CN108072340B - 一种钢管内表面感应热处理淬硬层深度自动检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钢管内表面感应热处理淬硬层深度自动检测装置，包括检测头部件、检测套杆、套杆支架座、运管小车、检测平台、气动装置、耦合剂水循环系统及电控柜，检测头部件内设有气动圆锥形楔块，圆锥形楔块圆周上均布多个带有超声波测头的活动侧杆，检测套杆用于为检测头部件通电、通气、通耦合剂水，包括多层套设的封闭管，封闭管内分别设有水道、气道及电缆通道。本发明是超声波背散射发测量淬硬层深度的检测仪器，高频超声波从钢管内表面向钢管内部传播，遇到粗粒基体母材时发生背散射。该装置不破坏钢管进行测量，效率高，对于实际生产具有巨大的经济效益，快速检测钢管内表面淬硬层深度。

Description

一种钢管内表面感应热处理淬硬层深度自动检测装置

技术领域

本发明涉及钢管内表面无损检测技术领域，尤其涉及一种钢管内表面感应热处理淬硬层深度自动检测装置。

背景技术

随着我国经济的快速发展，矿山，电力，水泥、机械工程等行业消耗的耐磨管道300万米/年以上，目前，常用的耐磨管道有陶瓷管道、双金属管道等，陶瓷管道的内衬同外层钢管结合容易脱落，在焊接时也易脱落，切割很不好控制，双金属管道的重量大、硬度低、抗冲击性能差、使用寿命很短、性价比低。这就需要一种钢管内表面感应热处理淬硬的硬化后钢管，外壁可牢固焊接，钢管的内表面淬硬硬化是为了提高钢管内表面硬度、细化内表面金相组织，达到耐磨损的目的，同时保证钢管外表面的力学性能与母材相同(即钢管外表面不感应热处理淬火)，达到既保证内表面的耐磨性，又保证整体钢管的力学性能。目前，国内对钢管内表面感应热处理进行淬火的设备种类很多，但钢管的内表面淬硬硬化的淬硬层检测，只能在钢管两端进行手持硬度计检测两端硬度，检测范围距离管端仅有100mm左右。由于手持硬度计设备结构的限制，对距离管端大于100mm的钢管内表面感应热处理淬硬层无法进行检测，不能很好的保证淬硬层厚度、硬度等质量要求指标，给安装使用后的钢管带来安全隐患；如果需要对对距离管端大于100mm的钢管内表面进行检测，只能采取锯切方式进行检测，给生产企业带来了资源上的不必要的浪费。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种钢管内表面感应热处理淬硬层深度自动检测装置，能够自动实现对管径在250mm至600mm的钢管进行淬硬层深度自动检测。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种钢管内表面感应热处理淬硬层深度自动检测装置，包括检测头部件、检测套杆、套杆支架座、运管小车、检测平台、气动装置、耦合剂水循环系统及电控柜，检测平台上设有小车轨道、气动支架，运管小车在小车轨道上运行，检测套杆一端连接检测头部件，另一端与套杆支座架固定连接，检测套杆外部设有至少一个可拆卸的万向滚珠支撑体，检测套杆由气动支架支撑在运管小车的上方，套杆支座架下方设有气动装置，耦合剂水循环系统与检测套杆及套杆支架座连接，电控柜内设有控制系统控制检测装置的检测、运行，并为检测装置提供动力供电，气动装置为检测装置供气，耦合剂水循环系统提供检测装置所需的耦合剂水。

检测头部件包括筒体、前端盖、后端盖、气缸、圆锥形楔块、活动侧杆、测头座、超声波测头、套杆部件连接座，筒体前端连接前端盖，筒体后端设有后端盖，后端盖外侧固定连接套杆部件连接座，筒体内设有圆锥形楔块、气缸，气缸与后端盖内壁固定连接，气缸的活塞杆端部与圆锥形楔块的后部固定连接，圆锥形楔块的前、后为圆柱体，两圆柱体之间为圆锥体，圆锥形楔块的前端与前端盖中心的内圆台之间套设弹性元件；圆锥形楔块的后部圆柱体下侧设有定位滑槽，筒体上设有导向销，圆锥形楔块与筒体之间通过导向销导向；圆锥形楔块在气缸的推动下在筒体内滑动；圆锥形楔块的圆锥面上均布多道滑槽，滑槽内插装活动侧杆，活动侧杆伸出筒体外，活动侧杆外端固定连接测头座，测头座上设有超声波测头，筒体内部的活动侧杆上套设弹性元件。筒体前端圆周均布多个测头耦合剂水喷嘴，测头耦合剂水喷嘴连接测头耦合剂进水管。

所述的检测套杆用于为检测头部件通电、通气、通耦合剂水，检测套杆由外至内依次同轴设置套管、中间管A、中间管B、芯管，套管、中间管A、中间管B、芯管两端均密封；芯管一端周向均布多个与耦合剂水循环系统相连接的套杆进水管，另一端设置与套杆进水管数量相对应并与检测头部件相连的套杆出水管；中间管B和套管的两端分别设有与气动装置连接的套杆进气管和与检测头部件相连的套杆出气管，中间管A内圆周均布多个电缆管。

所述的万向滚珠支撑体，包括支撑架、万向滚珠支撑座，支撑架由两个半圆环形结构通过紧固件固定连接组成，支撑架内径与检测套杆外径相匹配，支撑架圆周上均布多个万向滚珠支撑座，万向滚珠支撑座的顶部设有滚珠，滚珠与万向滚珠支撑座之间设有弹性元件。

所述运管小车包括车体，车体上对称设有托辊支座，托辊支座上设有托举钢管的托辊，托辊由辊子驱动机构驱动实现双向旋转，运管小车的车轮由变速驱动机构驱动。

所述运管小车轨道8与水平面成4～6°倾角，运管小车轨道8靠近支架座一端高于另一端。

钢管内表面感应热处理淬硬层深度自动检测装置的检测方法，包括以下具体步骤：

1)将待检测钢管吊装在运管小车的托辊中间，使检测头部件中心与钢管同心；

2)启动运管小车向套杆支座架一侧运行，使检测套杆完全伸入钢管内部，检测头部件到达钢管端部，万向滚珠支撑体支撑钢管内壁，使检测头部件与钢管自动同心；

3)耦合剂水循环系统供水，检测头部件喷出耦合剂水；

4)开启检测头部件内气缸，活塞杆伸出带动圆锥形楔块前移，使得活动侧杆外伸，使超声波测头通过耦合剂水与钢管内表面接触；

5)开启辊子驱动机构使托辊旋转，开启控制系统使超声波测头的发射探头发出超声波，超声波在硬化层与基体材料的分界面上出现大量散射波，其接收探头接收并记录背散射信号，通过检测超声波脉冲从进入钢管内表面到硬化层-母材基体分界面所用的时间来计算硬化层厚度，这个过程由控制系统的计算机完成、并显示、记录；

6)启动运管小车慢速远离套杆支座架，检测整根钢管的淬硬层厚度；

7)检测完毕后关闭检测头部件内气缸，活塞杆后缩带动圆锥形楔块后移，使得活动侧杆内缩，使超声波测头与钢管内表面脱离接触；停止托辊旋转，停止耦合剂水系统供水，运行运管小车使检测套杆退出钢管，卸下钢管，进行下一根钢管的检测。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明是超声波背散射发测量淬硬层深度的检测仪器，高频超声波从钢管内表面向钢管内部传播，遇到粗粒基体母材时发生背散射。该装置不破坏钢管进行测量，效率高，对于实际生产具有巨大的经济效益。

2.快速检测钢管内表面淬硬层深度，有效地减少检测成本，对淬火工艺进行监控，优化工艺参数，保证连续高质量生产；该检测装置自动实现对管径在250mm至600mm不同尺寸的钢管进行淬硬层深度自动检测，为质量管理信息系统提供监控和厚度分析功能。

附图说明

图1是本发明的主视结构示意图。

图2是本发明的左侧结构示意视图。

图3是检测头部件结构示意图。

图4是图3中D-D剖面结构示意图。

图5是图3中E-E剖面结构示意图。

图6是检测套杆结构示意图。

图7是图6的A向结构示意图。

图8是图6的B-B剖面结构示意图。

图9是图6的C-C剖面结构示意图。

图10万向滚珠支撑体结构示意图。

图11是图10的G-G剖面局部剖视图。

图中：检测头部件1、检测套杆2、运管小车3、检测平台4、电控柜5、套杆支架座6、气动装置7、小车轨道8、万向滚珠支撑体9、气动支架10、托辊11、辊子驱动机构12、变速驱动机构13、芯管14、套管15、万向滚珠支撑座16、支撑架17、耦合剂水循环系统18、中间管A19、中间管B20、托辊支座21、电缆管22、进气管A23、进气管B24、出气管A25、出气管B26、滚珠27、弹性元件二28、圆锥形楔块29、气缸30、前端盖31、套杆部件连接座32、弹性元件一33、后端盖34、滑槽35、导向销36、定位滑槽37、弹性元件三38、中间轴39、第一皮带传动机构40、第二皮带传动机构41、测头耦合剂进水管42、套杆进水管43、套杆出水管44、测头耦合剂水喷嘴45、活动侧杆46、测头座47、超声波测头48、筒体49、钢管50。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步说明：

如图1-图2，一种钢管内表面感应热处理淬硬层深度自动检测装置，包括检测头部件1、检测套杆2、套杆支架座6、运管小车3、检测平台4、气动装置7、耦合剂水循环系统18及电控柜5，检测平台4上设有小车轨道8、气动支架10，运管小车3在小车轨道8上运行，检测套杆2一端连接检测头部件1，另一端与套杆支座架6固定连接，检测套杆2外部设有至少一个可拆卸的万向滚珠支撑体9，检测套杆2由气动支架10支撑在运管小车3的上方，套杆支座架6下方设有气动装置7，耦合剂水循环系统18与检测套杆2及套杆支架座6连接，电控柜5内设有控制系统控制检测装置的检测、运行，并为检测装置提供动力供电，气动装置7为检测装置供气，耦合剂水循环系统18提供检测装置所需的耦合剂水。

如图3-图5，检测头部件1包括筒体49、前端盖31、后端盖34、气缸30、圆锥形楔块29、活动侧杆46、测头座47、超声波测头48、套杆部件连接座32，筒体49前端连接前端盖31，筒体49后端设有后端盖34，后端盖34外侧固定连接套杆部件连接座32，筒体49内设有圆锥形楔块29、气缸30，气缸30与后端盖内壁固定连接，气缸的活塞杆端部与圆锥形楔块29的后部固定连接，圆锥形楔块29的前、后为圆柱体，两圆柱体之间为圆锥体，圆锥形楔块29的前端与前端盖31中心的内圆台之间套设弹性元件一33；圆锥形楔块29的后部圆柱体下侧设有定位滑槽37，筒体49上设有导向销36，圆锥形楔块29与筒体49之间通过导向销36导向；圆锥形楔块29在气缸30的推动下在筒体49内滑动；圆锥形楔块29的圆锥面上均布多道滑槽35，滑槽35内插装活动侧杆46，活动侧杆伸出筒体49外，活动侧杆46外端固定连接测头座47，测头座47上设有超声波测头48，筒体49内部的活动侧杆46上套设弹性元件二28。筒体49前端圆周均布3个测头耦合剂水喷嘴45，测头耦合剂水喷嘴45连接测头耦合剂进水管42；

如图6-图9，检测套杆用于为检测头部件通电、通气、通耦合剂水，检测套杆由外至内依次同轴设置套管15、中间管A19、中间管B20、芯管14，套管15、中间管A19、中间管B20、芯管14两端均密封，

芯管14一端周向均布3个与耦合剂水循环系统18相连接的套杆进水管43，另一端设置与套杆进水管43数量相对应并与检测头部件1相连的套杆出水管44，

中间管B20一端设有与检测头部件1相连的出气管A25，另一端设有与气动装置6相连的进气管A23；所述中间管B20一端设有与检测头部件1相连的出气管B26，另一端设有与气动装置6相连的进气管B24。

中间管A19内圆周均布多个电缆管22，用于检测头部件电缆走线。

如图10-图11，万向滚珠支撑体9，包括支撑架17、万向滚珠支撑座16，支撑架17由两个半圆环形结构通过紧固件固定连接组成，支撑架17内径与检测套杆2外径相匹配，支撑架17圆周上均布3个万向滚珠支撑座10，万向滚珠支撑座10的顶部设有滚珠27，滚珠27与万向滚珠支撑座16之间设有弹性元件三38。

所述运管小车3包括车体，车体上对称设有托辊支座21，托辊支座上设有托举钢管的托辊11，前后托辊同轴运转，托辊11由辊子驱动机构12驱动实现双向旋转，辊子驱动机构12的驱动电机通过皮带与设置在车体上的中间轴39连接，中间轴39通过第一皮带传动结构40、第二皮带传动结构41分别与两侧托辊连接。运管小车3由变速驱动机构13驱动。

所述运管小车轨道8与水平面成4～6°倾角，运管小车轨道8靠近支架座一端高于另一端。

钢管内表面感应热处理淬硬层深度自动检测装置的检测方法，包括以下具体步骤：

1)将待检测钢管50吊装在运管小车3的托辊11中间，使检测头部件1中心与钢管50同心；

2)启动运管小车3向套杆支座架6一侧运行，使检测套杆2完全伸入钢管50内部，检测头部件1到达钢管50外侧端部，万向滚珠支撑体9支撑钢管50内壁，使检测头部件1与钢管50自动同心；

3)耦合剂水循环系统18供水，检测头部件1喷出耦合剂水；

4)开启检测头部件1内气缸30，活塞杆伸出带动圆锥形楔块29前移，使得活动侧杆46外伸，使超声波测头48通过耦合剂水与钢管20内表面接触；

5)开启辊子驱动机构12使辊子旋转，开启控制系统使超声波测头48的发射探头发出超声波，超声波在硬化层与基体材料的分界面上出现大量散射波，其接收探头接收并记录背散射信号，通过检测超声波脉冲从进入钢管内表面到硬化层-母材基体分界面所用的时间来计算硬化层厚度，这个过程由控制系统的计算机完成、并显示、记录；

6)启动运管小车3慢速远离套杆支座架6，检测整根钢管50的淬硬层厚度；

7)检测完毕后关闭检测头部件1内气缸30，活塞杆后缩带动圆锥形楔块29后移，使得活动侧杆46内缩，使超声波测头48与钢管50内表面脱离接触；停止托辊11旋转，停止耦合剂水系统18供水，运行运管小车3使检测套杆2退出钢管50，卸下钢管50，进行下一根钢管50的检测。

上面所述仅是本发明的基本原理，并非对本发明作任何限制，凡是依据本发明对其进行等同变化和修饰，均在本专利技术保护方案的范畴之内。

Claims (2)

1.一种钢管内表面感应热处理淬硬层深度自动检测装置，包括检测头部件、检测套杆、套杆支架座、运管小车、检测平台、气动装置、耦合剂水循环系统及电控柜，其特征在于，

所述检测头部件包括筒体、前端盖、后端盖、气缸、圆锥形楔块、活动侧杆、测头座、超声波测头、套杆部件连接座，筒体前端连接前端盖，筒体后端设有后端盖，后端盖外侧固定连接套杆部件连接座，筒体内设有圆锥形楔块、气缸，气缸与后端盖内壁固定连接，气缸的活塞杆端部与圆锥形楔块的后部固定连接，圆锥形楔块的前、后为圆柱体，两圆柱体之间为圆锥体，圆锥形楔块的前端与前端盖中心的内圆台之间套设弹性元件；圆锥形楔块的后部圆柱体下侧设有定位滑槽，筒体上设有导向销，圆锥形楔块与筒体之间通过导向销导向；圆锥形楔块在气缸的推动下在筒体内滑动；圆锥形楔块的圆锥面上均布多道滑槽，滑槽内插装活动侧杆，活动侧杆伸出筒体外，活动侧杆外端固定连接测头座，测头座上设有超声波测头，筒体内部的活动侧杆上套设弹性元件，筒体前端圆周均布多个测头耦合剂水喷嘴，测头耦合剂水喷嘴连接测头耦合剂进水管；

所述检测套杆用于为检测头部件通电、通气、通耦合剂水，检测套杆由外至内依次同轴设置套管、中间管A、中间管B、芯管，套管、中间管A、中间管B、芯管两端均密封；芯管一端周向均布多个与耦合剂水循环系统相连接的套杆进水管，另一端设置与套杆进水管数量相对应并与检测头部件相连的套杆出水管；中间管B和套管的两端分别设有与气动装置连接的套杆进气管和与检测头部件相连的套杆出气管，中间管A内圆周均布多个电缆管；

万向滚珠支撑体，包括支撑架、万向滚珠支撑座，支撑架由两个半圆环形结构通过紧固件固定连接组成，支撑架内径与检测套杆外径相匹配，支撑架圆周上均布多个万向滚珠支撑座，万向滚珠支撑座的顶部设有滚珠，滚珠与万向滚珠支撑座之间设有弹性元件；

运管小车包括车体，车体上对称设有托辊支座，托辊支座上设有托举钢管的托辊，托辊由辊子驱动机构驱动实现双向旋转，运管小车的车轮由变速驱动机构驱动。

2.根据权利要求1所述的钢管内表面感应热处理淬硬层深度自动检测装置的检测方法，其特征在于，包括以下具体步骤：

1）将待检测钢管吊装在运管小车的托辊中间，使检测头部件中心与钢管同心；

2）启动运管小车向套杆支座架一侧运行，使检测套杆完全伸入钢管内部，检测头部件到达钢管端部，万向滚珠支撑体支撑钢管内壁，使检测头部件与钢管自动同心；

3）耦合剂水循环系统供水，检测头部件喷出耦合剂水；

4）开启检测头部件内气缸，活塞杆伸出带动圆锥形楔块前移，使得活动侧杆外伸，使超声波测头通过耦合剂水与钢管内表面接触；

5）开启辊子驱动机构使托辊旋转，开启控制系统使超声波测头的发射探头发出超声波，超声波在硬化层与基体材料的分界面上出现大量散射波，其接收探头接收并记录背散射信号，通过检测超声波脉冲从进入钢管内表面到硬化层-母材基体分界面所用的时间来计算硬化层厚度，这个过程由控制系统的计算机完成、并显示、记录；

6）启动运管小车慢速远离套杆支座架，检测整根钢管的淬硬层厚度；

7）检测完毕后关闭检测头部件内气缸，活塞杆后缩带动圆锥形楔块后移，使得活动侧杆内缩，使超声波测头与钢管内表面脱离接触；停止托辊旋转，停止耦合剂水系统供水，运行运管小车使检测套杆退出钢管，卸下钢管，进行下一根钢管的检测。