CN110514740A - 一种钢管塔焊缝缺陷检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种钢管塔焊缝缺陷检测系统，包括底座，设置在底座两端用于对钢管杆两端支撑的支撑机构、设置在底座上的平移机构、设置在平移机构上对焊缝检测的检测机构；所述检测机构包括设置在平移机构上的平移板，所述平移板两端设置升降机构，两个升降机构上端向内侧设置伸缩机构，所述伸缩机构前端设置带有超声相控阵换能器的超声探头；本发明可以对钢管杆的焊接部位进行检测，通过机器来操作，减轻对工作人员的负担，同时保证检测时的精确度，可以大大提高钢管杆的焊接质量，降低因为焊接缺陷造成事故发生的概率。

Description

一种钢管塔焊缝缺陷检测系统

技术领域

本发明涉及钢管塔焊接检测技术领域，具体涉及一种钢管塔焊缝缺陷检测系统。

背景技术

近年来，随着输电线路输送容量及电压等级的不断提高，同塔双回和多回路线路在一些经济发达地区相继建设并已成为发展趋势，杆塔的荷载也随之不断增加。在这种情况下如果使用角钢塔，直线塔的主材基本为双组合或四组合角钢，转角塔即使采用四组合也难以满足承载力的需求，因此需采用格构式角钢柱。杆塔结构的复杂化设计，会使铁塔耗钢量和建设成本增加，铁塔设计、加工、制造、施工安装、运行维护难度增大，影响结构安全的不确定性因素增多。与角钢塔相比，钢管塔构件风压小、刚性强、结构简单、硬度高、传力清晰等优点，能够充分发挥其材料的综合承载能力，适合在大跨越、大档距和特殊地段线路杆塔，或线路荷载较大的线路中应用。此外，随着城市建设步伐的加快，城区输变电工程数量增多，但线路走廊日益紧张的情况下,钢管杆以其占地小、不影响土地利用、杆塔设计结构简单、运行寿命长、施工安装便捷、运行维护成本低等优点在输电线路上得到了广泛应用。

输电线路钢管塔与传统的角钢塔相比，焊接构件多，主要有钢管之间K形节点的焊接，钢管与带颈法兰的对接焊，钢管与平板法兰加劲板的T形焊，钢管加强板的焊接以及钢管辅材横担U形槽与U形 板、U形槽与插板的焊接等。钢管塔生产中常用的焊接方法有手工电弧焊、二氧化碳气体保护焊和埋弧自动焊。输电线路钢管塔主要采用低合金高强度钢，焊接过程中产生的焊接缺陷主要有焊缝形状尺寸、间隙预留尺寸是否符合标准要求，以及咬边、焊瘤、气孔、裂纹、未熔合、未焊透、夹渣等。这些焊接缺陷存在破坏了焊缝的完整性和受力不均匀性，易引起应力集中某一点上的现象，降低焊接接头的力学性能，缩短钢管塔的使用寿命，严重时将发生质量事故。

超声相控阵技术是当今无损检测技术中最先进的超声检测新方法，通过软件控制探头中每个/组晶片的激发时间, 产生不同角度、不同聚焦深度的超声波束, 从而能够检测焊缝内部不同走向、不同深度的各类缺陷。缺陷定位准确, 对于危害性强的未熔合型缺陷具有高检测灵敏，尤其在焊接接头检测方面的应用具有独特优势，可有效检出焊接接头中的各种面状缺陷和体积型缺陷。检测结果以图像形式呈现，为缺陷定位、定量、定性、定级提供了丰富的信息。超声相控阵检测技术只需一次简单的线性扫查即可完成全焊缝检测，整个检测系统具有更高的灵活性。

但是目前对钢管塔检测时大多是人工手持探头对其进行探伤，对于钢管塔平放时的底部探测较为困难。

公开号为 204903468U的专利公开了一种用于检测钢管塔接头焊缝的自动扫查装置，包括支架，在支架上水平设置一根与钢管塔平行设置的水平固定杆，在水平固定杆上活动设置一个移动块，在移动块上活动设置一根移动杆，移动杆下部连接连动杆的一端，连动杆的另一端通过夹持机构夹持用于检测钢管塔焊缝的探头。本实用新型的有益效果是：通过移动块活动设置在水平固定杆上，实现了针对不同的焊缝通过调整移动块的位置即可带动探头位置的移动；通过旋钮实现了对移动杆高度的调节，来适应不同直径的钢管塔；通过旋转电机来带动整个装置旋转，实现了对钢管塔焊缝的自动检测，代替了人工手工劳动，工作效率高。但是钢管杆表面为曲面，其在检测曲面时存在较多的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种钢管塔焊缝缺陷检测系统，可以对钢管杆的焊接部位进行检测，通过机器来操作，减轻对工作人员的负担，同时保证检测时的精确度。

为解决上述技术问题，本发明提供一种钢管塔焊缝缺陷检测系统，包括底座，设置在底座两端用于对钢管杆两端支撑的支撑机构、设置在底座上的平移机构、设置在平移机构上对焊缝检测的检测机构；

所述检测机构包括设置在平移机构上的平移板，所述平移板两端设置升降机构，两个升降机构上端向内侧设置伸缩机构，所述伸缩机构前端设置带有超声相控阵换能器的超声探头；

所述超声探头与超声探伤仪连接。

进一步的，所述底座包括设置在地面的矩形底板，所述支撑机构包括所述矩形底板的两端向上设置的支撑柱，所述支撑柱的上端设置Y型的支撑架，所述支撑架的上表面设置弹性保护层。

进一步的，所述平移机构包括矩形底板的两侧设置的导向基座，两个所述导向基座内侧设置导向槽，所述导向槽内设置导向块，两个导向块之间设置所述平移板，所述平移板的下方设置动力机构。

进一步的，所述动力机构包括所述矩形底板的两端设置的支架，所述支架上设置轴承，两个所述轴承上设置平移丝杠，所述平移丝杠的一端与设置在支架上的平移电机传动连接，所述平移板的下方设置动力块，所述平移丝杠从所述动力块上设置的螺纹孔穿过，所述螺纹孔与所述平移丝杆的表面螺纹相配合。

进一步的，所述升降机构包括所述平移板的端部向上设置的第一伸缩杆，所述第一伸缩杆的顶端设置平台板，所述平台板上向内设置所述伸缩机构，所述平台板的后端设置第一导向孔，所述平移板上设置与第一导向孔配合的第一导向杆。

进一步的，所述伸缩机构包括所述平台板上设置的第二伸缩杆，所述第二伸缩杆的前端向上设置支架板，所述支架板上设置第二导向杆，所述平台板中部向上设置导向板，所述导向板上设置与所述第二导向杆相配合的第二导向孔。

进一步的，所述第二伸缩杆前端设置万向接头，所述万向接头上设置减震机构，所述减震机构前端设置所述超声探头。

进一步的，所述减震机构包括设置在万向接头上的减震筒，所述减震筒内插入设置减震顶杆，所述减震顶杆的端部与减震筒内的底部之间设置减震弹簧，所述减震顶杆的外径等于减震筒的内径，所述减震顶杆的另一端设置所述超声探头。

进一步的，所述底座上设置与平移机构和检测机构信号连接的控制单元，所述控制单元通过无线传输模块与移动控制端信号连接。

传统输电线路钢管塔结构一、二级焊缝质量检测一般采用超声波检测方法进行内部缺陷的检验，当超声波检测不能对缺陷做出判断时，应采用射线检测方法。射线检测无法对缺陷进行定位, 无法检出平行于射线方向的缺陷，不能确定缺陷位置的深浅，且便携性较差，X 射线底片不易携带和保存。射线检验时由于检测场所所限, 很难实现有效屏蔽,对人员有辐射危害, 并且无法实现过程控制，且检测周期较长，效率低。常规超声波探头的参数和楔块角度确定以后即确定了波束角度, 导致可能漏检焊缝中走向与波束平行的缺陷。超声探头需要沿着钢管周向和轴向进行频繁的移动扫描，检测过程复杂，耗时较长。传统的钢管焊缝无损检测方法缺陷不能直观呈现、检验结果受检测人员检验水平制约，影响检测质量与检测效率。

此外，传统的超声检测采用单晶片探头发射声束，在某些情况下也采用双晶片探头或单晶片聚焦探头来减少盲区和提高分辨率。但是不论是哪种情况下，超声场在介质中均是按照一个单一角度的轴线方向传播.单一角度的扫查限制了超声检测对于不同方向缺欠定性和定量的能力。因此，大部分“有效的”的标准都要求采用多个角度声束的扫查来提高检出率，但是对于复杂几何外形、大壁厚或者探头扫查空间有限的情况检测很难实现。

另外，在对钢管杆检测时，目前大多采用将钢管杆放在地面上，然后手持或采用推车将探伤仪推出，贴在钢管杆的表面进行检测，在检测完上部后，推动钢管杆旋转将下部暴露，再次进行检测。该方法使用最多，但是其在检测后还需要对横担进行焊接，还需要再对横担进行检测，且滚动的过程中可能会对钢管杆表面造成损伤。

也有本领域的技术人员采用了架空的方式来固定钢管杆，然后可以对其进行监测，这种方法还能事先焊接好横担，因此目前电力系统中大多采用这个方案。但是该方案需要人工手持超声探头，然后对需要检测的点一一探查，在检测时耗费大量体力，需要的人工很多。

本发明提供的钢管塔焊缝缺陷检测系统，包括底座，设置在底座两端用于对钢管杆两端支撑的支撑机构、设置在底座上的平移机构、设置在平移机构上对焊缝检测的检测机构；所述检测机构包括设置在平移机构上的平移板，所述平移板两端设置升降机构，两个升降机构上端向内侧设置伸缩机构，所述伸缩机构前端设置带有超声相控阵换能器的超声探头；所述超声探头与超声探伤仪连接。钢管杆通过起吊设备放在支撑机构上，将中部的所有焊接部位暴露出来，平移机构可以沿着钢管杆的轴向进行平移，从而带动检测机构对钢管杆上的焊接部位进行检测。检测机构包括了升降机构和伸缩机构，从而可以调整超声探头的高度以及水平位置，从而能够适应圆柱形钢管杆的结构，使得超声探头可以紧密贴合在钢管杆表面，检测更加精准。且无需人工手持探头，节省人力，检测更加方便。超声探头与超声探伤仪连接，检测的画面可以显示在探伤仪上，探伤仪可以直接固定在底座上或者设置在推车上，具体根据使用环境确定。

所述底座包括设置在地面的矩形底板，所述支撑机构包括所述矩形底板的两端向上设置的支撑柱，所述支撑柱的上端设置Y型的支撑架，所述支撑架的上表面设置弹性保护层。支撑机构用过Y型的支撑架对钢管杆进行支撑，支撑柱和支撑架采用钢铁制件，避免中途出现意外。弹性保护层可以对钢管杆受压的点进行保护，避免外层防腐漆掉落。

所述平移机构包括矩形底板的两侧设置的导向基座，两个所述导向基座内侧设置导向槽，所述导向槽内设置导向块，两个导向块之间设置所述平移板，所述平移板的下方设置动力机构。平移机构带动检测机构沿着钢管杆的轴向运动，导向基座沿着矩形底板的长轴向设置，其内侧的导向槽沿着长轴向设置，导向块与导向槽契合，在动力机构的带动下平移板沿着导向槽进行平移，从而带动检测机构沿着钢管杆的轴向运动。

所述动力机构包括所述矩形底板的两端设置的支架，所述支架上设置轴承，两个所述轴承上设置平移丝杠，所述平移丝杠的一端与设置在支架上的平移电机传动连接，所述平移板的下方设置动力块，所述平移丝杠从所述动力块上设置的螺纹孔穿过，所述螺纹孔与所述平移丝杆的表面螺纹相配合。动力机构是依靠丝杠来实现的，两个支架上旋转设置的平移丝杠与钢管杆的轴向平行，平移板通过动力块设置在平移丝杠上，动力块的中心设置螺纹孔，当平移丝杠转动时，螺纹孔与平移丝杠配合实现平移，从而带动平移板进行平移，且在导向槽与导向块的配合下，平移板不会晃动，沿着钢管杆的轴向进行移动。

所述升降机构包括所述平移板的端部向上设置的第一伸缩杆，所述第一伸缩杆的顶端设置平台板，所述平台板上向内设置所述伸缩机构，所述平台板的后端设置第一导向孔，所述平移板上设置与第一导向孔配合的第一导向杆。升降机构可以带动检测机构的高度进行调节，第一伸缩杆顶部的平台板设置第一导向孔，与平移板上的第一导向杆配合可以对第一伸缩杆的升降运动进行导向，且对第一伸缩杆的横向进行支撑，保证设备的安全运行。

所述伸缩机构包括所述平台板上设置的第二伸缩杆，所述第二伸缩杆的前端向上设置支架板，所述支架板上设置第二导向杆，所述平台板中部向上设置导向板，所述导向板上设置与所述第二导向杆相配合的第二导向孔。同时第二伸缩杆会受到向下的重力，因此设置导向板和第二导向杆，第二导向杆后端穿过导向板上的第二导向孔，前端与支架板连接，既能够对第二伸缩杆的运动进行导向，同时可以承受第二伸缩杆的重力，保证第二伸缩杆的正常运行。而导向杆会随着第二伸缩杆向后移动，不会被钢管柱造成阻碍。

所述第二伸缩杆前端设置万向接头，所述万向接头上设置减震机构，所述减震机构前端设置所述超声探头。由于钢管杆表面为曲面，因此通过万向接头来设置超声探头，使得超声探头的表面可以与钢管杆的弧面相切，使得检测的精准度大大提高。减震机构对超声探头进行防护，在启动伸缩机构将超声探头推动贴合在钢管杆表面时，势必会出现一次轻微的撞击，通过减震机构可以将撞击的冲击力卸掉，从而对探头和钢管杆的表面进行保护。

所述减震机构包括设置在万向接头上的减震筒，所述减震筒内插入设置减震顶杆，所述减震顶杆的端部与减震筒内的底部之间设置减震弹簧，所述减震顶杆的外径等于减震筒的内径，所述减震顶杆的另一端设置所述超声探头。减震机构通过弹簧实现，减震筒内插入的减震顶杆底部设置与减震筒底部连接的减震弹簧，这样减震顶杆前端设置的超声探头与钢管杆接触后，其挤压力会传递至减震顶杆的后端，最终被减震弹簧吸收，实现对超声探头的保护。

所述底座上设置与平移机构和检测机构信号连接的控制单元，所述控制单元通过无线传输模块与移动控制端信号连接。第一伸缩杆和第二伸缩杆优选电动伸缩杆，平移机构的平移电机和第一、第二伸缩杆与控制单元连接，工作人员通过移动控制端可以就近观察超声探头位置的同时直接操作各个机构，使得操作更加方便，准确度更高。

本发明可以对钢管杆的焊接部位进行检测，通过机器来操作，减轻对工作人员的负担，同时保证检测时的精确度，可以大大提高钢管杆的焊接质量，降低因为焊接缺陷造成事故发生的概率。

附图说明

图1为本发明钢管塔焊缝缺陷检测系统的结构示意图；

图2为本发明动力机构的结构示意图；

图3为本发明减震机构的结构示意图；

图4为本发明支撑机构的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图1-4，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一，本实施例提供了一种钢管塔焊缝缺陷检测系统，包括底座，设置在底座两端用于对钢管杆1两端支撑的支撑机构、设置在底座上的平移机构、设置在平移机构上对焊缝检测的检测机构；所述检测机构包括设置在平移机构上的平移板16，所述平移板16两端设置升降机构，两个升降机构上端向内侧设置伸缩机构，所述伸缩机构前端设置带有超声相控阵换能器的超声探头2；所述超声探头2与超声探伤仪连接。钢管杆通过起吊设备放在支撑机构上，将中部的所有焊接部位暴露出来，平移机构可以沿着钢管杆的轴向进行平移，从而带动检测机构对钢管杆上的焊接部位进行检测。检测机构包括了升降机构和伸缩机构，从而可以调整超声探头的高度以及水平位置，从而能够适应圆柱形钢管杆的结构，使得超声探头可以紧密贴合在钢管杆表面，检测更加精准。且无需人工手持探头，节省人力，检测更加方便。超声探头与超声探伤仪连接，检测的画面可以显示在探伤仪上，探伤仪可以直接固定在底座上或者设置在推车上，具体根据使用环境确定。

所述底座包括设置在地面的矩形底板20，所述支撑机构包括所述矩形底板20的两端向上设置的支撑柱23，所述支撑柱23的上端设置Y型的支撑架22，所述支撑架22的上表面设置弹性保护层31。支撑机构用过Y型的支撑架对钢管杆进行支撑，支撑柱和支撑架采用钢铁制件，避免中途出现意外。弹性保护层可以对钢管杆受压的点进行保护，避免外层防腐漆掉落。

所述平移机构包括矩形底板20的两侧设置的导向基座19，两个所述导向基座19内侧设置导向槽17，所述导向槽17内设置导向块18，两个导向块18之间设置所述平移板16，所述平移板16的下方设置动力机构。平移机构带动检测机构沿着钢管杆的轴向运动，导向基座沿着矩形底板的长轴向设置，其内侧的导向槽沿着长轴向设置，导向块与导向槽契合，在动力机构的带动下平移板沿着导向槽进行平移，从而带动检测机构沿着钢管杆的轴向运动。

所述动力机构包括所述矩形底板20的两端设置的支架25，所述支架25上设置轴承24，两个所述轴承24上设置平移丝杠15，所述平移丝杠15的一端与设置在支架25上的平移电机27传动连接，所述平移板16的下方设置动力块14，所述平移丝杠15从所述动力块14上设置的螺纹孔26穿过，所述螺纹孔26与所述平移丝杆15的表面螺纹相配合。动力机构是依靠丝杠来实现的，两个支架上旋转设置的平移丝杠与钢管杆的轴向平行，平移板通过动力块设置在平移丝杠上，动力块的中心设置螺纹孔，当平移丝杠转动时，螺纹孔与平移丝杠配合实现平移，从而带动平移板进行平移，且在导向槽与导向块的配合下，平移板不会晃动，沿着钢管杆的轴向进行移动。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于：

所述升降机构包括所述平移板16的端部向上设置的第一伸缩杆13，所述第一伸缩杆13的顶端设置平台板10，所述平台板10上向内设置所述伸缩机构，所述平台板10的后端设置第一导向孔11，所述平移板16上设置与第一导向孔11配合的第一导向杆12。升降机构可以带动检测机构的高度进行调节，第一伸缩杆顶部的平台板设置第一导向孔，与平移板上的第一导向杆配合可以对第一伸缩杆的升降运动进行导向，且对第一伸缩杆的横向进行支撑，保证设备的安全运行。

所述伸缩机构包括所述平台板10上设置的第二伸缩杆7，所述第二伸缩杆7的前端向上设置支架板4，所述支架板4上设置第二导向杆6，所述平台板10中部向上设置导向板8，所述导向板8上设置与所述第二导向杆6相配合的第二导向孔9。同时第二伸缩杆会受到向下的重力，因此设置导向板和第二导向杆，第二导向杆后端穿过导向板上的第二导向孔，前端与支架板连接，既能够对第二伸缩杆的运动进行导向，同时可以承受第二伸缩杆的重力，保证第二伸缩杆的正常运行。而导向杆会随着第二伸缩杆向后移动，不会被钢管柱造成阻碍。

实施例三

本实施例与实施例一的区别在于：

所述第二伸缩杆7前端设置万向接头5，所述万向接头5上设置减震机构3，所述减震机构3前端设置所述超声探头2。由于钢管杆表面为曲面，因此通过万向接头来设置超声探头，使得超声探头的表面可以与钢管杆的弧面相切，使得检测的精准度大大提高。减震机构对超声探头进行防护，在启动伸缩机构将超声探头推动贴合在钢管杆表面时，势必会出现一次轻微的撞击，通过减震机构可以将撞击的冲击力卸掉，从而对探头和钢管杆的表面进行保护。

所述减震机构3包括设置在万向接头5上的减震筒29，所述减震筒29内插入设置减震顶杆30，所述减震顶杆30的端部与减震筒29内的底部之间设置减震弹簧28，所述减震顶杆30的外径等于减震筒29的内径，所述减震顶杆30的另一端设置所述超声探头2。减震机构通过弹簧实现，减震筒内插入的减震顶杆底部设置与减震筒底部连接的减震弹簧，这样减震顶杆前端设置的超声探头与钢管杆接触后，其挤压力会传递至减震顶杆的后端，最终被减震弹簧吸收，实现对超声探头的保护。

实施例四

本实施例与实施例一的区别在于：

所述底座上设置与平移机构和检测机构信号连接的控制单元21，所述控制单元21通过无线传输模块与移动控制端信号连接。第一伸缩杆和第二伸缩杆优选电动伸缩杆，平移机构的平移电机和第一、第二伸缩杆与控制单元连接，工作人员通过移动控制端可以就近观察超声探头位置的同时直接操作各个机构，使得操作更加方便，准确度更高。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种钢管塔焊缝缺陷检测系统，其特征在于：包括底座、设置在底座两端用于对钢管杆两端支撑的支撑机构、设置在底座上的平移机构、设置在平移机构上对焊缝检测的检测机构；

所述检测机构包括设置在平移机构上的平移板，所述平移板两端设置升降机构，两个升降机构上端向内侧设置伸缩机构，所述伸缩机构前端设置带有超声相控阵换能器的超声探头；

所述超声探头与超声探伤仪连接。

2.如权利要求1所述的钢管塔焊缝缺陷检测系统，其特征在于：所述底座包括设置在地面的矩形底板，所述支撑机构包括所述矩形底板的两端向上设置的支撑柱，所述支撑柱的上端设置Y型的支撑架，所述支撑架的上表面设置弹性保护层。

3.如权利要求2所述的钢管塔焊缝缺陷检测系统，其特征在于：所述平移机构包括矩形底板的两侧设置的导向基座，两个所述导向基座内侧设置导向槽，所述导向槽内设置导向块，两个导向块之间设置所述平移板，所述平移板的下方设置动力机构。

4.如权利要求3所述的钢管塔焊缝缺陷检测系统，其特征在于：所述动力机构包括所述矩形底板的两端设置的支架，所述支架上设置轴承，两个所述轴承上设置平移丝杠，所述平移丝杠的一端与设置在支架上的平移电机传动连接，所述平移板的下方设置动力块，所述平移丝杠从所述动力块上设置的螺纹孔穿过，所述螺纹孔与所述平移丝杆的表面螺纹相配合。

5.如权利要求4所述的钢管塔焊缝缺陷检测系统，其特征在于：所述升降机构包括所述平移板的端部向上设置的第一伸缩杆，所述第一伸缩杆的顶端设置平台板，所述平台板上向内设置所述伸缩机构，所述平台板的后端设置第一导向孔，所述平移板上设置与第一导向孔配合的第一导向杆。

6.如权利要求5所述的钢管塔焊缝缺陷检测系统，其特征在于：所述伸缩机构包括所述平台板上设置的第二伸缩杆，所述第二伸缩杆的前端向上设置支架板，所述支架板上设置第二导向杆，所述平台板中部向上设置导向板，所述导向板上设置与所述第二导向杆相配合的第二导向孔。

7.如权利要求6所述的钢管塔焊缝缺陷检测系统，其特征在于：所述第二伸缩杆前端设置万向接头，所述万向接头上设置减震机构，所述减震机构前端设置所述超声探头。

8.如权利要求7所述的钢管塔焊缝缺陷检测系统，其特征在于：所述减震机构包括设置在万向接头上的减震筒，所述减震筒内插入设置减震顶杆，所述减震顶杆的端部与减震筒内的底部之间设置减震弹簧，所述减震顶杆的外径等于减震筒的内径，所述减震顶杆的另一端设置所述超声探头。

9.如权利要求8所述的钢管塔焊缝缺陷检测系统，其特征在于：所述底座上设置与平移机构和检测机构信号连接的控制单元，所述控制单元通过无线传输模块与移动控制端信号连接。