CN103091399A - 一种弯曲钢管超声波自动检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弯曲钢管超声波自动检测系统。包括一组均由驱动辊、支撑滚轮、电机安装架、支撑滚轮安装架、支撑滚轮导轨架和驱动辊安装架组成的驱动保持架，一组驱动保持架构成弯管进给机构；包括内圈中间安装有内齿轮的环形导轨和两个液压支撑缸构成的环形支撑机构；包括均由检测伺服电机、回转机构外箱体、传动齿轮、齿轮轴、气动伸缩杆、链式超声探头架安装架、链式超声探头架构成的两套弯管超声波检测机构。本发明采用弯管沿其轴向进给，超声波探头沿弯管周向运动进行检测的全表面探伤方法，能实现对大口径弯曲钢管的超声波自动探伤，有效提高了对弯曲钢管无损探伤的精度和效率并降低了工人的检测劳动强度。

Description

一种弯曲钢管超声波自动检测系统

技术领域

本发明涉及一种弯曲钢管自动检测系统，尤其涉及一种弯曲钢管超声波自动检测系统。

背景技术

弯曲钢管是油气长输送管道的重要组成部分，长输管道通过许多地形复杂、气候条件恶劣的地区， 因此，在管道敷设中需要使用大口径热煨弯管。近20年来，弯管在国内外大直径、高压油气输送管线中得到越来越广泛的使用。适用于不同工况环境的大直径、厚壁、低温、高压弯管的应用研究也在不断深入，并且取得了一些工程应用成果，弯管的应用领域也越来越广泛。

弯管在使用中受力状态复杂，且在弯制过程中工艺难度大，影响质量性能的因素多，弯管的制造及其质量（包括力学性能和尺寸极限偏差等方面）的优劣，直接影响到油气输送管道的安全、可靠性和投资经济效益。如果安全可靠性差，管道将会发生爆炸破裂，导致生命财产严重受损。造成恶劣的社会影响也是难以估计的；如在弯管制作中产生废品，也将会造成重大的经济损失。因此，对弯管在生产制造过程中采用合理的无损检测方法进行产品质量控制是十分必要的。

无损检测作为弯管生产中必不可少的一个环节，对于在弯管生产过程中及时发现缺陷，保证弯管的生产质量有着重要作用，国家有关部门要求生产企业必须按照产品标准开展高压弯管的检测。目前的检测系统可对直管进行自动连续和点动探伤检测，但是长期以来，在国内相关石油管道生产行业内，弯管无损检测基本都采用人工作业方式进行检测，在工人用手工方式完成磁粉检测后再使用便携式超声检测仪进行检测，对弯管的检测结果仍然停留在经验和各种图表上，不仅过程繁琐，工作量大，检测效率低，而且受制于人的主观性影响，对于检测缺陷的及时发现也存在一定的误判。传统的弯管手动检测方法和检测仪器无论在检测速度还是检测精度上都无法满足企业大批量的弯管生产要求，而大口径弯管的自动检测系统的研发在国内外却依然处于空白状态，因此，十分有必要开发一套大型弯管超声波自动化无损检测系统。

发明内容

针对弯曲钢管检测中普遍使用便携式超声检测仪进行人工无损检测的现状，本发明的目的在于提供一种弯曲钢管超声波自动检测系统。

本发明采用的技术方案是：

本发明包括弯管进给机构、环形支撑机构和两套结构相同的弯管超声波检测机构；其中：

弯管进给机构：包括一组均由驱动辊、支撑滚轮、电机安装架、支撑滚轮安装架、支撑滚轮导轨架和驱动辊安装架组成的驱动保持架；驱动辊的两端安装在驱动辊安装架上，在驱动辊安装架的一侧为支撑滚轮导轨架，驱动辊安装架的另一侧为电机安装架，支撑滚轮安装架安装在支撑滚轮导轨架上，支撑滚轮安装在支撑滚轮安装架上，每个电机安装架上可安装进给伺服电机，多根驱动保持架等间隔排列组成圆弧形的弯管进给机构；

环形支撑机构：包括内圈中间安装有内齿轮的环形导轨和两个液压支撑缸；两个液压支撑缸上的液压活塞杆分别对称与环形导轨外侧固接；

两套结构相同的弯管超声波检测机构：均包括检测伺服电机、回转机构外箱体、传动齿轮、齿轮轴、气动伸缩杆、链式超声探头架安装架、链式超声探头架；两个回转机构外箱体分别安装在环形导轨的两侧，齿轮轴安装在回转机构外箱体上，安装在齿轮轴上的传动齿轮与环形导轨上的内齿轮啮合，齿轮轴通过联轴器与安装在电机安装板上的检测伺服电机连接，气动伸缩杆的一端安装在回转机构外箱体上，气动伸缩杆的另一端与链式超声探头架安装架连接，链式超声探头架两端分别通过弹性皮筋与链式超声探头架安装架连接。

所述的链式超声探头架由多个探头安装架通过弹性皮筋串接而成，每个探头安装架内均安装一个四通道的超声波检测探头。

所述的各驱动辊安装架之间均通过连接螺栓连接，通过调整各驱动辊安装架之间的夹角能改变由多根驱动保持架组成的圆弧形弯管进给机构的曲率半径

本发明具有的有益效果是：

1：能够实现对弯管曲率半径为6D（D为弯管外壁直径），弯管外壁直径为600~1200mm，管长为2~5m的大型弯曲钢管进行超声波自动检测。

2：链式超声探头架通过配置使用横波斜探头和纵波直探头可实现对管材的轴向缺陷、周向缺陷和分层缺陷进行无损检测。

3：采用弯管沿轴向进给，链式超声探头架在弯管表面作周向运动进行检测的方法，弯管进给运动和链式超声探头架检测运动相互独立，运动控制实现较简单。

4：在将待检测弯管放置到驱动保持架上之后，弯管的进给和检测过程均在计算机控制下自动进行，检测软件可根据接收的超声回波信号自动发现和定位缺陷，从而大大提高了弯管超声波检测效率，降低了工人的劳动强度。

附图说明

图1是本发明的总体示意图（俯视方向）。

图2是本发明环形支撑机构及弯管超声波检测机构示意图。

图3是本发明环形支撑机构及弯管超声波检测机构主视图。

图4是本发明环形支撑机构及弯管超声波检测机构左视图。

图5是图3中Ⅰ部分局部放大图。

图6是图3中Ⅱ部分局部放大图。

图7是本发明单个探头安装架（装有超声波检测探头）示意图。

图8是本发明超声波检测探头示意图。

图9是本发明单根驱动保持架结构图。

图中：1、连接螺栓，2、待检测弯管，3、支撑滚轮，4、驱动辊，5、水池，6、环形导轨，7、回转机构外箱体，8、检测伺服电机，9、进给伺服电机，10、电机安装架，11、气动伸缩杆，12、气动伸缩杆固定螺栓，13、内齿轮，14、液压活塞杆，15、液压支撑缸，16、链式超声探头架，17、链式超声探头架安装架，18、电机安装板，19、齿轮轴，20、支撑滚轮轴，21、支撑滚轮，22、传动齿轮，23、回转机构外箱体连接螺栓，24、超声波检测探头，25、弹性皮筋，26、探头安装架，27、进水管口，28支撑滚轮安装架，29、紧固螺栓，30、支撑滚轮导轨架，31、驱动辊安装架。

具体实施方式

以下结合附图和实施方式对本发明作进一步的描述。

结合图1所示，本发明包括弯管进给机构、环形支撑机构和两套结构相同的弯管超声波检测机构。弯管进给机构包括一组均由驱动辊4、支撑滚轮3、电机安装架10、支撑滚轮安装架28、支撑滚轮导轨架30和驱动辊安装架31组成的驱动保持架，环形支撑机构包括内圈中间安装有内齿轮13的环形导轨6和两个液压支撑缸15，两套结构相同的弯管超声波检测机构均包括检测伺服电机8、回转机构外箱体7、传动齿轮22、齿轮轴19、气动伸缩杆11、链式超声探头架安装架17和链式超声探头架16。本发明设备进行弯管超声波检测时采用待检测弯管2沿其轴向进给，链式超声探头架16沿弯管表面作周向运动进行检测的方法。

结合图2、图3和图4所示，环形支撑机构关于待检测弯管2的中心轴线对称放置，环形导轨6的内圈中间安装有内齿轮13，两个液压支撑缸15上的液压支撑杆14分别对称与环形导轨6外侧固接，可以通过调整液压支撑杆14的升降高度，使待检测弯管2中心轴线和环形导轨6的圆心位于同一高度，即进行周向超声波检测的弯管圆周和环形导轨6同圆心。两套结构相同的弯管超声波检测机构分别安装在环形导轨6的两侧，分别负责对待检测弯管2的两侧进行超声波检测，气动伸缩杆11的一端通过检测气动伸缩杆固定螺栓12安装在回转机构外箱体7上。

结合图5所示，该图为回转机构外箱体7内部结构示意图。两个回转机构外箱体7分别安装在环形导轨6的两侧，回转机构外箱体7由两块相同的箱体壁通过回转机构外箱体连接螺栓23连接在一起构成，每块箱体壁的外沿顶端有弧形的突起部分，突起部分的曲率半径和环形导轨6外圈半径一致，当回转机构外箱体7安装在环形导轨6上时，箱体壁外沿顶端的弧形突起部分刚好紧扣在环形导轨6的外圈上，因此回转机构外箱体7外圈沿可在环形导轨6的外圈上滑动。齿轮轴19安装在回转机构外箱体7上，安装在齿轮轴19上的传动齿轮22与环形导轨6上的内齿轮13啮合，齿轮轴19通过联轴器与检测伺服电机8连接，检测伺服电机8安装在电机安装板18上，两根支撑滚轮轴20分别通过滚动轴承安装在回转机构外箱体7上，两根支撑滚轮轴20分列在齿轮轴19的两侧，每根支撑滚轮轴20的两侧分别安装有两个用作支撑作用的支撑滚轮21，支撑滚轮21底部与环形导轨6内圈的突起外沿相接触，可在环形导轨内圈的突起外沿上滚动。在检测伺服电机8的驱动下，弯管超声波检测机构可以沿着环形导轨6运动。

结合图6所示，多个探头安装架26之间通过两侧的弹性皮筋25相连，组成链式超声探头架16，在链式超声探头架16的两端同样通过弹性皮筋25与链式超声探头架安装架17相连，链式超声探头架安装架17垂直固连在气动伸缩杆11的一端。当链式超声探头架16不与待检测弯管2接触时，链式超声探头架16在链式超声探头架安装架17上处于绷直状态。气动伸缩杆11的伸缩运动可以调整链式超声探头架16与待检测弯管2表面之间的距离，链式超声探头架16通过气动伸缩杆11推动与待检测弯管2表面接触后，气动伸缩杆11继续给链式超声探头架16施加压力，由于弹性皮筋25伸长后的张紧力作用而使链式超声探头架16紧贴在待检测弯管2表面。

结合图7和图8所示，链式超声探头架16由多个探头安装架26通过弹性皮筋25连接而成。超声波检测探头24工作时与弯管外壁之间的耦合方式采用溢水耦合方式，因此在每个探头安装架26都设计有4个进水管口27，用于外接软管供水。每个探头安装架26均可以在里面安装1个四通道的超声波检测探头24，超声波检测探头24可以选用横波斜探头或者纵波直探头。超声波检测探头24的两端各粘有两块带螺纹孔的长方体金属块，通过连接螺钉安装在探头安装架26上。超声波检测探头24两端的带螺纹孔金属块比超声波检测探头24稍厚，从而当超声波检测探头24安装在探头安装架26上时，超声波检测探头24顶面和探头安装架26之间有一定间隙，使进水管口27接入的用作耦合的水能顺畅均匀的流到超声波检测探头24的检测面上。

结合图9所示，驱动辊4的两端通过滚动轴承安装在驱动辊安装架31上，驱动辊4表面有橡胶层，用以增大驱动辊4和待检测弯管2之间的滚动摩擦力。在驱动辊安装架31的一侧有支撑滚轮导轨架30，支撑滚轮安装架28通过紧固螺栓29安装在支撑滚轮导轨架30上，支撑滚轮3通过滚动轴承安装在支撑滚轮安装架28上。在驱动辊安装架31的另一侧有电机安装架10，每个电机安装架10上可以根据需要安装进给伺服电机9，进给伺服电机9通过联轴器和驱动辊4连接，进给伺服电机9带动驱动辊4转动从而带动待检测弯管2作沿弯管轴向的进给运动。驱动辊4从安装进给伺服电机9一侧向支撑滚轮3一侧剖面半径有小幅度减小，从而可以保证在弯管进给时待检测弯管2能始终靠在支撑滚轮3上。可以手工调节支撑滚轮安装架28在支撑滚轮导轨架30上的位置，从而使支撑滚轮3沿待检测弯管2曲率半径方向作水平调节。当调整好支撑滚轮安装架28与支撑滚轮导轨架30之间的相对位置后，支撑滚轮安装架28与支撑滚轮导轨架30之间通过紧固螺栓29固定，确保支撑滚轮3上可承受一定的作用力。因驱动辊4剖面直径减小梯度较小，因此待检测弯管2对支撑滚轮3的作用力并不会很大。

各驱动辊安装架31之间通过底角边缘的连接螺栓1连接，一方面可以保证所有驱动辊安装架31处于同一圆周上，另一方面也可以根据待检测弯管2的弯曲弧度改变各驱动辊安装架31之间的夹角，从而调整由多根驱动保持架组成的圆弧型弯管进给机构的曲率半径大小，使待检测弯管2沿弯管进给机构中心线放置在弯管进给机构上时，待检测弯管2曲率中心和弯管进给机构曲率中心重合。再通过调节每根支撑滚轮3的位置，使多根支撑滚轮3组成的圆弧的曲率中心和弯管进给机构的曲率中心相同。这样可以使不同管径的待检测弯管2都沿着弯管进给机构的中心线作进给运动，保证弯管进给方向的准确性。

在超声波检测机构的下方安放有水池5，用于收集作溢水耦合超声波检测时流出的水。由于在超声波检测机构前后驱动保持架之间的空隙较大，为了确保待检测弯管2在进行超声波检测时能平稳通过，在水池的一侧设计有用于支撑弯管的滚轮。

整个系统的工作流程如下：

1.根据该批次待检测弯管2的弯曲弧度大小调整各驱动保持架之间的间隔，使弯管进给机构中心线的曲率半径和弯管中心轴线的曲率半径相等，再调整各支撑滚轮3的位置，使待检测弯管2沿弯管进给机构中心线放置时，弯管外壁内圈恰好能紧贴在支撑滚轮3上，最后调整液压活塞杆14的升降高度，使待检测弯管2中心轴线和环形导轨6的圆心位于同一高度。将待检测弯管2放置在弯管保持底座上。

2.进给伺服电机9带动各自连接的驱动辊4转动，从而带动待检测弯管2沿弯管进给机构中心线方向进给。同时打开水阀，使进水管口27进水，准备进行超声检测。

3.当待检测弯管管段到达环形支撑机构时进给伺服电机9停止工作，待检测弯管2停止进给，两套弯管超声波检测机构分别开始对该段弯管的两侧沿圆周方向进行探伤检测。首先两套弯管超声波检测机构中的气动伸缩杆11分别伸长使各自的链式超声探头架16与待检测弯管2接触并继续伸长给链式超声探头架16施加一定压力，由于链式超声探头架16中各探头安装架26之间使用弹性皮筋25进行连接，因此在压力作用下各弹性皮筋25伸长使链式超声探头架16紧贴在待检测弯管2外壁上。接着两套弯管超声波检测机构中的检测伺服电机8分别开始工作，转动方向相反，驱动两套弯管超声波检测机构作方向相反的运动，从而带动各自的链式超声探头架16沿待检测弯管2表面作周向运动。由于气动伸缩杆11始终给链式超声探头架安装架17施加一定压力，从而链式超声探头架16能始终贴附在待检测弯管2表面。

以图3中弯管剖面左侧圆周面的超声检测为例进行说明，检测伺服电机8驱动弯管超声波检测机构沿环形导轨6从初始水平位置作顺时针方向运动，从而链式超声探头架16沿弯管表面做顺时针方向周向运动，当链式超声探头架16的一端到达待检测弯管2检测剖面圆周竖直方向最高点后检测伺服电机8反转，弯管超声波检测机构沿环形导轨6作逆时针方向运动，当链式超声探头架16的一端到达待检测弯管2检测剖面圆周竖直方向最低点后检测伺服电机8反转，弯管超声波检测机构沿环形导轨6作逆时针方向运动回到初始水平位置，随后气动伸缩杆11收缩使链式超声探头架16离开待检测弯管2表面，完成一次弯管周向超声检测。在检测过程中，由于链式超声探头架16是作一个回摆运动，因此对同一片区域链式超声探头架16会经过两次，提高了检测的精度。

4.当完成一次弯管周向超声波检测后，各进给伺服电机9再次工作带动弯管前进一小段距离，之后各进给伺服电机9停止工作，超声检测机构重复步骤3中的运动完成对该段弯管的超声检测。

重复上述工作，进而完成对整根弯管的超声检测。整根弯管的进给运动和弯管超声波检测机构的检测均在工控机控制下自动完成。

5.进给机构带动已检测弯管离开检测系统，卸下已检测弯管并放置下一根未检测弯管开始下一轮检测。

Claims (3)

1.一种弯曲钢管超声波自动检测系统，其特征在于：包括弯管进给机构、环形支撑机构和两套结构相同的弯管超声波检测机构；其中：

弯管进给机构：包括一组均由驱动辊（4）、支撑滚轮（3）、电机安装架（10）、支撑滚轮安装架（28）、支撑滚轮导轨架（30）和驱动辊安装架（31）组成的驱动保持架；驱动辊（4）的两端安装在驱动辊安装架（31）上，在驱动辊安装架（31）的一侧为支撑滚轮导轨架（30），驱动辊安装架（31）的另一侧为电机安装架（10），支撑滚轮安装架（28）安装在支撑滚轮导轨架（30）上，支撑滚轮（3）安装在支撑滚轮安装架（28）上，每个电机安装架（10）上可安装进给伺服电机（9），多根驱动保持架等间隔排列组成圆弧形的弯管进给机构；

环形支撑机构：包括内圈中间安装有内齿轮（13）的环形导轨（6）和两个液压支撑缸（15）；两个液压支撑缸（15）上的液压活塞杆（14）分别对称与环形导轨（6）外侧固接；

两套结构相同的弯管超声波检测机构：均包括检测伺服电机（8）、回转机构外箱体（7）、传动齿轮（22）、齿轮轴（19）、气动伸缩杆（11）、链式超声探头架安装架（17）、链式超声探头架（16）；两个回转机构外箱体（7）分别安装在环形导轨（6）的两侧，齿轮轴（19）安装在回转机构外箱体（7）上，安装在齿轮轴（19）上的传动齿轮（22）与环形导轨（6）上的内齿轮（13）啮合，齿轮轴（19）通过联轴器与安装在电机安装板（18）上的检测伺服电机（8）连接，气动伸缩杆（11）的一端安装在回转机构外箱体（7）上，气动伸缩杆（11）的另一端与链式超声探头架安装架（17）连接，链式超声探头架（16）两端分别通过弹性皮筋（25）与链式超声探头架安装架（17）连接。

2.根据权利要求1所述的一种弯曲钢管超声波自动检测系统，其特征在于：所述的链式超声探头架（16）由多个探头安装架（26）通过弹性皮筋（25）串接而成，每个探头安装架（26）内均安装一个四通道的超声波检测探头（24）。

3.根据权利要求1所述的一种弯曲钢管超声波自动检测系统，其特征在于：所述的各驱动辊安装架（31）之间均通过连接螺栓（1）连接，通过调整各驱动辊安装架（31）之间的夹角能改变由多根驱动保持架组成的圆弧形弯管进给机构的曲率半径。

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