CN116026925A - 一种管道焊缝巡检装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种管道焊缝巡检装置及方法。它解决了现有人工检测管道焊缝不到位等技术问题。本装置包括套设于管道周向外侧的环形轨道，环形轨道上活动设有至少一个超声波检测系统，超声波检测系统连接有能带动超声波检测系统沿环形轨道圆周运动的巡检驱动机构，超声波检测系统通过无线通讯方式与上位机相连。优点在于：该装置通过超声波检测系统对管道外壁进行详细扫描，减少了因人工检测不到位的质量问题，同时配合着巡检驱动机构实现对管道焊缝的快速巡检，提高了工作效率，保障管道的安全运行，并且采用以单片机为核心的控制系统，可以自由操作完成不同任务，在检测结束后通过上位机就可以快速处理出焊缝缺陷的信息。

Description

一种管道焊缝巡检装置及方法

技术领域

本发明属于管道焊缝设备技术领域，具体涉及一种管道焊缝巡检装置及方法。

背景技术

随着各国工业的发展，高效、低成本的管道运输成为了长距离运输的不二选择，特别是石油和天然气运输，管道担任我国七成原油和将近十成天然气的输送任务。相比传统的铁路、公路运输方式，管道运输有很大的优势，主要表现在输送距离长、输送量大、持续时间长等。而且管道运输的货物一般是油气等易燃易爆易挥发的流体，所以如果管道发生泄漏事件，那么后果非常严重。管道作为现代工业基本设备，其结合主要是由焊接和法兰联接完成的，由于其安装、应用工况条件苛刻，对接环焊缝中不可避免地存在着不同程度的缺陷，因此开展管道环焊缝的焊接质量巡检是一项非常有必要的工作。

我国从上世纪80年代开始使用人工下管道环焊接工艺，焊接过程当中，如果焊缝表面处理不到位、表面粗糙度不达标将严重影响管道补口质量，从而导致管道泄漏、腐蚀等事故发生。大型管道环焊焊缝是事故多发的“重灾区”，因此焊缝质量是焊接过程中必须确保的关键。大型工业管道焊缝事故多发于使用的早期、后期，所以需对管道环焊缝进行一定频率的巡查监测，确保其安全运行。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种管道焊缝巡检装置。

本发明的另一个目的是针对上述问题，提供一种管道焊缝巡检方法。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：一种管道焊缝巡检装置，本装置包括套设于管道周向外侧的环形轨道，所述的环形轨道上活动设有至少一个超声波检测系统，且所述的超声波检测系统连接有能带动超声波检测系统沿环形轨道圆周运动的巡检驱动机构，所述的超声波检测系统通过无线通讯方式与上位机相连。超声波检测系统通过巡检驱动机构在环形轨道上运行，超声波检测系统对准管道进行表面扫描，实现对管道焊缝信息的扫描采集，无线通信方式采用的是WiFi连接，将采集到的焊缝信息传送到检测中心的上位机内，随后上位机通过软件处理采集到的信息来实现焊缝缺陷的检测。

在上述的一种管道焊缝巡检装置中，所述的环形轨道呈分体式圆环形结构，且所述的环形轨道由至少两个呈弧形的导轨体通过可拆拼合而成。环形轨道通过可拆拼合方式将两个导轨体组装起来，便于安装、拆卸和携带，安装时，分别将两个导轨体安装在管道上，两个导轨体的结合处用卡子锁死，使得环形轨道紧紧的抱住管道，且无法滑动。

在上述的一种管道焊缝巡检装置中，每一个导轨体均包括呈弧形的底板，所述的底板两侧分别设有相互对应且朝向底板周向外侧延伸设置的侧板，所述的底板两侧分别依次设有若干安装孔，所述的侧板上分别设有若干与安装孔一一对应的定位孔，且所述的安装孔通过安装螺栓与定位孔相连。将环形轨道做成组装式结构，底板两侧的侧板通过安装螺栓相连，再通过机加工从而获得环形轨道结构。

在上述的一种管道焊缝巡检装置中，所述的导轨体的数量为两个且所述的底板呈半圆形板，两个导轨体的底板相互拼合形成圆环形且两个导轨体的同一侧的侧板外侧之间通过可拆固定相连，所述的侧板自底板一端一侧延伸至另一端一侧，且所述的超声波检测系统在两个侧板之间圆周运动。

在上述的一种管道焊缝巡检装置中，所述的巡检驱动机构包括设置在环形轨道上且可沿环形轨道圆周运动的动力小车，所述的动力小车连接有拖车，且所述的超声波检测系统安装设置在拖车上。拖车在动力小车的牵引下沿环形轨道做圆周运动，超声波检测系统通过螺栓固定在拖车的底部，随着拖车运动过程中实现对焊缝的扫描检测。

在上述的一种管道焊缝巡检装置中，所述的动力小车具有小车车体且所述的拖车具有拖车车体，所述的小车车体和拖车车体之间通过呈弧形的连杆相连，且所述的连杆一端与小车车体活动相连，另一端与拖车车体活动相连，所述的小车车体两侧以及拖车车体两侧分别设有若干槽轮，且所述的底板两侧分别设有第一凸起轨道，每一个导轨体的两个侧板中任意一个侧板远离底板的一侧均具有朝向另一个侧板延伸设置的限位部，且所述的限位部内侧设有与第一凸起轨道相对应的第二凸起轨道，且所述的槽轮滚动设置在第一凸起轨道和第二凸起轨道之间。动力小车由小车车体、动力机构和控制系统组成，小车车体是动力机构和控制系统的载体，其核心结构是四个槽轮，小车车体通过四个槽轮固定在环形轨道内；拖车由拖车车体和超声波检测系统组成，拖车车体是超声波检测系统的载体，其核心结构也是四个槽轮，将拖车车体固定在环形轨道内，并通过连杆将动力小车与拖车相连。

在上述的一种管道焊缝巡检装置中，所述的动力小车包括设置在小车车体上的动力机构，所述的动力机构连接有控制系统，且所述的控制系统具有STC89RC52单片机，且所述的控制系统无线连接有上位机。控制系统的核心是STC89RC52单片机，其包括手动和自动两种控制模式，手动模式用于程序调试和系统故障时的紧急控制，自动模式主要用于巡检自主运行，可以通过无线通讯方式实现远程启停、正反转运行以及速度控制。

在上述的一种管道焊缝巡检装置中，所述的动力机构包括设置在小车车体上的供电电池，所述的供电电池连接有与控制系统相连的直流步进电机，所述的直流步进电机的输出轴与安装在小车车体上的齿轮相连，所述的齿轮延伸至小车车体下端且与环形轨道周向外侧的驱动齿条相啮合，所述的驱动齿条呈由两根半圆形的齿条体拼合而成的分体式圆环结构，所述的底板周向外侧具有齿条定位槽，且所述的齿条体过盈配合设置在齿条定位槽，所述的底板上设有若干齿条定位孔，且所述的齿条定位孔内设有与齿条体相连的齿条定位螺栓。供电电池采用了24V锂电池，24V锂电池是整个装置的供电系统，为直流步进电机和超声波检测系统提供电源支持，同时可以避免有线电缆在管道上缠绕带来的风险和不便。驱动齿条采用铝型材板料毛坯，通过激光切割下料，在外圈铣出外齿，然后精加工磨外齿，随后加工内圈的螺纹孔最后进行表面氧化。

在上述的一种管道焊缝巡检装置中，所述的侧板上设有若干镂空的条形孔洞，所述的底板上设有若干圆形空洞，所述的圆形空洞自底板一端且另一端均匀分布设置，所述的环形轨道和管道同轴设置且所述的环形轨道周向内侧设有若干与管道相抵靠设置的橡胶垫片，所述的橡胶垫片远离管道的一侧设有插接于圆形空洞内的定位柱。侧板上的条形空洞既保证了整体强度也减轻了重量，同时在安装时便于工人进行抓举，底板上的圆形空，有利于橡胶垫片的安装同时也减轻了重量，橡胶垫片通过定位柱与底板上的圆形空洞相连，由于环形轨道被锁死时与管道之间产生很大的挤压力，能够保证橡胶垫片和管道外壁之间产生足够大的摩擦力，保障了整个装置固定在管道上不动，同时备有厚度不同的橡胶垫片，通过更换即可实现在不更换环形轨道的前提下在一定范围内实现不同直径管道的检测。

采用上述一种管道焊缝巡检装置的一种管道焊缝巡检方法如下所述：本方法包括以下步骤：

S1、将环形轨道安装在管道周向外侧，通过巡检驱动机构带动超声波检测系统沿管道周向外侧做圆周运动，超声波检测系统设置于拖车下方，动力小车拖动拖车移动，这样超声波检测系统就对管道外壁进行扫描，同时动力小车的控制系统可以操控动力小车实现远程启停、正反转运行和速度控制。

S2、超声波检测系统对管道焊缝信息进行扫描采集，并将采集的焊缝信息通过无线传送至检测中心的上位机，不需要再通过人写完成提高了准确率，随后上位机通过软件处理采集的信息来实现焊缝缺陷的检测。

与现有的技术相比，本发明的优点在于：

1.该装置通过超声波检测系统对管道外壁进行详细扫描，减少了因人工检测不到位的质量问题，同时配合着巡检驱动机构实现对管道焊缝的快速巡检，提高了工作效率，保障管道的安全运行。

2.该装置采用以单片机为核心的控制系统，可以自由操作完成不同任务，在检测结束后通过上位机就可以快速处理出焊缝缺陷的信息，既节省时间，又提高效率。

3.该装置将橡胶垫片设置在管道和环形轨道之间，在不改变装置机械结构的前提下，便可实现不同管径管道的巡检，提高了设备的利用率，同时采用分体拼装式结构，便于携带、安装。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的结构爆炸图。

图3是本发明中导轨体的结构示意图。

图4是本发明的图3中A处的局部放大图。

图5是本发明中巡检驱动机构的结构示意图。

图6是本发明在运行过程中的结构示意图。

图中：管道1、环形轨道2、驱动齿条21、齿条体22、橡胶垫片23、定位柱24、超声波检测系统3、巡检驱动机构4、动力小车41、拖车42、小车车体43、齿轮431、拖车车体44、连杆45、槽轮46、导轨体5、底板51、第一凸起轨道511、齿条定位槽512、齿条安装孔513、齿条定位螺栓514、圆形空洞515、侧板52、条形孔洞521、安装孔53、定位孔54、安装螺栓55、限位部56、第二凸起轨道561、动力机构6、供电电池61、直流步进电机62、输出轴621。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

如图1-6所示，一种管道焊缝巡检装置，本装置包括套设于管道1周向外侧的环形轨道2，环形轨道2上活动设有至少一个超声波检测系统3，且超声波检测系统3连接有能带动超声波检测系统3沿环形轨道2圆周运动的巡检驱动机构4，超声波检测系统3通过无线通讯方式与上位机相连。超声波检测系统3通过巡检驱动机构4在环形轨道2上运行，超声波检测系统3对准管道1进行表面扫描，实现对管道1焊缝信息的扫描采集，无线通信方式采用的是WiFi连接，将采集到的焊缝信息传送到检测中心的上位机内，随后上位机通过软件处理采集到的信息来实现焊缝缺陷的检测。

结合图2和图3所示，环形轨道2呈分体式圆环形结构，且环形轨道2由至少两个呈弧形的导轨体5通过可拆拼合而成。环形轨道2通过可拆拼合方式将两个导轨体5组装起来，便于安装、拆卸和携带，安装时，分别将两个导轨体5安装在管道1上，两个导轨体5的结合处用卡子锁死，使得环形轨道2紧紧的抱住管道1，且无法滑动。

其中，每一个导轨体5均包括呈弧形的底板51，底板51两侧分别设有相互对应且朝向底板51周向外侧延伸设置的侧板52，底板51两侧分别依次设有若干安装孔53，侧板52上分别设有若干与安装孔53一一对应的定位孔54，且安装孔53通过安装螺栓55与定位孔54相连。将环形轨道2做成组装式结构，底板51两侧的侧板52通过安装螺栓55相连，再通过机加工从而获得环形轨道2结构。

具体来说，导轨体5的数量为两个且所述的底板51呈半圆形板，两个导轨体5的底板51相互拼合形成圆环形且两个导轨体5的同一侧的侧板52外侧之间通过可拆固定相连，侧板52自底板51一端一侧延伸至另一端一侧，且超声波检测系统3在两个侧板52之间圆周运动。

结合图5和图6所示，巡检驱动机构4包括设置在环形轨道2上且可沿环形轨道2圆周运动的动力小车41，动力小车41连接有拖车42，且超声波检测系统3安装设置在拖车42上。拖车42在动力小车41的牵引下沿环形轨道2做圆周运动，超声波检测系统3通过螺栓固定在拖车42的底部，随着拖车42运动过程中实现对焊缝的扫描检测。

结合图4和图5所示，动力小车41具有小车车体43且拖车42具有拖车车体44，小车车体43和拖车车体44之间通过呈弧形的连杆45相连，且连杆45一端与小车车体43活动相连，另一端与拖车车体44活动相连，小车车体43两侧以及拖车车体44两侧分别设有若干槽轮46，且底板51两侧分别设有第一凸起轨道511，每一个导轨体5的两个侧板52中任意一个侧板52远离底板51的一侧均具有朝向另一个侧板52延伸设置的限位部56，且限位部56内侧设有与第一凸起轨道511相对应的第二凸起轨道561，且槽轮46滚动设置在第一凸起轨道511和第二凸起轨道561之间。动力小车41由小车车体43、动力机构6和控制系统组成，小车车体43是动力机构6和控制系统的载体，其核心结构是四个槽轮46，小车车体43通过四个槽轮46固定在环形轨道2内；拖车42由拖车车体44和超声波检测系统3组成，拖车车体44是超声波检测系统3的载体，其核心结构也是四个槽轮46，将拖车车体44固定在环形轨道2内，并通过连杆45将动力小车41与拖车42相连。

如图1所示，动力小车41包括设置在小车车体43上的动力机构6，动力机构6连接有控制系统，且控制系统具有STC89RC52单片机，且控制系统无线连接有上位机。控制系统的核心是STC89RC52单片机，其包括手动和自动两种控制模式，手动模式用于程序调试和系统故障时的紧急控制，自动模式主要用于巡检自主运行，可以通过无线通讯方式实现远程启停、正反转运行以及速度控制。

如图5所示，动力机构6包括设置在小车车体43上的供电电池61，供电电池61连接有与控制系统相连的直流步进电机62，直流步进电机62的输出轴621与安装在小车车体43上的齿轮431相连，齿轮431延伸至小车车体43下端且与环形轨道2周向外侧的驱动齿条21相啮合，驱动齿条21呈由两根半圆形的齿条体22拼合而成的分体式圆环结构，底板51周向外侧具有齿条定位槽512，且齿条体22过盈配合设置在齿条定位槽512，底板51上设有若干齿条定位孔513，且齿条定位孔513内设有与齿条体22相连的齿条定位螺栓514。供电电池61采用了24V锂电池，24V锂电池是整个装置的供电系统，为直流步进电机62和超声波检测系统3提供电源支持，同时可以避免有线电缆在管道上缠绕带来的风险和不便。驱动齿条21采用铝型材板料毛坯，通过激光切割下料，在外圈铣出外齿，然后精加工磨外齿，随后加工内圈的螺纹孔最后进行表面氧化。

如图2所示，侧板52上设有若干镂空的条形孔洞521，底板51上设有若干圆形空洞515，圆形空洞515自底板51一端且另一端均匀分布设置，环形轨道2和管道1同轴设置且环形轨道2周向内侧设有若干与管道1相抵靠设置的橡胶垫片23，橡胶垫片23远离管道1的一侧设有插接于圆形空洞515内的定位柱24。侧板52上的条形空洞521既保证了整体强度也减轻了重量，同时在安装时便于工人进行抓举，底板51上的圆形空洞515，有利于橡胶垫片23的安装同时也减轻了重量，橡胶垫片23通过定位柱24与底板51上的圆形空洞515相连，由于环形轨道2被锁死时与管道1之间产生很大的挤压力，能够保证橡胶垫片23和管道1外壁之间产生足够大的摩擦力，保障了整个装置固定在管道1上不动，同时备有厚度不同的橡胶垫片23，通过更换即可实现在不更换环形轨道2的前提下在一定范围内实现不同直径管道1的检测。

本实施例的原理在于：

两个导轨体5拼合在管道1外侧形成环形轨道2，环形轨道2通过橡胶垫片23与被检测管道1外壁紧密贴合并保持固定，动力小车41通过连杆45与拖车42相连，启动直流步进电机62，动力小车41拖动拖车42沿环形轨道2移动，拖车42上的超声波检测系统3跟随着拖车42做圆周运动从而实现对焊缝信息的扫描采集，并将采集的焊缝信息通过无线通讯方式传送至检测中心的上位机，随后上位机通过软件处理采集的信息来实现焊缝缺陷的检测。

本实施例中的管道焊缝巡检方法包括以下：

S1、将环形轨道2安装在管道1周向外侧，通过巡检驱动机构4带动超声波检测系统3沿管道1周向外侧做圆周运动，超声波检测系统3设置于拖车42下方，动力小车41拖动着拖车42移动，这样超声波检测系统3就对管道1外壁进行扫描，同时动力小车41的控制系统可以操控着动力小车41实现远程启停、正反转运行和速度控制。

S2、超声波检测系统3对管道1焊缝信息进行扫描采集，并将采集的焊缝信息通过无线传送至检测中心的上位机，不需要再通过人写完成提高了准确率，随后上位机通过软件处理采集的信息来实现焊缝缺陷的检测。

本文中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了管道1、环形轨道2、驱动齿条21、齿条体22、橡胶垫片23、定位柱24、超声波检测系统3、巡检驱动机构4、动力小车41、拖车42、小车车体43、齿轮431、拖车车体44、连杆45、槽轮46、导轨体5、底板51、第一凸起轨道511、齿条定位槽512、齿条安装孔513、齿条定位螺栓514、圆形空洞515、侧板52、条形孔洞521、安装孔53、定位孔54、安装螺栓55、限位部56、第二凸起轨道561、动力机构6、供电电池61、直流步进电机62、输出轴621等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种管道焊缝巡检装置，其特征在于，本装置包括套设于管道(1)周向外侧的环形轨道(2)，所述的环形轨道(2)上活动设有至少一个超声波检测系统(3)，且所述的超声波检测系统(3)连接有能带动超声波检测系统(3)沿环形轨道(2)圆周运动的巡检驱动机构(4)，所述的超声波检测系统(3)通过无线通讯方式与上位机相连。

2.根据权利要求1所述的一种管道焊缝巡检装置，其特征在于，所述的环形轨道(2)呈分体式圆环形结构，且所述的环形轨道(2)由至少两个呈弧形的导轨体(5)通过可拆拼合而成。

3.根据权利要求2所述的一种管道焊缝巡检装置，其特征在于，每一个导轨体(5)均包括呈弧形的底板(51)，所述的底板(51)两侧分别设有相互对应且朝向底板(51)周向外侧延伸设置的侧板(52)，所述的底板(51)两侧分别依次设有若干安装孔(53)，所述的侧板(52)上分别设有若干与安装孔(53)一一对应的定位孔(54)，且所述的安装孔(53)通过安装螺栓(55)与定位孔(54)相连。

4.根据权利要求3所述的一种管道焊缝巡检装置，其特征在于，所述的导轨体(5)的数量为两个且所述的底板(51)呈半圆形板，两个导轨体(5)的底板(51)相互拼合形成圆环形且两个导轨体(5)的同一侧的侧板(52)外侧之间通过可拆固定相连，所述的侧板(52)自底板(51)一端一侧延伸至另一端一侧，且所述的超声波检测系统(3)在两个侧板(52)之间圆周运动。

5.根据权利要求3或4所述的一种管道焊缝巡检装置，其特征在于，所述的巡检驱动机构(4)包括设置在环形轨道(2)上且可沿环形轨道(2)圆周运动的动力小车(41)，所述的动力小车(41)连接有拖车(42)，且所述的超声波检测系统(3)安装设置在拖车(42)上。

6.根据权利要求5所述的一种管道焊缝巡检装置，其特征在于，所述的动力小车(41)具有小车车体(43)且所述的拖车(42)具有拖车车体(44)，所述的小车车体(43)和拖车车体(44)之间通过呈弧形的连杆(45)相连，且所述的连杆(45)一端与小车车体(43)活动相连，另一端与拖车车体(44)活动相连，所述的小车车体(43)两侧以及拖车车体(44)两侧分别设有若干槽轮(46)，且所述的底板(51)两侧分别设有第一凸起轨道(511)，每一个导轨体(5)的两个侧板(52)中任意一个侧板(52)远离底板(51)的一侧均具有朝向另一个侧板(52)延伸设置的限位部(56)，且所述的限位部(56)内侧设有与第一凸起轨道(511)相对应的第二凸起轨道(561)，且所述的槽轮(46)滚动设置在第一凸起轨道(511)和第二凸起轨道(561)之间。

7.根据权利要求6所述的一种管道焊缝巡检装置，其特征在于，所述的动力小车(41)包括设置在小车车体(43)上的动力机构(6)，所述的动力机构(6)连接有控制系统，且所述的控制系统具有STC89RC52单片机，且所述的控制系统无线连接有上位机。

8.根据权利要求7所述的一种管道焊缝巡检装置，其特征在于，所述的动力机构(6)包括设置在小车车体(43)上的供电电池(61)，所述的供电电池(61)连接有与控制系统相连的直流步进电机(62)，所述的直流步进电机(62)的输出轴(621)与安装在小车车体(43)上的齿轮(431)相连，所述的齿轮(431)延伸至小车车体(43)下端且与环形轨道(2)周向外侧的驱动齿条(21)相啮合，所述的驱动齿条(21)呈由两根半圆形的齿条体(22)拼合而成的分体式圆环结构，所述的底板(51)周向外侧具有齿条定位槽(512)，且所述的齿条体(22)过盈配合设置在齿条定位槽(512)，所述的底板(51)上设有若干齿条定位孔(513)，且所述的齿条定位孔(513)内设有与齿条体(22)相连的齿条定位螺栓(514)。

9.根据权利要求4所述的一种管道焊缝巡检装置，其特征在于，所述的侧板(52)上设有若干镂空的条形孔洞(521)，所述的底板(51)上设有若干圆形空洞(515)，所述的圆形空洞(515)自底板(51)一端且另一端均匀分布设置，所述的环形轨道(2)和管道(1)同轴设置且所述的环形轨道(2)周向内侧设有若干与管道(1)相抵靠设置的橡胶垫片(23)，所述的橡胶垫片(23)远离管道(1)的一侧设有插接于圆形空洞(515)内的定位柱(24)。

10.根据权利要求1-9中任意一项所述的一种管道焊缝巡检装置的一种管道焊缝巡检方法，其特征在于，本方法包括以下步骤：

S1、将环形轨道(2)安装在管道(1)周向外侧，通过巡检驱动机构(4)带动超声波检测系统(3)沿管道(1)周向外侧做圆周运动；

S2、超声波检测系统(3)对管道(1)焊缝信息进行扫描采集，并将采集的焊缝信息通过无线传送至检测中心的上位机，上位机通过软件处理采集的信息来实现焊缝缺陷的检测。

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