將探頭架固定頂座[15]與聯(lián)接器[21]連接，探頭架固定底座[17]底部由 探頭架聯(lián)結(jié)桿[18]連接探頭架壓桿[19],在探頭架壓桿[19]上固定探頭。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的螺旋焊縫手動掃查器,其特征是所述探頭架固定頂 座[15]為"T"形件,在上橫段兩邊各有一孔，其中一孔固定彈簧[20]用，豎段也 有一孔。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的螺旋焊縫手動掃查器，其特征是所述探頭架固定底 座[17]為倒"T"形件，其橫段兩邊各有一缺口，豎段有二孔。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的螺旋焊縫手動掃查器，其特征是所述探頭架滑軌 [16]形狀為有滑槽的矩形桿。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋焊縫手動掃查器，其特征是所述滾動輪機(jī)構(gòu)為 安裝于掃查架[1]四角的四個磁性輪[2]，磁性輪[2]為多個磁性輪片間隔非磁性 輪片套于磁性輪芯[12]上，并磁性輪[2]的兩外側(cè)為磁性輪片，由2-3根磁性輪 安裝螺桿[13]將它們固連成磁性輪[2]，磁性輪芯[12]的兩端各安裝一滾動軸承 [14],軸穿過兩滾動軸承[14]安裝在掃查架[1]四角的掃查架支臂[22]的"n"形 叉口內(nèi)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的螺旋焊縫手動掃查器，其特征是所述非磁性輪片由 銅、鋁非導(dǎo)磁金屬材料或非金屬的有機(jī)材料制作。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋焊縫手動掃查器，其特征是所述掃査架[l]、 探頭架[6]、編碼器機(jī)構(gòu)由銅、鋁非導(dǎo)磁金屬材料或非金屬的有機(jī)材料制作。
專利摘要本實用新型是用于相控陣結(jié)合TOFD超聲波檢測在役鋼質(zhì)管道螺旋焊縫時在管道上行走的螺旋焊縫手動掃查器。涉及其它類不包括的設(shè)備的測試和管道系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。它主要由掃查架[1]、探頭架[6]、滾動輪機(jī)構(gòu)和編碼器機(jī)構(gòu)組成，矩形掃查架[1]的四角安裝有滾動輪機(jī)構(gòu)，探頭架[6]安裝在掃查架[1]兩邊的探頭架移動軌道[4]上，編碼器機(jī)構(gòu)安裝在掃查架[1]外的一側(cè)。本掃查器檢測在役鋼質(zhì)管道螺旋焊縫時在管道上行走穩(wěn)定、可靠，探頭位置始終能準(zhǔn)確地和管道焊縫表面平行且保證一定間距，為相控陣結(jié)合TOFD超聲波檢測在役鋼質(zhì)管道螺旋焊縫提供了檢測可靠、準(zhǔn)確的手動掃查器。
文檔編號G01N29/04GK201016966SQ20072010368
公開日2008年2月6日 申請日期2007年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月1日
發(fā)明者馮慶善, 劉廣文, 周利劍, 朱自東, 王禹欽, 王維斌, 陳大慶, 黃文盛 申請人:中國石油天然氣股份有限公司