用于管狀產(chǎn)品的尤其現(xiàn)場(chǎng)非破壞性檢查的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及W非破壞性方式檢查管狀的鋼件的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 通常的是，在運(yùn)些部件的制造之后，特別是在生產(chǎn)線自身處，檢查運(yùn)些部件W檢測(cè) 缺陷的存在。檢查通常是借助于自動(dòng)檢查機(jī)器進(jìn)行的。運(yùn)樣的機(jī)器特別地考慮到所謂的 "在線"檢查，在運(yùn)種情形下每個(gè)生產(chǎn)的部件相對(duì)于檢查機(jī)器在部件的縱向運(yùn)動(dòng)。所述機(jī)器 可W是各個(gè)類型的，特別地，超聲波的，傅科電流的，或者磁通泄漏的。
[0003] 生產(chǎn)中使用的大部分的檢查機(jī)器包括相對(duì)于所述部件螺旋運(yùn)動(dòng)的一個(gè)或多個(gè)檢 查探針。由此，所述部件沿著它的周邊和它的長(zhǎng)度被掃描。最經(jīng)常的，探針被布置在所述部 件的外部處，尤其是由于節(jié)省時(shí)間、人機(jī)工程學(xué)W及檢查機(jī)器的低成本的原因。通過(guò)運(yùn)樣的 掃描，可獲得檢查部件中的缺陷的真實(shí)繪制：將得到與所述部件有關(guān)的每個(gè)缺陷的位置數(shù) 據(jù)。
[0004] 通常，缺陷會(huì)出現(xiàn)在管狀的部件中和/或發(fā)展。特別地，運(yùn)包含疲勞裂縫或腐蝕、 腐蝕區(qū)域、或由于氧化物形成在內(nèi)表面上引起的所述部件的減小的厚度、還或者是由于侵 蝕引起的厚度減小的區(qū)域。有必要檢測(cè)運(yùn)樣的缺陷W便執(zhí)行所述部件的診斷。
[0005] 經(jīng)常地，管狀件被彼此組裝W便在現(xiàn)場(chǎng)形成相對(duì)較大尺寸和/或復(fù)雜幾何形狀的 結(jié)構(gòu)。例如，可能會(huì)是鉆桿、管道、發(fā)電裝置、金屬結(jié)構(gòu)、施工現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械及其他重型工業(yè)車輛、 或氣缸。
[0006] 有必要檢查運(yùn)些結(jié)構(gòu)的管狀件W便檢測(cè)在使用期間產(chǎn)生的缺陷，和/或監(jiān)視缺陷 的發(fā)展。此外，會(huì)希望在管狀件已經(jīng)被組裝在一起之后，或至少在它們的使用之前核查運(yùn)些 管狀件，W便檢測(cè)在組裝期間產(chǎn)生的任何缺陷，和/或由于該組裝引起的先前存在缺陷的 負(fù)面的發(fā)展?？扇〉氖?，使用非破壞性方法，且該方法可被實(shí)施而不用拆卸所述結(jié)構(gòu)。
[0007] 在部件的外表面上的缺陷、瑕疵或惡化可通過(guò)簡(jiǎn)單的方法例如外觀檢查進(jìn)行檢 測(cè)。
[0008] 位于產(chǎn)品的內(nèi)表面上或在它的厚度中的缺陷要難發(fā)現(xiàn)得多。
[0009] 不像在生產(chǎn)期間發(fā)生的，一旦部件被現(xiàn)場(chǎng)安裝，在大多數(shù)情況下，實(shí)際上不可能通 過(guò)螺旋運(yùn)動(dòng)使它們相對(duì)于檢查探針運(yùn)動(dòng)：管狀件通常被彼此固定并且最終結(jié)構(gòu)的足印或它 的幾何結(jié)構(gòu)都妨礙探針圍繞所述部件的旋轉(zhuǎn)的任何運(yùn)動(dòng)。尤其是每當(dāng)管狀件被組裝成結(jié)構(gòu) 或面板形狀時(shí)的情況下，在運(yùn)種情況下所述部件W非?？拷谝黄鸬姆绞奖舜瞬⑴挪贾谩?特別地?zé)峤粨Q器、蒸汽發(fā)生器中使用的薄膜管、或管道的彎曲或弓形部分就是運(yùn)種情況。
[0010] 具有內(nèi)探針尤其是旋轉(zhuǎn)的內(nèi)探針的檢查裝置可運(yùn)動(dòng)到管狀件內(nèi)。運(yùn)些裝置在使用 中是十分不切實(shí)際的：不得不拆卸一部分的管狀結(jié)構(gòu)W便插入它們和/或提供進(jìn)入端口。 此外，運(yùn)些裝置有卡在所述結(jié)構(gòu)內(nèi)的傾向。然后需要定位所述裝置，并且將所述結(jié)構(gòu)拆卸直 到可W接觸到它們。此外是較長(zhǎng)的檢查時(shí)間，運(yùn)是由于需要在所述結(jié)構(gòu)中的來(lái)回往返，W及 導(dǎo)引和禪合位于所述部件內(nèi)的任何裝置的困難。
[0011] 除此之外，有必要具備現(xiàn)場(chǎng)在管狀件的外部上的檢查技術(shù)，尤其是使得能夠繪制 所述結(jié)構(gòu)的圖?；诔暡ǖ募夹g(shù)是優(yōu)選的，因?yàn)檫\(yùn)些波容易在部件中傳播，即使當(dāng)部件具 有顯著的厚度，達(dá)到幾百毫米時(shí)。
[0012] 在具有大的約束的足印或復(fù)雜的幾何形狀的結(jié)構(gòu)中可W圍繞所述管狀件并且沿 著它們的長(zhǎng)度移動(dòng)便攜式超聲波探針，W覆蓋所述結(jié)構(gòu)的每個(gè)部件的整個(gè)周邊。然而，運(yùn)導(dǎo) 致非常長(zhǎng)的檢查時(shí)間。需要提供每個(gè)超聲波探針和被檢查的部件之間的禪合介質(zhì)，例如水 或凝膠。
[0013] 最經(jīng)常地，使用有機(jī)玻璃波導(dǎo)管，或者其他剛性材料之一。該解決方案幾乎不適合 于惡化的表面，例如可在已運(yùn)行中的部件上發(fā)現(xiàn)的那些表面。
[0014] 除了其緩慢之外，運(yùn)些技術(shù)要求相對(duì)于被檢查的部件的周邊位移，尤其是手動(dòng)位 移，其遭受了有效地覆蓋整個(gè)被檢查區(qū)域并且允許正確的可跟蹤性的實(shí)際困難。W恒定的 掃描增量，同時(shí)在部件的縱向上并且沿著它們的周邊來(lái)手動(dòng)執(zhí)行規(guī)則的運(yùn)動(dòng)是困難的。結(jié) 果，實(shí)際上不可能從檢查的結(jié)果實(shí)現(xiàn)繪制圖。實(shí)際上，檢查員愿意例如通過(guò)標(biāo)記來(lái)粗略地指 示可疑區(qū)域。運(yùn)使得一定時(shí)間內(nèi)的任何可跟蹤性復(fù)雜化。
[0015] 從US7, 975, 549B2得知一種裝置，用于部件的非破壞性檢查，所述部件具有至少 部分地彎曲的外表面，其尤其是用于航空制造中的縱梁。所述器械包括形狀與所述縱梁相 對(duì)應(yīng)的殼體，使所述器械相對(duì)于所述部件穩(wěn)定的機(jī)械導(dǎo)引件，超聲波轉(zhuǎn)換器，例如壓電超聲 波轉(zhuǎn)換器，所述超聲波轉(zhuǎn)換器包括沿著圓弧規(guī)則分布的多個(gè)基本換能器，W及插入在所述 轉(zhuǎn)換器和所述部件之間的波導(dǎo)管。所述波導(dǎo)管具有形狀與所述圓弧相對(duì)應(yīng)的第一表面，W 及與該第一表面相對(duì)的第二表面，其曲率與所述部件的曲率相對(duì)應(yīng)。每個(gè)基本換能器發(fā)射 超聲波，所述超聲波在垂直于所述部件的彎曲表面的方向上傳播的。所述基本換能器相繼 地，或者W連續(xù)的組，被激活，W便掃描出與所述部件的彎曲表面相對(duì)應(yīng)的角扇形。
[0016] 所述縱梁實(shí)質(zhì)上是實(shí)屯、部件并且與管狀件大不相同。所述器械僅能夠檢測(cè)同時(shí)位 于所述縱梁的彎曲部分中且取向?yàn)榍邢蛴谠撉实娜毕?。所述器械能夠檢測(cè)所述縱梁的厚 度中的缺陷，尤其地在工業(yè)中稱為層狀缺陷類型的社制缺陷。然而，它不適合于現(xiàn)場(chǎng)的管狀 件的檢查，為此人們最感興趣的是找到內(nèi)壁上的缺陷和/或?qū)嵸|(zhì)上徑向地取向的缺陷，例 如特別是疲勞裂縫。
[0017] 從US7, 984, 650B2得知一種裝置，其機(jī)械結(jié)構(gòu)基本上類似于US7, 975, 549B2 中的裝置。此類攜帶式掃描器用于管的現(xiàn)場(chǎng)非破壞性檢查，所述管道通過(guò)板結(jié)合在一起W 形成鍋爐面板，所述攜帶式掃描器包括超聲波探針、附連到探針的波導(dǎo)管、W及編碼器，該 編碼器提供指示探針相對(duì)于被檢查的管的位置的信號(hào)。所述波導(dǎo)管的形狀需要每次都適于 所述面板的管的形狀。該文獻(xiàn)對(duì)如何控制探針來(lái)檢查所述管道沒(méi)有記載。
[0018] 此外，從美國(guó)專利US5, 526, 691得知一種鍋爐面板的管道的現(xiàn)場(chǎng)檢查的方法，其 特別與腐蝕裂縫的存在有關(guān)。所述方法使用了被稱為EMAT類型的兩個(gè)線圈：其中一個(gè)線圈 發(fā)射一束超聲剪切波，該一束超聲剪切波的發(fā)散角每次確定為所述管道的直徑和它們的厚 度的函數(shù)，而另一個(gè)線圈接收最終的超聲波，尤其是由存在的任何缺陷轉(zhuǎn)播的那些超聲波。 使用EMT線圈的方法實(shí)際上是無(wú)用的，運(yùn)是由于該技術(shù)的許多缺陷，例如被檢查的部件的 磁化，運(yùn)是一種會(huì)削弱線圈相對(duì)于管的位移的強(qiáng)磁性，W及困難的診斷，。該技術(shù)尤其不能 夠定位缺陷，尤其不能識(shí)別由位于內(nèi)表面處至位于外表面處的缺陷。結(jié)果，該技術(shù)幾乎不適 合于由管狀件構(gòu)造的裝置的繪圖。
[0019] 從US5, 549, 004得知一種用于鍋爐面板的管道的現(xiàn)場(chǎng)檢查的裝置。所述裝置建 議檢測(cè)所述管的壁面的厚度的減小。所述裝置具有在原理上類似于US7, 975, 549B2的機(jī) 械結(jié)構(gòu)。文獻(xiàn)US5, 549, 004要求發(fā)射實(shí)質(zhì)上垂直于被檢查的管的表面的（也就是說(shuō)沒(méi)有 偏斜地發(fā)射）多束超聲波。運(yùn)至少在理論上允許檢查60度和70度之間的角度部分。根據(jù) 專利申請(qǐng)人的經(jīng)驗(yàn)，檢查的尺度和檢測(cè)的缺陷的性質(zhì)在很大程度上是不夠的。
[0020] 從US7, 516, 664,得知一種用于檢查實(shí)屯、復(fù)合材料部件的方法，在該方法中發(fā)射 的多束超聲波借助于多元件傳感器偏斜。傳輸多束縱向超聲波到所述部件，使得相對(duì)于垂 直于所述部件的分界面邊界的方向的傾角在-10°和+10°之間。由此提出了在減小的傾 角范圍的一種掃描，W選擇允許在復(fù)合材料部件中的多孔性或?qū)訝畹蔫Υ玫淖罴褭z測(cè)的傾 角值。所述方法尤其地對(duì)不完美的幾何結(jié)構(gòu)的部件的檢查是有用的，特別是那些不對(duì)稱的 并且具有在內(nèi)弧面和外弧面之間的曲率差的幾何結(jié)構(gòu)。它不允許檢測(cè)在內(nèi)表面和外表面上 的裂縫，尤其是徑向上的裂縫，至少不是W令人滿意的方式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021] 專利申請(qǐng)人已經(jīng)試著去改善現(xiàn)狀。它已經(jīng)給自己設(shè)定了一種方法和裝置的目標(biāo)， 所述方法和裝置使得基于管狀件的設(shè)施的全面現(xiàn)場(chǎng)檢查成為可能，尤其是捜尋位于部件的 內(nèi)表面上、在外表面上或接近運(yùn)些表面的缺陷。所述方法和所述裝置使得可W區(qū)別不同的 缺陷并且在部件的橫截面和在它們的長(zhǎng)度上定位它們。此外，所述裝置和所述方法應(yīng)當(dāng)允 許產(chǎn)生設(shè)施的繪制圖，除此之外能夠監(jiān)視缺陷的出現(xiàn)，和/或它們的進(jìn)展。
[0022] 提出了一種用于檢查管狀件的裝置，所述裝置是包括至少一個(gè)拖車和導(dǎo)引件的類 型，所述至少一個(gè)拖車裝配有電聲類型的多個(gè)基本換能器，所述多個(gè)基本換能器沿著至少 第一方向分布，所述導(dǎo)引件能夠與被檢查的管狀件的外表面協(xié)作，W便定位拖車W使得所 述第一方向?qū)嵸|(zhì)上對(duì)應(yīng)于橫向于所述管狀件的方向。電子控制設(shè)備被連接到電聲換能器。 所述電子控制設(shè)備包括儲(chǔ)存一個(gè)或多個(gè)激勵(lì)時(shí)間定律的存儲(chǔ)器，W及一個(gè)或多個(gè)控制器， 該一個(gè)或多個(gè)控制器被設(shè)計(jì)成連續(xù)地施加至少一個(gè)相應(yīng)的激勵(lì)時(shí)間定律到沿著第一方向 相互相鄰的基本換能器的子組。至少一些激勵(lì)時(shí)間定律被設(shè)計(jì)成W使得相應(yīng)的子組的基本 換能器共同地產(chǎn)生沿著一相應(yīng)的方向傳播的超聲波的入射束，所述相應(yīng)的方向相對(duì)于垂直 于管狀件的外表面的方向傾斜。
[0023] 提出的裝置使得可W掃描管狀件的橫截面的至少一個(gè)部分，并且同時(shí)檢測(cè)其內(nèi)表 面附近或出現(xiàn)在其上的缺陷，W及其外表面附近或出現(xiàn)其上的缺陷。特別地，提出的裝置使 得檢測(cè)徑向地延伸的缺陷成為可能，例如特別是裂縫。它的制造成本低于自動(dòng)化機(jī)械。其 檢查速度與收益性的需要一致，特別是在復(fù)雜形狀的部件的情況下。其容易操縱且不笨重， W使得其可容易地在現(xiàn)場(chǎng)使用，在運(yùn)種情形下所述部件保持為安裝狀態(tài)。
[0024] 還提出了一種用于檢測(cè)管狀件的方法，其中導(dǎo)引件與被檢查的管狀件的外表面協(xié) 作，W便定位至少一個(gè)拖車，所述至少一個(gè)拖車裝配有電聲類型的多個(gè)基本換能器，W使得 所述換能器沿著管狀件的至少一個(gè)橫向分布，所述方法包括至少一個(gè)檢查階段，所述檢查 階段包含連續(xù)地施加至少一個(gè)激勵(lì)時(shí)間定律到沿著第一方向相互相鄰的基本換能器的子 組，W使得每個(gè)相應(yīng)的子組的基本換能器共同地產(chǎn)生沿著一方向傳播的超聲波的入射束， 所述方向相對(duì)于垂直于管狀件的外表面的方向傾斜。
【附圖說(shuō)明】
[0025] 本發(fā)明的其他的特征和優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)細(xì)讀W下的說(shuō)明和附圖顯現(xiàn)，在附圖中：
[0026] 圖1示意性地示出了基于管狀件的設(shè)施；
[0027] 圖2示出了用于管狀件的檢查裝置的前視圖，在圖1的設(shè)施的一部分上的工作位 置上；
[0028] 圖3示出了圖2的裝置的側(cè)視圖；
[0029] 圖4示出了沿著線IV-IV截得的圖3的裝置的截面圖；
[0030] 圖5示出了第一類型的多元件傳感器的透視圖；
[0031] 圖6示出了例如用于圖2到4的裝置中的電子控制設(shè)備的功能圖；
[0032]圖7示出了來(lái)自多元件傳感器的超聲波發(fā)射，在相對(duì)于被檢查的部件的工作位 置；
[0033]圖8示出了超聲波在被檢查的部件的表面上的反射和折射；
[0034] 圖9示出了超聲波在鋼中的折射的進(jìn)展，其為入射角的函數(shù)；
[0035] 圖10類似于圖9,示出了折射角的值；
[0036] 圖11A示出了由于第一類型的缺陷的超聲波的反射；
[0037] 圖11B示出了由于第二類型的缺陷的超聲波的反射；
[0038] 圖12示出了缺陷的響應(yīng)振幅的進(jìn)展，其作為在鋼中的折射角的值的函數(shù)；
[003引圖13示意性地示出了A型掃描的示意圖，其示出了超聲波的振幅，所述超聲波的 振幅作為運(yùn)些超聲波的傳輸時(shí)間的函數(shù)而接收；
[0040] 圖14示意性地示出了A型掃描的示意圖，其示出了超聲波的振幅，所述超聲波的 振幅作為運(yùn)些超聲波傳播的距離的函數(shù)而接收；
[0041] 圖15示出了根據(jù)本發(fā)明的第一方面的檢查順序，其借助于多元件傳感器；
[0042] 圖16示出了B型掃描的示意圖，其示出了根據(jù)本發(fā)明的第一方面的檢查順序的結(jié) 果；
[0043] 圖17示出了根據(jù)本發(fā)明的第一方面的C型掃描的示意圖，其作為多個(gè)檢查順序的 結(jié)果；
[0044] 圖18示出了與圖17的示意圖對(duì)應(yīng)的缺陷圖；
[0045] 圖19示出了基于管狀件的設(shè)施的一部分的缺陷圖；
[0046] 圖20示出了根據(jù)本發(fā)明的第二方面的檢查循環(huán)；
[0047] 圖21示出了根據(jù)本發(fā)明的第S方面的檢查順序；
[0048] 圖22示出了作為圖5的傳感器的變體的多元件傳感器；
[0049] 圖23示出了作為圖15的順序的變體的檢查順序；
[0050] 圖24示出了作為圖5的傳感器的另一個(gè)變體的多元件傳感器。
【具體實(shí)施方式】
[0051] 附圖包含某一特性的元件，且因此不僅