專利名稱：一種基于超聲波檢測的彎曲鋼管自動探傷系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種彎曲鋼管自動探傷系統(tǒng)，尤其涉及一種基于超聲波檢測的彎曲鋼管自動探傷系統(tǒng)。
背景技術：
彎曲鋼管是油氣長輸送 管道的重要組成部分，長輸管道通過許多地形復雜、氣候條件惡劣的地區(qū)，因此，在管道敷設中需要使用大口徑熱煨彎管。近20年來，彎管在國內外大直徑、高壓油氣輸送管線中得到越來越廣泛的使用。適用于不同工況環(huán)境的大直徑、厚壁、低溫、高壓彎管的應用研究也在不斷深入，并且取得了一些工程應用成果，彎管的應用領域也越來越廣泛。彎管在使用中受力狀態(tài)復雜，且在彎制過程中工藝難度大，影響質量性能的因素多，彎管的制造及其質量(包括力學性能和尺寸極限偏差等方面)的優(yōu)劣，直接影響到油氣輸送管道的安全、可靠性和投資經(jīng)濟效益。如果安全可靠性差，管道將會發(fā)生爆炸破裂，導致生命財產(chǎn)嚴重受損。造成惡劣的社會影響也是難以估計的；如在彎管制作中產(chǎn)生廢品，也將會造成重大的經(jīng)濟損失。因此，對彎管在生產(chǎn)制造過程中采用合理的無損檢測方法進行產(chǎn)品質量控制是十分必要的。無損檢測作為彎管生產(chǎn)中必不可少的一個環(huán)節(jié)，對于在彎管生產(chǎn)過程中及時發(fā)現(xiàn)缺陷，保證彎管的生產(chǎn)質量有著重要作用，國家有關部門要求生產(chǎn)企業(yè)必須按照產(chǎn)品標準開展高壓彎管的檢測。目前的檢測系統(tǒng)可對直管進行自動連續(xù)和點動探傷檢測，但是長期以來，在國內相關石油管道生產(chǎn)行業(yè)內，彎管無損檢測基本都采用人工作業(yè)方式進行檢測，在工人用手工方式完成磁粉檢測后再使用便攜式超聲檢測儀進行檢測，對彎管的檢測結果仍然停留在經(jīng)驗和各種圖表上，不僅過程繁瑣，工作量大，檢測效率低，而且受制于人的主觀性影響，對于檢測缺陷的及時發(fā)現(xiàn)也存在一定的誤判。傳統(tǒng)的彎管手動檢測方法和檢測儀器無論在檢測速度還是檢測精度上都無法滿足企業(yè)大批量的彎管生產(chǎn)要求，而大口徑彎管的自動檢測系統(tǒng)的研發(fā)在國內外卻依然處于空白狀態(tài)，因此，十分有必要開發(fā)一套大型彎管超聲波自動化無損檢測系統(tǒng)。

發(fā)明內容
針對彎曲鋼管檢測中普遍使用便攜式超聲檢測儀進行人工無損檢測的現(xiàn)狀，本發(fā)明的目的在于提供一種基于超聲波檢測的彎曲鋼管自動探傷系統(tǒng)。本發(fā)明采用的技術方案是:
本發(fā)明包括彎管進給機構和兩套結構相同的彎管超聲波檢測機構；其中:
彎管進給機構:包括一組均由驅動輥、支撐滾輪、電機安裝架、支撐滾輪安裝架、支撐滾輪導軌架和驅動輥安裝架組成的驅動保持架；驅動輥的兩端安裝在驅動輥安裝架上，在驅動輥安裝架的一側為支撐滾輪導軌架，驅動輥安裝架的另一側為電機安裝架，支撐滾輪安裝架安裝在支撐滾輪導軌架上，支撐滾輪安裝在支撐滾輪安裝架上，每個電機安裝架上可安裝進給伺服電機，多根驅動保持架等間隔排列組成圓弧形的彎管進給機構；
兩套結構相同的彎管超聲波檢測機構:均包括豎直滑動導軌架、檢測滑塊、梯形絲杠、絲杠電機聯(lián)軸器、檢測伺服電機、氣動伸縮桿、超聲探頭架繞管材回轉機構和鏈式超聲探頭架；兩套彎管超聲波檢測機構關于待檢測彎管中心軸線對稱放置，彎管超聲波檢測機構安裝在彎管進給機構的中部，兩個檢測滑塊分別安裝在豎直滑動導軌架上，嵌入豎直滑動導軌架內的檢測滑塊部分的螺紋孔與梯形絲杠形成螺旋副，梯形絲杠經(jīng)絲杠電機聯(lián)軸器與安裝在豎直滑動導軌架底部的檢測伺服電機連接，氣動伸縮桿的一端安裝在檢測滑塊上，氣動伸縮桿的另一端與超聲探頭架繞管材回轉機構形成轉動副，鏈式超聲探頭架兩端分別通過彈性皮筋與超聲探頭架繞管材回轉機構連接。所述的鏈式超聲探頭架由多個探頭安裝架通過彈性皮筋串接而成，每個探頭安裝架內均安裝一個四通道的超聲波檢測探頭。所述的各驅動輥安裝架之間均通過連接螺栓連接，通過調整各驅動輥安裝架之間的夾角能改變由多根驅動保持架組成的彎管進給機構的曲率半徑。本發(fā)明的有益效果是:
1:能夠實現(xiàn)對彎管曲率半徑為6D(D為彎管外壁直徑)，彎管外壁直徑為60(T 1200mm,管長為2 5m的大型彎曲鋼管進行超聲波自動檢測。2:鏈式超聲探頭架通過配置使用橫波斜探頭和縱波直探頭可實現(xiàn)對管材的軸向缺陷、周向缺陷和分層缺陷進行無損檢測。3:采用彎管沿軸向進給，鏈式超聲探頭架在彎管表面作周向運動進行檢測的方法，彎管進給運動和鏈式超聲探頭架檢測運動相互獨立，運動控制實現(xiàn)較簡單。4:在將待檢測彎管放置到驅動保持架上之后，彎管的進給和檢測過程均在計算機控制下自動進行，檢測軟件可根據(jù)接收的超聲回波信號自動發(fā)現(xiàn)和定位缺陷，從而大大提高了彎管超聲波檢測效率，降低了工人的勞動強度。


圖1是本發(fā)明的總體示意圖(俯視方向)。圖2是本發(fā)明一套彎管超聲波檢測機構結構圖。圖3是圖2沿B-B向剖視圖。圖4是本發(fā)明中檢測探頭架部分示意圖。圖5是本發(fā)明單個探頭安裝架(裝有超聲波檢測探頭)示意圖。圖6是本發(fā)明超聲波檢測探頭示意圖。圖7是本發(fā)明單根驅動保持架結構圖。圖8是本發(fā)明進行超聲檢測時的工作示意圖。圖中:1、連接螺栓，2、水池，3、支撐滾輪，4、驅動輥，5、進給伺服電機，6、待檢測彎管，7、鏈式超聲探頭架，8、豎直滑動導軌架，9、檢測滑塊，10、氣動伸縮桿，11、電機安裝架，12、超聲探頭架繞管材回轉機構，13、梯形絲杠，14、絲杠電機聯(lián)軸器，15、檢測伺服電機，16、進水管口，17、探頭安裝架，18、彈性皮筋，19、超聲波檢測探頭，20、聯(lián)軸器，21、支撐滾輪安裝架，22、緊固螺栓，23、支撐滾輪導軌架，24、驅動輥安裝架。
具體實施例方式以下結合附圖和實施方式對本發(fā)明作進一步的描述。結合圖1所示，本發(fā)明進行彎管超聲波檢測時采用待檢測彎管6沿其軸向進給，鏈式超聲探頭架7在彎管表面作周向運動進行檢測的方法，系統(tǒng)包括彎管進給機構和兩套結構相同的彎管超聲波檢測機構。彎管進給機構包括一組均由驅動輥4、支撐滾輪3、電機安裝架11、支撐滾輪安裝架21、支撐滾輪導軌架23和驅動輥安裝架24組成的驅動保持架；兩套結構相同的彎管超聲波檢測機構均包括豎直滑動導軌架8、檢測滑塊9、梯形絲杠13、絲杠電機聯(lián)軸器14、檢測伺服電機15、氣動伸縮桿10、超聲探頭架繞管材回轉機構12和鏈式超聲探頭架7。結合圖2和圖3所示，圖2所示為一套彎管超聲波檢測機構。兩套結構相同的彎管超聲波檢測機構關于進給機構的圓弧形中心線對稱，分別負責待檢測彎管6外半圓周和內半圓周的超聲波檢測。豎直滑動導軌架8為內部中空的可拆卸長方體柱，在安裝檢測滑塊9的一側上開有兩條矩形槽作為導軌軌道，導軌架內部上下兩端有滾動軸承安裝架，梯形絲杠13通過滾動軸承安裝在豎直滑動導軌架8的內部，檢測滑塊9通過導軌軌道嵌在豎直滑動導軌架8上，嵌入龍門架立柱內的檢測滑塊9部分的螺紋孔與梯形絲杠13形成螺旋副。梯形絲杠底部通過絲杠電機聯(lián)軸器14與安裝在導軌架底部的檢測伺服電機15連接，因此在檢測伺服電機15驅動下，檢測滑塊9可以沿豎直滑動導軌架8作豎直方向的運動。氣動伸縮桿10的伸縮運動可以調整鏈式超聲探頭架7與待檢測彎管6表面之間的距離。結合圖4所示，多個探頭安裝架17之間通過兩側的彈性皮筋18相連，組成鏈式超聲探頭架7，在鏈式超聲探頭架7的兩端同樣通過彈性皮筋18與超聲探頭架繞管材回轉機構12相連。當鏈式超聲探頭架7不與待檢測彎管6接觸時，鏈式超聲探頭架7在超聲探頭架繞管材回轉機構12上處于繃直狀態(tài)。氣動伸縮桿10的伸縮運動可以調整鏈式超聲探頭架7與待檢測彎管6表面之間的距離，鏈式超聲探頭架7通過氣動伸縮桿10推動與待檢測彎管6表面接觸后，氣動伸縮桿10繼續(xù)給鏈式超聲探頭架7施加壓力，由于彈性皮筋18伸長后的張緊力作用而使鏈式超聲探頭架7緊貼在待檢測彎管6表面。超聲探頭架繞管材回轉機構12與檢氣動伸縮桿10的中點之間通過鉸鏈形成轉動副，因此超聲探頭架繞管材回轉機構12可繞氣動伸縮桿10的中點轉動。當檢測滑塊9沿豎直滑動軌道架8作向上或向下的滑動時，氣動伸縮桿10同時作伸縮運動使鏈式超聲探頭架7與待檢測彎管6之間保持恒定壓力，超聲探頭架繞管材回轉機構12繞氣動伸縮桿10的中點作一定角度偏轉而使鏈式超聲探頭架7始終正向貼合在待檢測彎管6表面，從而使鏈式超聲探頭架7繞待檢測彎管6作周向運動，完成對該管段的周向超聲波檢測。由于鏈式超聲探頭架7僅僅是作沿圓周的周向運動，因此執(zhí)行機構檢測滑塊9與氣動伸縮桿10之間的運動關系較簡單，通過工控機設定可以方便實現(xiàn)對兩者的運動控制。結合圖5和圖6所示，鏈式超聲探頭架7由多個探頭安裝架17通過彈性皮筋18連接而成。超聲波檢測探頭19工作時與彎管外壁之間的耦合方式采用溢水耦合方式，因此在每個探頭安裝架17上都設計有4個進水管口 16，用于外接軟管供水。每個探頭安裝架17均可以在里面安裝I個四通道的超聲波檢測探頭19，超聲波檢測探頭19可以選用橫波斜探頭或者縱波直探頭。超聲波檢測探頭19的兩端各粘有兩塊帶螺紋孔的長方體金屬塊，超聲波檢測探頭19通過連接螺釘安裝在探頭安裝架17上。超聲波檢測探頭19兩端的帶螺紋孔金屬塊比超聲波檢測探頭19稍厚，從而當超聲波檢測探頭19安裝在探頭安裝架17上時，超聲波檢測探頭19頂面和探頭安裝架17之間有一定間隙，使進水管口 16接入的用作耦合的水能順暢均勻的流到超聲波檢測探頭19的檢測面上。彎管進給機構由處于彎管超聲波檢測機構前的前進給機構和處于彎管超聲波檢測機構后的后進給機構兩部分組成，兩部分的進給中心線處于同一圓弧上。在待檢測彎管6通過超聲波檢測機構時的管段處于懸空狀態(tài)，可以確保超聲波檢測機構可對彎管作完整的周向檢測。結合圖7所示，驅動輥4的兩端通過滾動軸承安裝在驅動輥安裝架24上，驅動輥4表面有橡膠層，用以增大驅動輥4和待檢測彎管6之間的滾動摩擦力。在驅動輥安裝架24的一側有支撐滾輪導軌架23，支撐滾輪安裝架21通過緊固螺栓22安裝在支撐滾輪導軌架23上，支撐滾輪3通過滾動軸承安裝在支撐滾輪安裝架21上。在驅動輥安裝架24的另一側有電機安裝架11，每個電機安裝架11上可以根據(jù)需要安裝進給伺服電機5，進給伺服電機5通過聯(lián)軸器20和驅動輥4連接，進給伺服電機5帶動驅動輥4轉動從而帶動待檢測彎管6作沿彎管軸向的進給運動。驅動輥4從安裝進給伺服電機5 —側向支撐滾輪3 —側剖面半徑有小幅度減小，從而可以保證在彎管進給時待檢測彎管6能始終靠在支撐滾輪3上?？梢允止ふ{節(jié)支撐滾輪安裝架21在支撐滾輪導軌架23上的位置，從而使支撐滾輪3沿待檢測彎管6曲率半徑方向作水平調節(jié)。當調整好支撐滾輪安裝架21與支撐滾輪導軌架23之間的相對位置后，支撐滾輪安裝架21與支撐滾輪導軌架23之間通過緊固螺栓22固定，確保支撐滾輪3上可承受一定的作用力。因驅動輥4剖面直徑減小梯度較小，因此待檢測彎管6對支撐滾輪3的作用力并不會很大。各驅動輥安裝架24之間通過底角邊緣的連接螺栓I連接，一方面可以保證所有驅動輥安裝架24處于同一圓周上，另一方面也可以根據(jù)待檢測彎管6的彎曲弧度改變各驅動輥安裝架24之間的夾角，從而調整由多根驅動保持架組成的圓弧型彎管進給機構的曲率半徑大小，使待檢測彎管6沿彎管進給機構中心線放置在彎管進給機構上時，待檢測彎管6曲率中心和彎管進給機構曲率中心重合。再通過調節(jié)每根支撐滾輪3的位置，使多根支撐滾輪3組成的圓弧的曲率中心和彎管進給機構的曲率中心相同。這樣可以使不同管徑的待檢測彎管6都沿著彎管進給機構的中心線作進給運動，保證彎管進給方向的準確性。在超聲波檢測機構的下方安放有水池2，用于收集作溢水耦合超聲波檢測時流出的水。由于在超聲波檢測機構前后驅動保持架之間的空隙較大，為了確保待檢測彎管6在進行超聲波檢測時能平穩(wěn)通過，在水池的一側設計有用于支撐彎管的滾輪。整個系統(tǒng)的工作流程如下:
1.根據(jù)該批次待檢測彎管6的彎曲弧度大小調整各驅動保持架之間的間隔，使彎管進給機構中心線的曲率半徑和彎管中心軸線的曲率半徑相等，再調整各支撐滾輪3的位置，使待檢測彎管6沿彎管進給機構中心線放置時，彎管外壁內圈恰好能緊貼在支撐滾輪3上。將待檢測彎管6沿彎管進給機構中心線放置在彎管進給機構上。2.進給伺服電機5帶動各自連接的驅動輥4轉動，從而帶動待檢測彎管6沿彎管進給機構中心線方向進給。同時打開水閥，使進水管口 16進水，準備進行超聲檢測。3.當待檢測彎管管段到達彎管超聲波檢測機構時進給伺服電機5停止工作，待檢測彎管6停止進給，兩套彎管超聲波檢測機構分別開始對該小段彎管的兩側沿彎管周向進行超聲波檢測。首先兩套彎管超聲波檢測機構的氣動伸縮桿10分別伸長使各自的鏈式超聲探頭架7與待檢測彎管6接觸并繼續(xù)伸長給鏈式超聲探頭架7施加一定壓力，由于鏈式超聲探頭架7中各探頭安裝架17之間使用彈性皮筋18進行連接，因此在壓力作用下各彈性皮筋18伸長使鏈式超聲探頭架7緊貼在待檢測彎管6外壁上。接著兩套彎管超聲波檢測機構中的檢測伺服電機15分別開始工作使兩側的檢測滑塊9分別作上升或下降運動，方向相反，兩套彎管超聲波檢測機構中的氣動伸縮桿10也分別相應作伸長或收縮運動，檢測滑塊9和氣動伸縮桿10的運動關系由工控機控制，由于超聲探頭架繞管材回轉機構12和氣動伸縮桿10之間為鉸鏈連接的轉動副，超聲探頭架繞管材回轉機構12可繞氣動伸縮桿10連接點轉動，因此只需對檢測滑塊9和氣動伸縮桿10進行定量的運動控制，就可以使鏈式超聲探頭架7在沿待檢測彎管6作周向運動的同時，與待檢測彎管6之間還能始終保持恒定壓力，從而鏈式超聲探頭架7能始終貼附在待檢測彎管6表面。結合圖8所示，以圖中彎管剖面左半圓周的超聲檢測進行說明，檢測滑塊9初始位于和待檢測彎管6同一高度位置，檢測伺服電機15工作使檢測滑塊9作上升運動，同時氣動伸縮桿10作伸長運動，從而鏈式超聲探頭架7沿彎管表面做順時針運動，當鏈式超聲探頭架7的一端到達待檢測彎管6檢測剖面圓周豎直方向最高點后檢測伺服電機15反轉，檢測滑塊9下降，氣動伸縮桿10收縮，使鏈式超聲探頭架6作逆時針運動回到原檢測位置，隨后檢測滑塊9繼續(xù)下降，氣動伸縮桿10作伸長運動，當鏈式超聲探頭架7的一端到達待檢測彎管6檢測剖面圓周豎直方向最低點后檢測伺服電機15再次反轉，檢測滑塊9上升，氣動伸縮桿10作收縮運動，鏈式超聲探頭架7回到原檢測位置，最后氣動伸縮桿10收縮使鏈式超聲探頭架7離開待檢測彎管6表面，完成一次彎管周向超聲檢測。在檢測過程中，由于鏈式超聲探頭架7是作一個回擺運動，因此對同一片區(qū)域鏈式超聲探頭架7會經(jīng)過兩次，提高了檢測的精度。4.當完成一次彎管周向超聲波檢測后，各進給伺服電機5再次工作帶動彎管前進一小段距離，之后各進給伺服電機5停止工作，彎管超聲檢測機構重復步驟3中的運動完成對該段彎管的超聲檢測。重復上述工作，進而完成對整根彎管的超聲檢測。整根彎管的進給運動和彎管超聲波檢測機構的檢測均在工控機控制下自動完成。5.進給機構帶動已檢測彎管離開檢測系統(tǒng)，卸下已檢測彎管并放置下一根未檢測彎管開始下一輪檢測。
權利要求
1.一種基于超聲波檢測的彎曲鋼管自動探傷系統(tǒng)，其特征在于:包括彎管進給機構和兩套結構相同的彎管超聲波檢測機構；其中: 彎管進給機構:包括一組均由驅動輥(4)、支撐滾輪(3)、電機安裝架(11)、支撐滾輪安裝架(21)、支撐滾輪導軌架(23)和驅動輥安裝架(24)組成的驅動保持架；驅動輥(4)的兩端安裝在驅動輥安裝架(24)上，在驅動輥安裝架(24)的一側為支撐滾輪導軌架(23)，驅動輥安裝架(24)的另一側為電機安裝架(11)，支撐滾輪安裝架(21)安裝在支撐滾輪導軌架(23 )上，支撐滾輪(3 )安裝在支撐滾輪安裝架(21)上，每個電機安裝架(11)上可安裝進給伺服電機(5)，多根驅動保持架等間隔排列組成圓弧形的彎管進給機構； 兩套結構相同的彎管超聲波檢測機構:均包括豎直滑動導軌架(8)、檢測滑塊(9)、梯形絲杠(13)、絲杠電機聯(lián)軸器(14)、檢測伺服電機(15)、氣動伸縮桿(10)、超聲探頭架繞管材回轉機構(12)和鏈式超聲探頭架(7);兩套彎管超聲波檢測機構關于待檢測彎管(6)中心軸線對稱放置，彎管超聲波檢測機構安裝在彎管進給機構的中部，兩個檢測滑塊(9)分別安裝在豎直滑動導軌架(8)上，嵌入豎直滑動導軌架(8)內的檢測滑塊(9)部分的螺紋孔與梯形絲杠(13)形成螺旋副，梯形絲杠(13)經(jīng)絲杠電機聯(lián)軸器(14)與安裝在豎直滑動導軌架(8)底部的檢測伺服電機(15)連接，氣動伸縮桿(10)的一端安裝在檢測滑塊(9)上，氣動伸縮桿(10)的另一端與超聲探頭架繞管材回轉機構(12)形成轉動副，鏈式超聲探頭架(7 )兩端分別通過彈性皮筋(18 )與超聲探頭架繞管材回轉機構(12 )連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于超聲波檢測的彎曲鋼管自動探傷系統(tǒng)，其特征在于:所述的鏈式超聲探頭架(7)由多個探頭安裝架(17)通過彈性皮筋(18)串接而成，每個探頭安裝架(17)內均安裝一個四通道的超聲波檢測探頭(19)。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于超聲波檢測的彎曲鋼管自動探傷系統(tǒng)，其特征在于:所述的各驅動輥安裝架(24)之間均通過連接螺栓(I)連接，通過調整各驅動輥安裝架(24)之間的夾角能改變由多根驅動保持架組成的彎管進給機構的曲率半徑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于超聲波檢測的彎曲鋼管自動探傷系統(tǒng)。包括一組均由驅動輥、支撐滾輪、電機安裝架、支撐滾輪安裝架、支撐滾輪導軌架和驅動輥安裝架構成的驅動保持架，一組驅動保持架組成彎管進給機構；包括均由豎直滑動導軌架、檢測滑塊、梯形絲杠、絲杠電機聯(lián)軸器、檢測伺服電機、氣動伸縮桿、超聲探頭架繞管材回轉機構和鏈式超聲探頭架組成的兩套彎管超聲波檢測機構。本發(fā)明采用彎管沿其軸向進給，超聲波探頭沿彎管周向運動進行檢測的全表面探傷方法，能實現(xiàn)對大口徑彎曲鋼管的超聲波自動探傷，有效提高了對彎曲鋼管無損探傷的精度和效率并降低了工人的檢測勞動強度。
文檔編號G01N29/265GK103091400SQ201310010180
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月11日 優(yōu)先權日2013年1月11日
發(fā)明者周曉軍, 陳越超, 吳思源, 魏燕定, 王建龍, 李俊玉, 徐云 申請人:浙江大學