CN104062359B - 一种搭接焊缝超声检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种输油气钢质管道搭接焊缝内部缺陷检测的搭接焊缝超声检测系统，涉及超声波的测量和管道系统技术领域。它是左支架（1）与右支架（2）平行设置，由螺栓（25）和螺母（26）将左支架（1）与右支架（2）连接,且左支架（1）位于右支架（2）的下方；左支架（1）与右支架（2）各固定第二有机玻璃块（4）和第一有机玻璃块（3）,在第二有机玻璃块（4）和第一有机玻璃块（3）中部分别固定第二纵波直探头（6）、第三纵波直探头（7）和第一纵波直探头（5）;第二纵波直探头（6）、第三纵波直探头（7）和第一纵波直探头（5）接单通道双功能电路。本发明有较高的检测精度和检出率、满足角焊缝检测要求。
Description
技术领域
本发明是一种输油气钢质管道搭接焊缝内部缺陷检测的搭接焊缝超声检测系统，涉及超声波的测量和管道系统技术领域。
背景技术
在无损检测领域中，超声检测作为一种有效的检测方式已经得到了广泛的应用。超声检测技术是常规无损检测技术之一，具有穿透能力强、定位准确和灵敏度高等优点，特别是其能够实现对金属结构内部缺陷的尺寸和深度位置精确测量的技术优势，可以对焊缝内部裂纹、未熔合、未焊透、夹渣和气孔等缺陷进行检测。目前国内石油行业专用焊缝超声检测仪器很多，但受钢质管道搭接焊缝自身状况所限，管道搭接焊缝内部缺陷的检测还没有适当的方法，现有规范也没有对管道搭接焊缝的质量评定作出全面的规定，尤其是超声检测还处于空白状态。
以往由于缺少科学有效的检测手段，输油汽钢质管道搭接焊缝仅在特定情况下采用磁粉检测方式进行检测。磁粉检测只能发现焊缝表面和近表面缺陷，无法检测出焊缝内部的裂纹、未熔合、未焊透和夹渣等有较大危害的缺陷。现有超声检测方式直接应用于输油气钢质管道搭接焊缝检测时，受焊缝结构所限，脉冲回波法或透射传输法单独使用都无法满足检测精度和检测率的要求。
CN2577281Y公开了一种带耦合监视的超声波探伤探头，但其检测精度和检出率并不理想。
发明内容
本发明的目的发明一种较高的检测精度和检出率、满足角焊缝检测要求的搭接焊缝超声检测系统。
一种用于输油气钢质管道搭接焊缝超声检测系统，如图1和图2所示，包括左支架1、右支架2、第一有机玻璃块3、第二有机玻璃块4、第一纵波直探头5、第二纵波直探头6、第三纵波直探头7和功能转换电路29。
左支架1与右支架2平行设置，由螺栓25和螺母26将左支架1与右支架2连接,且左支架1位于右支架2的下方；左支架1与右支架2各固定第二有机玻璃块4和第一有机玻璃块3,在第二有机玻璃块4和第一有机玻璃块3中部分别固定第二纵波直探头6、第三纵波直探头7和第一纵波直探头5;第二纵波直探头6、第三纵波直探头7和第一纵波直探头5接单通道双功能电路。
其中：
左支架1为倒置的“Π”形，其两腿有第一横槽17和第二横槽18，顶部有第一螺栓通孔19和第一带内螺纹的销孔20；
右支架2为倒置的“Π”形，其两腿有第三横槽21和第四横槽22，顶部有第二螺栓通孔23和第二带内螺纹的销孔24，且右支架2上的第二螺栓通孔23和第二带内螺纹的销孔24的位置分别与左支架1上的第一螺栓通孔19和第一带内螺纹的销孔20的位置相对应；
第一有机玻璃块3为直角三角形，上端有第一坡面8，第一坡面8的倾角为37°±1°，在第一坡面8中部有第一探头插孔9，第一探头插孔9的中心线垂直于第一坡面8；第一有机玻璃块3的前端面上有螺纹插孔13，后端面上有螺纹插孔14；前端面螺纹插孔13和后端面螺纹插孔14分别通过螺钉与右支架2固定连接；螺钉穿过右支架2前后两端面的第三横槽21和第四横槽22，螺钉的水平位置可根据需要在横槽内进行水平调节；
第二有机玻璃块4为直角三角形，上端有第二坡面10，第二坡面10的倾角为37°±1°，在第二坡面10上分别有第二探头插孔11和第三探头插孔12，第二探头插孔11和第三探头插孔12的中心线垂直于第二坡面10；第二有机玻璃块4的前端面上有螺纹插孔15，后端面上有螺纹插孔16；第二有机玻璃块4的前端面螺纹插孔15和后端面螺纹插孔16分别通过螺钉与左支架1固定连接；螺钉穿过右支架2前后两端面的第一横槽17和第二横槽18，螺钉的水平位置可根据需要在横槽内进行水平调节；
第一纵波直探头5的探头座以螺纹与第一探头插孔9螺纹连接，第二纵波直探头6和第三纵波直探头7的探头座分别与第二探头插孔11和第三探头插孔12螺纹连接；
左支架1与右支架2平行设置，且左支架位于右支架的下方；螺栓25依次穿过第一螺栓通孔19和第二螺栓通孔23，并旋设螺母26，使左支架1和右支架2定位，在螺栓25上位于左支架1和右支架2之间的部位上装有支撑弹簧27；在左支架上的第一带内螺纹的销孔20和右支架上的第二带内螺纹的销孔24内旋设带螺纹的固定销28；
第一纵波直探头5、第二纵波直探头6和第三纵波直探头7发射的波束经对应的有机玻璃块折射后的声束角度为45度；
功能转换电路29（见图4）由第三接线端子F3、第四接线端子F4、电阻R1、可变电阻RF、二极管D1和二极管D2连接构成；电阻R1为分压电阻，电阻R1的一端与第三接线端子F3正极连接，电阻R1的另一端分别与二极管D1的正端、二极管D2的负端、可变电阻Rf的一端和第四接线端子F4正极连接，第三接线端子F3接超声波探伤仪中的第二接线端子F2，第三接线端子的负极接地；可变电阻Rf的另一端、二极管D1的负端、二极管D2的正端和第四接线端子的负极接地；第四接线端子F4与第三纵波探头6对应连接。
所述第三、第四接线端子F3、F4均为Q9接头；功能转换电路29装设在壳体内、固定在设定位置上。
所述单通道双功能电路的作用是在探伤仪的一个检测通道中，使用两个探头实现脉冲回波和透射传输两种检测方式的同时工作，整个装置所包括的3个纵波直探头在单通道双功能电路的作用下能够在两个通道内实现三个通道4个探头所能实现的功能。
单通道双功能电路的工作机理是：当激励脉冲到达时，原本直接与探伤仪相连的探头可被激发产生超声波，接入本转换电路后，激励脉冲首先经过电阻R1的分压作用衰减到一定数值以内，衰减后的激励电压加到两个并联的二极管两端时，无论电压正负，只要电压大于一定值则均会使两个二极管中的一个二极管导通，与接地端形成电流回路，二极管导通时其两端电压也就是加在第二纵波直探头6两端的激励电压，这个电压远小于探头晶片的激发电压，一般为0.7V，所以此时与第四接线端子F4连接的探头不能激发，这就是本转换电路屏蔽探头发射功能的原理（见图6）。当与第四接线端子F4连接的探头接收到超声波时，超声波的信号经过探头转换成的电信号很小，小于二极管导通电压，所以接收到的信号能够直接经过R1传送到探伤仪，经过探伤仪内部放大滤波等电路的处理，在超声探伤仪上进行数字显示。与图5所示的外设超声波探伤仪中的电路图比较，也要简单一些。
第一纵波直探头5和第三纵波直探头7发射的纵波进入有机玻璃探块折射后在工件中转化为角度为45°的横波对管道角焊缝进行检测，第二纵波直探头6在单通道双功能电路的作用下，只能接收第一直探头发射的波束，本身不发射超声波；第一纵波直探头5和第三纵波直探头7均能够以脉冲回波法进行检测，第二纵波直探头6能够接收到第一纵波直探头5发射的超声波，可与第一纵波直探头5组成一发一收的一对探头，对管道角焊缝进行透射传输法的检测，本发明中的三个纵波直探头发射的超声波经过有机玻璃块的折射和单通道双功能电路的功能转换，能够在两个通道实现3个通道、两种检测扫查方式同时检测，3个探头接收到的检测结果能够互相印证，保证得到较高的检测精度和检出率。
第一有机玻璃块3和第二有机玻璃块4是根据被检角焊缝两侧管材壁厚、角焊缝焊接形式、角焊缝尺寸和焊缝表面倾角大小来设计的。为了实现每个探头发射的波束都能够实现对焊接缝的全面覆盖，超声波入射角为37°，经过有机玻璃块折射后的超声波传输角度为45°。
纵波直探头加上一定角度楔块后产生横波的原理为已知技术。
本发明的优点是结构简单，使用方便，在其中一个通道里面实现了脉冲回波方式和透射传输方式的同时工作，使用3个探头一次检测即可完成2通道脉冲回波检测与1通道的透射传输检测，检测面能够实现对焊缝内部及焊缝两侧熔合区的全面覆盖，脉冲回波法能够对焊缝内部及熔合区的缺陷的精确定量和定位，透射传输法可以对焊缝进行快速的缺陷筛查，两种检测方式检测结果可相互印证，保证了较高的检测精度和检出率，能够满足角焊缝检测的要求。
附图说明
图1为搭接焊缝超声检测系统正视图
图2为搭接焊缝超声检测系统侧视图
图3为横槽17、18、21、22的正视图
图4为单通道双功能电路图
图5为外设超声波探伤仪中的电路图
图6为单通道双功能扫查超声波传播示意图
图7为探头的声束对焊缝的覆盖图
其中1—左支架 2—右支架
3—第一有机玻璃块 4—第二有机玻璃块
5—第一纵波直探头 6—第二纵波直探头
7—第三纵波直探头 8—第一坡面
9—第一探头插孔 10—第二坡面
11—第二探头插孔 12—第三探头插孔
13—第一螺纹插孔 14—第二螺纹插孔
15—第三螺纹插孔 16—第四螺纹插孔
17—第一横槽 18—第二横槽
19—第一螺栓通孔 20—第一带内螺纹的销孔
21—第三横槽 22—第四横槽
23—第二螺栓通孔 24—第二带内螺纹的销孔
25—螺栓 26—螺母
27—支撑弹簧 28—固定销
29—功能转换电路 30—第一螺母
31—第二螺母 32—第三螺母
33—第四螺母
具体实施方式
实施例.本例是一实验样机，以12mm厚度套筒修复8mm壁厚输油管道为例，其构成如图1和图2所示，包括左支架1、右支架2、第一有机玻璃块3、第二有机玻璃块4、第一纵波直探头5、第二纵波直探头6、第三纵波直探头7和功能转换电路29。
左支架1与右支架2平行设置，由螺栓25和螺母26将左支架1与右支架2连接,且左支架1位于右支架2的下方；左支架1与右支架2各固定第二有机玻璃块4和第一有机玻璃块3,在第二有机玻璃块4和第一有机玻璃块3中部分别固定第二纵波直探头6、第三纵波直探头7和第一纵波直探头5;第二纵波直探头6、第三纵波直探头7和第一纵波直探头5接单通道双功能电路。
在钢质管道搭接焊缝两侧坡口长度基本相等，剖面为等腰直角三角形，三角形腰长为12mm，为了能够让探头发射的声束最大程度实现对焊缝的覆盖，选择发射角度为45°的斜探头；根据波的折射及波形转换原理，已知超声波在钢（横波）和有机玻璃（纵波）中的传播速度分别为3230m/s和2720m/s，要获得折射角度为45°的横波，计算出纵波入射角为36.5°，可计算出晶片长度L为9.65mm，因此可选择探头晶片为直径φ10mm的圆形晶片。探头频率为5MHz，由此得到探头规格为5Mφ10A45。
根据检测情况确定楔块的尺寸：长35mm宽30mm高20mm，如图2；
架子尺寸：内侧宽30mm。
探头的声束按照图7所示方式对焊缝进行覆盖。
搭接焊缝超声检测单通道双功能电路如图4所示。由第三接线端子F3、第四接线端子F4、电阻R1、可变电阻RF、二极管D1和二极管D2连接构成；电阻R1为分压电阻，电阻R1的一端与第三接线端子F3正极连接，电阻R1的另一端分别与二极管D1的正端、二极管D2的负端、可变电阻Rf的一端和第四接线端子F4正极连接，第三接线端子F3接超声波探伤仪中的第二接线端子F2，第三接线端子的负极接地；可变电阻Rf的另一端、二极管D1的负端、二极管D2的正端和第四接线端子的负极接地；第四接线端子F4与第三纵波探头6对应连接。
所述第三、第四接线端子F3、F4均为Q9接头；功能转换电路29装设在壳体内、固定在设定位置上。
其中：第三接线端子F3、第四接线端子F4为Q9接口；R1选10kΩ电阻；Rf选10kΩ可调电阻；D1选1N4007型号二极管；D2选1N4007型号二极管。
本例经试验，在其中一个通道里面实现了脉冲回波方式和透射传输方式的同时工作，使用3个探头一次检测即可完成2通道脉冲回波检测与1通道的透射传输检测，检测面能够实现对焊缝内部及焊缝两侧熔合区的全面覆盖，脉冲回波法能够对焊缝内部及熔合区的缺陷的精确定量和定位，透射传输法可以对焊缝进行快速的缺陷筛查，两种检测方式检测结果可相互印证，保证了较高的检测精度和检出率，能够满足角焊缝检测的要求。且结构简单，使用方便。
Claims (8)
1.一种搭接焊缝超声检测系统，其特征是它包括左支架(1)、右支架(2)、第一有机玻璃块(3)、第二有机玻璃块(4)、第一纵波直探头(5)、第二纵波直探头(6)、第三纵波直探头(7)和功能转换电路(29)；
左支架(1)与右支架(2)平行设置，由螺栓(25)和螺母(26)将左支架(1)与右支架(2)连接,且左支架(1)位于右支架(2)的下方；左支架(1)与右支架(2)各固定第二有机玻璃块(4)和第一有机玻璃块(3),在第二有机玻璃块(4)和第一有机玻璃块(3)中部分别固定第二纵波直探头(6)、第三纵波直探头(7)和第一纵波直探头(5)；第二纵波直探头(6)、第三纵波直探头(7)和第一纵波直探头(5)接功能转换电路(29)；所述功能转换电路(29)由第一接线端子(F1)、第二接线端子(F2)、第三接线端子(F3)、第四接线端子(F4)、分压电阻(R1)、可变电阻(RF)、第一二极管(D1)和第二二极管(D2)连接构成；分压电阻(R1)的一端与第三接线端子(F3)正极连接，分压电阻(R1)的另一端分别与第一二极管(D1)的正端、第二二极管(D2)的负端、可变电阻(RF)的一端和第四接线端子(F4)正极连接，第三接线端子(F3)接超声波探伤仪中的第二接线端子(F2)，第三接线端子的负极接地；可变电阻(RF)的另一端、第一二极管(D1)的负端、第二二极管(D2)的正端和第四接线端子(F4)的负极接地；第四接线端子(F4)与第二纵波探头(6)对应连接；其中，第二纵波直探头(6)能够接收到第一纵波直探头(5)发射的超声波，并与第一纵波直探头(5)组成一发一收的一对探头，对管道角焊缝进行透射传输法的检测。
2.根据权利要求1所述的一种搭接焊缝超声检测系统，其特征是所述左支架(1)为倒置的“Π”形，其两腿有第一横槽(17)和第二横槽(18)，顶部有第一螺栓通孔(19)和第一带内螺纹的销孔(20)。
3.根据权利要求2所述的一种搭接焊缝超声检测系统，其特征是所述右支架(2)为倒置的“Π”形，其两腿有第三横槽(21)和第四横槽(22)，顶部有第二螺栓通孔(23)和第二带内螺纹的销孔(24)，且右支架(2)上的第二螺栓通孔(23)和第二带内螺纹的销孔(24)的位置分别与左支架(1)上的第一螺栓通孔(19)和第一带内螺纹的销孔(20)的位置相对应。
4.根据权利要求1所述的一种搭接焊缝超声检测系统，其特征是所述第一有机玻璃块(3)为直角三角形，上端有第一坡面(8)，第一坡面(8)的倾角为37°±1°，在第一坡面(8)中部有第一探头插孔(9)，第一探头插孔(9)的中心线垂直于第一坡面(8)；第一有机玻璃块(3)的前端面上有螺纹插孔(13)，后端面上有螺纹插孔(14)；前端面螺纹插孔(13)和后端面螺纹插孔(14)分别通过螺钉与右支架(2)固定连接；螺钉穿过右支架(2)前后两端面的第三横槽(21)和第四横槽(22)，螺钉的水平位置可根据需要在横槽内进行水平调节。
5.根据权利要求4所述的一种搭接焊缝超声检测系统，其特征是所述第二有机玻璃块(4)为直角三角形，上端有第二坡面(10)，第二坡面(10)的倾角为37°±1°，在第二坡面(10)上分别有第二探头插孔(11)和第三探头插孔(12)，第二探头插孔(11)和第三探头插孔(12)的中心线垂直于第二坡面(10)；第二有机玻璃块(4)的前端面上有螺纹插孔(15)，后端面上有螺纹插孔(16)；第二有机玻璃块(4)的前端面螺纹插孔(15)和后端面螺纹插孔(16)分别通过螺钉与左支架(1)固定连接；螺钉穿过右支架(2)前后两端面的第一横槽(17)和第二横槽(18)，螺钉的水平位置可根据需要在横槽内进行水平调节。
6.根据权利要求1所述的一种搭接焊缝超声检测系统，其特征是所述第一纵波直探头(5)的探头座以螺纹与第一探头插孔(9)螺纹连接，第二纵波直探头(6)和第三纵波直探头(7)的探头座分别与第二探头插孔(11)和第三探头插孔(12)螺纹连接；
左支架(1)与右支架(2)平行设置，且左支架(1)位于右支架(2)的下方；螺栓(25)依次穿过第一螺栓通孔(19)和第二螺栓通孔(23)，并旋设螺母(26)，使左支架(1)和右支架(2)定位，在螺栓(25)上位于左支架(1)和右支架(2)之间的部位上装有支撑弹簧(27)；在左支架(1)上的第一带内螺纹的销孔(20)和右支架(2)上的第二带内螺纹的销孔(24)内旋设带螺纹的固定销(28)。
7.根据权利要求6所述的一种搭接焊缝超声检测系统，其特征是所述第一纵波直探头(5)、第二纵波直探头(6)和第三纵波直探头(7)发射的波束经对应的有机玻璃块折射后的声束角度为45度。
8.根据权利要求1所述的一种搭接焊缝超声检测系统，其特征是所述第三、第四接线端子(F3)、(F4)均为Q9接头；功能转换电路(29)装设在壳体内、固定在设定位置上。
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