CN203658315U - 一种便携式焊缝衍射时差法超声检测扫查器 - Google Patents

Abstract

本实用新型介绍了一种便携式焊缝衍射时差法超声检测扫查器，括整体滑动主支撑杆、滤波器和接线盒、手柄、数字编码器和磁轮组、两套对应的TOFD探头系统；其特征是：滑动主支撑杆为一根中间具有滑动槽的的长杆，通过减小了扫查器横向磁轮间距及将分体改为一体，适合较小管径焊缝检测；周向行走不偏离；探头支架加大了上下位移距离；将楔块底部长度方向缩短，解决了探头在弯头内弧和外弧有良好的接触面。本实用新型的便携式焊缝衍射时差法超声检测扫查器，可以检测弯管焊缝，以及直径在215mm以上的直管焊缝，扫查时平稳不摆动。

Description

一种便携式焊缝衍射时差法超声检测扫查器

技术领域

本实用新型涉及一种无损检测设备，特别是一种便携式焊缝衍射时差法超声检测扫查器。

背景技术

目前在炼化装置安装施工中，大厚壁、大管径压力管道对接环焊缝无损检测工程量越来越大； 采用A型脉冲超声波检测，缺陷显示不直观，不能显示缺陷形状，检测结果及缺陷测量受人为因素影响大，缺陷检测评定重复性差；采用X射线检测越来越困难甚至不能检测（穿透力不足）；采用γ射线检测安全防护困能（有些场所不让使用）、检测时间长、检测时间受限、半衰期短，因而不但成本高、灵敏度低、检测效率低，严重制约着工程工期、质量、安全等因素。期待有一种能够克服上述检测缺点的新型检测方法。

TOFD检测技术，即Time of Flight Diffraction  Technique，意思为衍射时差法超声检测技术。TOFD检测技术具有设备轻便、灵活；对大壁厚管道焊缝检测尤为适合；检测结果直观、重复性好，可实时显示；在扫查同时可对焊缝缺陷进行分析、评判，也可打印、存盘，实现检测结果的永久性保存；检测灵敏度高（不受缺陷波幅高度的影响）、缺陷定位准确（沿焊缝长度方向、厚度方向）、还可测量出缺陷的自身高度；检测速度快、效率高、工期短；作业强度小，无辐射无污染；同时可实现全天候检测。此检测技术可有效解决其它检测方法存在的不足。

TOFD检测技术是一种基于衍射信号实施检测的新检测技术，中文名称为衍射时差法超声波检测技术。TOFD检测是一种主要利用缺陷端点的衍射信号探测和测定缺陷尺寸的超声波检测方法，通常使用纵波斜探头，采用一收一发模式。在焊缝两侧采用一对频率相同的纵波斜探头对称放置，入射角的范围通常是45°～70°，一个作为发射探头，另一个作为接收探头。在工件无缺陷部位，发射超声脉冲后，首先到达接收探头的是直通波，然后底面反射回波。有缺陷存在时，在直通波和底面反射波之间，接收探头还会接收到缺陷处产生的衍射波和反射波。除上述波外，还会有缺陷部位和底面因波形转换产生的横波，一般会迟到于底面反射波到达接收探头。在缺陷的上下端点，产生的衍射波，其衍射能量来源于缺陷端部。这两束衍射波号在直通波与底面反射波之间出现。缺陷两端点的信号在时间上将是可分辨的，根据衍射波信号传播的时间差可判定缺陷高度的量值。

扫查面盲区就是指在TOFD检测过程中由于受直通波占宽的影响，形成无法识别缺陷的深度范围（一般为0～6mm）。该区域需要采取其它附属方法进行补充检测，为了提高缺陷检出率和检测效率，可以采用爬波探头与TOFD探头一同扫查的方法进行检测，形成可分析评定的TOFD图谱和爬波图谱。

A扫描是将超声波信号的幅度与传播时间的关系以直角坐标的形式显示出来的信号显示形式，横坐标代表声波的传播时间，纵坐标代表信号幅度。它是最基本的一种信号显示方式。

把一系列A扫描数据组合，通过信号处理转换可以得到TOFD图像。A扫信号的波幅在图像中是以灰度明暗显示的，通过灰度等级表现出幅度的大小。TOFD一维坐标代表探头位移，另一维代表信号传送时间；TOFD图像更有利缺陷的识别和分析；显示出缺陷的长度、埋藏深度和自身高度。通过对图像的分析和判断，得出被检测工件的焊缝的质量情况。

爬波是一种在材料的表面下传播的压缩波，由于爬波受工件表面粗糙的影响不大，同时具有对表面和近表面缺陷非常敏感的优点,使爬波检测成为常规TOFD检测的有力补充，检测深度为2～12mm。爬波是纵波从第一介质以第一临界角附近的角度入射到第二介质中时，在第二介质中产生一种非均匀波，由于这种波传播时的大部分能量主要集中在表面下某范围内，因而对近表面的缺陷有较高的检测灵敏。而且对工件表面状况不敏感，适合表面粗糙的工件。爬波沿焊缝长度方向行走时，采集焊缝中横截面缺陷，形成为以直角坐标的形式显示出来的信号显示形式，即C扫描，显示沿焊缝纵向的缺陷长度和焊缝宽度方向的缺陷所在平面位置。爬波探头适合对被检焊缝的表面和近表面缺陷进行检测，弥补了由TOFD探头扫查过程中造成盲区的不足。

目前，我国的《固定式压力容器安全技术监察规程TSG R0004-2009》标准中已明确可以使用TOFD检测技术，同时《承压设备无损检测第10部分：衍射时差法超声检测NB/T47013.10-2010》的已发布实施，但《压力管道安全技术监察规程—工业管道 》（TSG D0001-2009）和《 工业金属管道工程施工规范》（GB50235-2010）中没有提到可以使用TOFD检测；TOFD检测技术目前在国内炼化厚壁管道的应用方面还是空白，其它行业也无成熟的经验。

TOFD检测系统主要由硬件系统和软件系统两大部分组成。硬件系统：包括TOFD检测电子仪器（主机）、TOFD检测扫查器、TOFD检测超声波探头和楔块、TOFD检测校准试块；TOFD检测扫查装置包括:支撑架、探头支架、探头位置编码器、磁轮、探头和楔块、驱动电机（自动）等。

扫查器是TOFD检测技术的关键装置，缺陷检出与扫查器的结构和形状有密切关系，现有的扫查装置只适合容器对接焊缝检测，该扫查器有以下几个方面不适合曲率较大的管道对接焊缝检测。其一，扫查器横向磁轮间距较大，不适合大范围曲率的调整；其二，探头支架上下位移较小，不适合弯头、大小头对接焊缝扫查；其三，探头楔块较大不适合弯头焊口检测；其四，不能安装爬坡探头，对扫查面盲区不能实施一次扫查。

因此为了提高检测技术能力，有效解决施工中的检测瓶颈，必须对TOFD检测技术在高压厚壁管道应用进行研究，尽快掌握高压厚壁管道TOFD检测技术，推动该技术在行业内推广应用。特别是需要研制适用于管道环焊缝TOFD检测的扫查装置，满足手动和自动检测的需要。

目前，现有技术的焊缝检测设备，例如，武汉中科创新技术股份有限公司的HS810便携式TOFD双通道超声波检测仪，设置有整体滑动主支撑杆、滤波器和接线盒、手柄、数字编码器和磁轮组、TOFD探头支撑架、爬波探头支撑架、探头夹持框、TOFD探头及楔块、探头支撑架拉伸弹簧、探头支撑架拉伸滑道等，可以进行直径在215mm以上的直管焊缝的检测。但是对于直径在215mm以下的直管焊缝的检测，上述设备就很不方便；对于弯管焊缝的检测，该HS810便携式TOFD双通道超声波检测仪就无能为力。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种便携式焊缝衍射时差法超声检测扫查器，可以同时检测直径在215mm以下的直管焊缝，扫查时平稳不摆动。

为了实现解决上述技术问题的目的，本实用新型采用了如下技术方案：

本实用新型的一种便携式焊缝衍射时差法超声检测扫查器，包括整体滑动主支撑杆、滤波器和接线盒、手柄、数字编码器和磁轮组、两套对应的TOFD探头系统；

其中，整体滑动主支撑杆为一根中间具有滑动槽的的长杆；

磁轮组固定在滑动主支撑杆的一段或者两端；数字编码器固定在磁轮组上或者TOFD探头上；手柄固定在滑动主支撑杆的一段或者两端；

磁轮组包括顶部固定部和行走磁轮部，两部分固定连接；顶部固定部用以将磁轮组固定在滑动主支撑杆上；行走磁轮部包括一个行走磁轮，可以沿着与滑动主支撑杆垂直的方向行走，行走磁轮部设置在顶部固定部下；

磁轮组包括固定部和行走磁轮部，两部分固定连接；固定部用以将磁轮组固定在滑动主支撑杆上；行走磁轮部包括一个前后两个同一轨迹行走的行走磁轮，可以沿着与滑动主支撑杆垂直的方向行走，行走磁轮部固定在顶部固定部下；行走磁轮的中轴两端固定在固定部上；

滤波器和接线盒固定在滑动主支撑杆上；用以传输和处理超声波信号；

每套TOFD探头系统包括TOFD探头支撑架、探头夹持框、TOFD探头、楔块、探头支撑架拉伸弹簧；TOFD探头支撑架用以将TOFD探头系统固定在滑动主支撑杆上；探头夹持框固定在TOFD探头支撑架上，用以将探头进行定位，并可以使TOFD探头在上下方向能够移动，从而使得TOFD探头可以下探到低于行走磁轮的位置；探头支撑架拉伸弹簧设置在探头支撑架的一侧或者两侧，连接探头夹持框，可以使得TOFD探头上下调整位置；TOFD探头设置在探头夹持框中间的楔块内；楔块固定在探头夹持框上；两套TOFD探头系统分布在同一焊缝的两侧的对称位置。

进一步具体的，探头夹持框固定在TOFD探头支撑架上的具体方法是：在TOFD探头支撑架两侧各设置一个沟槽，探头夹持框设置一个与沟槽配合的滑动杆，滑动杆底部和探头夹持框上部设置弹簧固定装置，探头支撑架拉伸弹簧设置在滑动杆底部和探头夹持框上部设置的弹簧固定装置上。这样，探头夹持框就可以在一定范围内上下移动。

所述的楔块，可以是现有技术的楔块，例如武汉中科创新技术股份有限公司的HS810便携式TOFD双通道超声波检测仪的楔块。

更优选的，所述的楔块，由以下部分组成：

     A、楔块底部：为一个长方形金属体，楔块底部的长度和宽度比为1：（0.7~1.3），高度为宽度的30%~70%；

B、楔块上部：为横截面为直角梯形的金属体，直角梯形的顶边长度为底边长度的30%~50%；直角梯形的底边长度即为楔块底部的长度；楔块上部的下表面和楔块底部的上表面互相重合，楔块上部的上表面为直角梯形的顶边组成的长方形，楔块上部的前后表面为相同的直角梯形面，楔块上部的左表面为直角梯形的斜边组成的长方形倾斜面，楔块上部的右表面为直角梯形的直边组成的长方形直面；楔块上部和楔块底部为一体结构；

C、位于楔块上部的右表面的右上角和右下角角部的两个内螺栓孔，内螺栓孔设置有内螺纹，内螺栓孔垂直贯通到楔块底部的下表面；

D、位于楔块上部的上表面的左上角和左下角的两个内螺栓孔，内螺栓孔设置有内螺纹，内螺栓孔垂直贯通到楔块底部的下表面；

E、位于楔块前后表面的各一个对应的非贯通圆柱孔，该两个圆柱孔即为与探头支架连接固定孔；内部无螺纹设置； 该楔块前后表面是指由楔块底部的前表面、楔块上部的前表面两部分组成的楔块前表面，以及由楔块底部的后表面、楔块上部的后表面两部分组成的楔块后表面；

F、位于楔块左侧表面的一个调节螺栓孔，调节螺栓孔内有螺纹杆，通过调节螺纹杆的位置，可以调节或修正探头楔块中的铜套角度；

G、位于楔块上部的上表面和楔块上部的长方形倾斜面上的一个探头圆孔；探头圆孔贯通到楔块底部的下表面；探头圆孔内镶嵌铜套，铜套内带内螺纹，底部镶嵌有形状为圆斜面有机玻璃片；

H、在楔块上部的上表面的左上角和左下角的两个内螺栓孔、楔块上部的右表面的右上角和右下角的两个内螺栓孔内安装的4个内功螺栓柱，内功螺栓柱可以调节长度。

本专利通过减小了扫查器横向磁轮间距及将分体改为一体，适合较小管径焊缝检测；同时解决了周向行走不偏离或扭曲；探头支架加大了上下位移距离，适合弯头、大小头等对接焊缝扫查；将楔块底部长度方向缩短。解决了探头在弯头内弧和外弧有良好的接触面；将原有的探头楔块上的宽度方向两侧各加工两个内螺栓孔，解决了探头平面在管道弧面上扫查时不摆动处于平稳状态；研发的自动扫查装置适合在规格为φ215mm及以上的管道上作周向行走，有可控速度装置和前进、后退、左右偏转功能，扫查一次完成，不留死角，无漏检现象。

通过采用上述技术方案，本实用新型具有以下的有益效果：

本实用新型的便携式焊缝衍射时差法超声检测扫查器，可以检测弯管焊缝，以及直径在215mm以上的直管焊缝，扫查时平稳不摆动。

附图说明

图1是现有技术的HS810便携式TOFD双通道超声波检测仪结构示意图。

图2、图3和图11是本专利的便携式焊缝衍射时差法超声检测扫查器整体示意图。

图4、图5和图6是图3的局部放大图。

图7是本专利的楔块整体示意图。该图中，位于楔块上部的右表面两个圆孔分别位于角部的一个凹陷平台内。

图8是图7的左视示意图。

图9是图7的一个剖面图。

图10是本专利的楔块底部的底面示意图。

图中，1.滑动主支撑杆；2.滤波器和接线盒；3.手柄（一对）；4.数字编码器和磁轮组；5.磁轮组；6.TOFD探头支撑架（一对）；7.爬波探头支撑架（一对）；8.探头夹持框（二对）；9.TOFD探头及楔块；10.探头支撑架拉伸弹簧；11.探头支撑架拉伸滑道；131. 圆柱孔；132.探头圆孔；133.楔块底部的宽度；134.楔块底部的高度；135. 楔块上部的上表面；136.楔块上部的前表面；137.楔块上部的左表面；138.楔块上部的左表面角部的内螺栓孔以及内螺栓孔内的螺栓杆；139.楔块上部的上表面角部的内螺栓孔；1310.楔块左侧表面；1311.调节螺栓孔；1312.铜套。

除了图11外，其余各个图中的数据连接线、电源线均省略未显示。固定件手柄未显示，但是可以根据需要安装在滑动主支撑杆的适当位置，用于移动本装置。

具体实施方式

下面结合附图对本专利进一步解释说明。但本专利的保护范围不限于具体的实施方式。

实施例1

如图2-图10所示，本专利的便携式焊缝衍射时差法超声检测扫查器，整体滑动主支撑杆1、滤波器和接线盒、手柄3、数字编码器和磁轮组5、两套对应的TOFD探头系统；

其中，整体滑动主支撑杆1为一根中间具有滑动槽的的长杆；

磁轮组5固定在滑动主支撑杆1的一段或者两端；数字编码器固定在磁轮组5上或者TOFD探头上；手柄3固定在滑动主支撑杆1的一段或者两端；

磁轮组5包括顶部固定部和行走磁轮部，两部分固定连接；顶部固定部用以将磁轮组5固定在滑动主支撑杆1上；行走磁轮部包括一个行走磁轮，可以沿着与滑动主支撑杆1垂直的方向行走，行走磁轮部设置在顶部固定部下；

磁轮组5包括固定部和行走磁轮部，两部分固定连接；固定部用以将磁轮组5固定在滑动主支撑杆1上；行走磁轮部包括一个前后两个同一轨迹行走的行走磁轮，可以沿着与滑动主支撑杆1垂直的方向行走，行走磁轮部固定在顶部固定部下；行走磁轮的中轴两端固定在固定部上；

滤波器和接线盒固定在滑动主支撑杆1上；用以传输和处理超声波信号；

每套TOFD探头系统包括TOFD探头支撑架6、探头夹持框8、TOFD探头、楔块、探头支撑架拉伸弹簧10；TOFD探头支撑架6用以将TOFD探头系统固定在滑动主支撑杆1上；探头夹持框8固定在TOFD探头支撑架6上，用以将探头进行定位，并可以使TOFD探头在上下方向能够移动，从而使得TOFD探头可以下探到低于行走磁轮的位置；探头支撑架拉伸弹簧10设置在探头支撑架的一侧或者两侧，连接探头夹持框8，可以使得TOFD探头上下调整位置；TOFD探头设置在探头夹持框8中间的楔块内；楔块固定在探头夹持框8上；两套TOFD探头系统分布在同一焊缝的两侧的对称位置。

探头夹持框8固定在TOFD探头支撑架6上的具体方法是：在TOFD探头支撑架6两侧各设置一个沟槽，探头夹持框8设置一个与沟槽配合的滑动杆，滑动杆底部和探头夹持框8上部设置弹簧固定装置，探头支撑架拉伸弹簧10设置在滑动杆底部和探头夹持框8上部设置的弹簧固定装置上。这样，探头夹持框8就可以在一定范围内上下移动。

楔块由以下部分组成：

A、楔块底部：为一个长方形金属体，楔块底部的长度和宽度比为1：1，高度为宽度的50%；

B、楔块上部：为横截面为直角梯形的金属体，直角梯形的顶边长度为底边长度的50%；直角梯形的底边长度即为楔块底部的长度；楔块上部的下表面和楔块底部的上表面互相重合，楔块上部的上表面135为直角梯形的顶边组成的长方形，楔块上部的前后表面为相同的直角梯形面，楔块上部的左表面137为直角梯形的斜边组成的长方形倾斜面，楔块上部的右表面为直角梯形的直边组成的长方形直面；楔块上部和楔块底部为一体结构；

C、位于楔块上部的右表面的右上角和右下角角部的两个内螺栓孔，内螺栓孔设置有内螺纹，内螺栓孔垂直贯通到楔块底部的下表面；

D、位于楔块上部的上表面135的左上角和左下角的两个内螺栓孔，内螺栓孔设置有内螺纹，内螺栓孔垂直贯通到楔块底部的下表面；

E、位于楔块前后表面的各一个对应的非贯通圆柱孔131，该两个圆柱孔131即为与探头支架连接固定孔；内部无螺纹设置； 该楔块前后表面是指由楔块底部的前表面、楔块上部的前表面136两部分组成的楔块前表面，以及由楔块底部的后表面、楔块上部的后表面两部分组成的楔块后表面；

F、位于楔块左侧表面1310的一个调节螺栓孔1311，调节螺栓孔1311内有螺纹杆，通过调节螺纹杆的位置，可以调节或修正探头楔块中的铜套1312角度；

G、位于楔块上部的上表面和楔块上部的长方形倾斜面上的一个探头圆孔132；探头圆孔132贯通到楔块底部的下表面；探头圆孔132内镶嵌铜套1312，铜套1312内带内螺纹，底部镶嵌有形状为圆斜面有机玻璃片；

H、在楔块上部的上表面的左上角和左下角的两个内螺栓孔、楔块上部的右表面的右上角和右下角的两个内螺栓孔内安装的4个内功螺栓柱，内功螺栓柱可以调节长度。

本专利通过减小了扫查器横向磁轮间距及将分体改为一体，适合较小管径焊缝检测；同时解决了周向行走不偏离或扭曲；探头支架加大了上下位移距离，适合弯头、大小头等对接焊缝扫查；将楔块底部长度方向缩短，解决了探头在弯头内弧和外弧有良好的接触面；将原有的探头楔块上的宽度方向两侧各加工两个内螺栓孔，解决了探头平面在管道弧面上扫查时不摆动处于平稳状态。适合在规格为φ215mm及以上的管道上作周向行走，可前进、后退、左右偏转功能，扫查一次完成，不留死角，无漏检。

Claims (3)

1.一种便携式焊缝衍射时差法超声检测扫查器，括整体滑动主支撑杆、滤波器和接线盒、手柄、数字编码器和磁轮组、两套对应的TOFD探头系统；其特征是：整体滑动主支撑杆为一根中间具有滑动槽的的长杆；

磁轮组固定在滑动主支撑杆的一段或者两端；数字编码器固定在磁轮组上或者TOFD探头上；手柄固定在滑动主支撑杆的一段或者两端；

磁轮组包括顶部固定部和行走磁轮部，两部分固定连接；顶部固定部用以将磁轮组固定在滑动主支撑杆上；行走磁轮部包括一个行走磁轮，可以沿着与滑动主支撑杆垂直的方向行走，行走磁轮部设置在顶部固定部下；

磁轮组包括固定部和行走磁轮部，两部分固定连接；固定部用以将磁轮组固定在滑动主支撑杆上；行走磁轮部包括一个前后两个同一轨迹行走的行走磁轮，可以沿着与滑动主支撑杆垂直的方向行走，行走磁轮部固定在顶部固定部下；行走磁轮的中轴两端固定在固定部上；

滤波器和接线盒固定在滑动主支撑杆上；用以传输和处理超声波信号；

每套TOFD探头系统包括TOFD探头支撑架、探头夹持框、TOFD探头、楔块、探头支撑架拉伸弹簧；TOFD探头支撑架用以将TOFD探头系统固定在滑动主支撑杆上；探头夹持框固定在TOFD探头支撑架上，用以将探头进行定位，并可以使TOFD探头在上下方向能够移动，从而使得TOFD探头可以下探到低于行走磁轮的位置；探头支撑架拉伸弹簧设置在探头支撑架的一侧或者两侧，连接探头夹持框，可以使得TOFD探头上下调整位置；TOFD探头设置在探头夹持框中间的楔块内；楔块固定在探头夹持框上；两套TOFD探头系统分布在同一焊缝的两侧的对称位置。

2.根据权利要求1所述便携式焊缝衍射时差法超声检测扫查器，其特征是：所述的探头夹持框固定在TOFD探头支撑架上的具体方法是：在TOFD探头支撑架两侧各设置一个沟槽，探头夹持框设置一个与沟槽配合的滑动杆，滑动杆底部和探头夹持框上部设置弹簧固定装置，探头支撑架拉伸弹簧设置在滑动杆底部和探头夹持框上部设置的弹簧固定装置上。

3.根据权利要求1所述便携式焊缝衍射时差法超声检测扫查器，其特征是：所述的楔块，由以下部分组成：

     A、楔块底部：为一个长方形金属体，楔块底部的长度和宽度比为1：（0.7~1.3），高度为宽度的30%~70%；

B、楔块上部：为横截面为直角梯形的金属体，直角梯形的顶边长度为底边长度的30%~50%；直角梯形的底边长度即为楔块底部的长度；楔块上部的下表面和楔块底部的上表面互相重合，楔块上部的上表面为直角梯形的顶边组成的长方形，楔块上部的前后表面为相同的直角梯形面，楔块上部的左表面为直角梯形的斜边组成的长方形倾斜面，楔块上部的右表面为直角梯形的直边组成的长方形直面；楔块上部和楔块底部为一体结构；

C、位于楔块上部的右表面的右上角和右下角角部的两个内螺栓孔，内螺栓孔设置有内螺纹，内螺栓孔垂直贯通到楔块底部的下表面；

D、位于楔块上部的上表面的左上角和左下角的两个内螺栓孔，内螺栓孔设置有内螺纹，内螺栓孔垂直贯通到楔块底部的下表面；

E、位于楔块前后表面的各一个对应的非贯通圆柱孔，该两个圆柱孔即为与探头支架连接固定孔；内部无螺纹设置； 该楔块前后表面是指由楔块底部的前表面、楔块上部的前表面两部分组成的楔块前表面，以及由楔块底部的后表面、楔块上部的后表面两部分组成的楔块后表面；

F、位于楔块左侧表面的一个调节螺栓孔，调节螺栓孔内有螺纹杆，通过调节螺纹杆的位置，可以调节或修正探头楔块中的铜套角度；

G、位于楔块上部的上表面和楔块上部的长方形倾斜面上的一个探头圆孔；探头圆孔贯通到楔块底部的下表面；探头圆孔内镶嵌铜套，铜套内带内螺纹，底部镶嵌有形状为圆斜面有机玻璃片；

H、在楔块上部的上表面的左上角和左下角的两个内螺栓孔、楔块上部的右表面的右上角和右下角的两个内螺栓孔内安装的4个内功螺栓柱，内功螺栓柱可以调节长度。

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