TWI426264B - 用於執行非破壞性測試之超音波檢視探頭載具系統 - Google Patents

Description

用於執行非破壞性測試之超音波檢視探頭載具系統

本發明大體上係關於一種用於一超音波探頭的載具系統，該超音波探頭用於執行管件及管件之焊接點的非破壞性測試。

用非破壞性測試技術測試壓力部件及各種直徑的管件或管子是一項艱巨的任務，尤其是在測試縫合焊接點時。例如，難以精確檢測一具有線性配置在一固定位置(如水壁管)的多個管件且該等管件之間的空間為固定有限的鍋爐系統。通常，利用超音波技術(UT)，操作員用一手持UT探頭手動地掃描該管件之所需區域，該探頭通該管件傳輸信號(聲波)並接收回饋測量作為該掃描之結果。顯然此一手動方法易產生錯誤，因為在沿長度縱向或圓周地移動該管件時，操作者嫺熟的運動技術無法完全穩定或始終如一，這將轉化成差強人意的讀數(如遺漏的裂縫或壁的老化、錯誤的正偏差，及其他此等錯誤)。

因此，所需要的是一種提供多種線性配置及固定的管材之管與管焊接點或管與集管箱焊接點的超音波測試之方法，該管材間的空間是有限的。

根據本文中所繪示之諸態樣，提供一種超音波探頭載具，其包含：一基座；一第一側臂，其具有一第一端及一第二端，該第一端附接至該基座且該第二端自一管件之一側上的該基座向外延伸；及一第二側臂，其具有一第一端及一第二端，該第一端附接至該基座且該第二端自該管件之一相對側上的該基座向外延伸，該第一側臂及該第二側臂之至少一部分被偏壓朝向彼此，以將該載具可拆卸地緊固於該管件之圓周之至少一部分的周圍。一超音波探頭係被附接至該基座，且該載具及該超音波探頭係可圍繞該管件旋轉以掃描以下至少一者：該管件之該圓周及一位於該管件之該圓周之周圍的焊接點。以上所描述的及其他特性係藉由以下圖形及詳細描述加以例示。

現參考例示性之實施例的該等圖形，其中相同元件的數字標號為相同。

提供一種超音波檢視系統(「系統」)，其用於提供管材及其等間具有受約束或有限空間的管件焊接點的非破壞性測試。該系統包含一超音波探頭載具，該超音波探頭載具具有一能使該系統進入其等間具有有限或受約束空間的管件及焊接點的低剖面。歸因於其精簡及獨特的設計，該載具亦增加非破壞性測試技術之效果。如本文中所使用，用語「管件」可包含任一圓筒體。

現轉至圖1至圖3，現將根據例示性之實施例描述用於執行非破壞性測試的該系統101。該系統101包含：一攜帶式、獨立的探頭載具100；一超音波檢視探頭110；一電腦裝置103；及一耦合劑源105。該載具100包含一基座102，該基座102沿其一縱軸有一弧形且亦有一淺深度，使得該載具100能環繞管件108及其等間具有有限或受約束空間的管件焊接點。該基座102之該縱軸平行於一待檢視之管件108或具有一待檢視之焊接點的管件108的一縱軸111而延伸，且該基座102之該弧形可被開啟於一角度，該角度足以容納不同直徑的管件108或焊接點。

該載具100進一步包含一第一側臂104，其具有一第一端及一第二遠端，該第一端附接至該基座102的一側且該第二遠端自該基座102向外延伸。該載具100亦包含一第二側臂104，其具有一第一端及一第二遠端，該第一端附接至該基座102的一相對側且該第二遠端自該基座102向外延伸。該等側臂104在該管件108的相對側上延伸。該等側臂104之至少一部分係朝向彼此而予以偏壓以接合該管件108，而使得載具100可拆卸地位於該管件108的圓周之至少一部分的周圍。在所示之實施例中，每個側臂104之該第一端係由扭力彈簧106鉸鏈式地緊固至該基座102，該等扭力彈簧106配置在該等鉸鏈處以使該等側臂104朝向彼此予以偏壓。由彈簧106提供的偏壓力將該載具100緊固至該管件108，並容許該等側臂104適於不同直徑的管件108。

在該等側臂104之每一者的第一端及第二端之每一者上安置輪子116。該等輪子116有一大體上平行於該縱軸111延伸的旋轉軸，該縱軸111能使該載具100圍繞該管件108旋轉，以圓周地掃描該管件108或管件108上的焊接點。在一實施例中，該等輪子116可為磁性以在將該載具100緊固至該管件108方面提供更大的安全性。在使用磁性輪子116的位置處，可預期的是該等磁體可提供足夠的偏壓力以將該載具100緊固至該管件108而無需彈簧106。亦可預期的是，該等側臂104相對於該基座102可為堅固的(不是鉸鏈式地緊固至該基座)，其中輪子116係作為該等側臂104的唯一部分，其係朝向彼此予以偏壓(如藉由彈簧或磁力)以將該載具100緊固至該管件108。

該超音波探頭110係附接至載具100之該基座102的一上部。該超音波探頭110以一已知的方式而操作，其藉由將超音波能傳輸入待測試的該管件108之一區域(如管件材料本身或該管件上的一焊接點)；藉由接收因波徑中斷(如該管件108中的一裂縫或瑕疵)而反射回來之能量的一部分；及藉由將所反射的能量轉化成為電信號。該探頭110包含一與該管件108之半徑輪廓相符的波導(楔形體)120。波導120可經配置以沿以下方向掃描：沿一大體上垂直於該縱軸111的方向，沿一大體上平行於縱軸111的方向，或沿垂直與平行的兩個方向。該波導為可脫離的，且可與具有不同掃描方向及等高半徑的波導互換。雖然僅顯示波導120的一部分，但可預期該波導120可延伸至探頭110之下方。

該探頭110包含一電纜112，該電纜自該探頭110之下緣沿該基座102之一縱向延伸且自形成於該基座102之下部的一孔穿出。該電纜112係可操作的用於傳輸該探頭110與一電腦裝置103(如一般用途的電腦)之間的電信號，該電腦裝置具有記憶體以記錄接收自該探頭110的該電信號且具有顯示熒幕以容許操作者觀看接收自該探頭110的該等電信號之視覺指示。使用各種應用軟體，從該檢視所獲取及所記錄的資料可被轉換為圖形並藉由電腦裝置103而被顯示。資料之圖形可經由該超音波探頭110繪示定性及定量的該等檢視之結果。例如，該等結果可包含在受檢視之該焊接點中的瑕疵，以及該等瑕疵之程度(如大小、範圍，及深度)。

該載具100亦包含一第一耦合劑管件114及一第二耦合劑管件114，該等耦合劑管件沿該探頭110之相對側上的一縱方向延伸。該等耦合劑管件114與一耦合劑源105(如壓力容器或泵浦)係形成流體連通，並將一耦合劑材料從該源105運送至在該探頭110之該位置處的受檢視的該管件108或該焊接點。該耦合劑材料可為水、膠體，或其他適合材料以利於該探頭110與該管件108之間的超音波之傳輸。

該載具100進一步包含一編碼器118，其位於其該第二端處的該等側臂104之一者上。該編碼器118係可操作的用於提供開始該檢視之一實體位置的一參考點，其亦是用於提供一用於跟蹤及記錄來自與即時檢視相關的該探頭110之回應的構件。該編碼器118外形小，使得其所附接之該側臂104的該深度為淺。例如，該編碼器118可包含一輪子(如輪子116)，其停在該管件108上且隨著該載具100相對於該管件108移動而旋轉。內含於該編碼器的一感測器偵測該輪子之移動，當輪子隨著該管件108移動時，其指示該探頭110之相對位置。該編碼器經由該電纜112提供指示此位置的電信號給該電腦裝置，因此容許該電腦裝置使探頭110的讀數與管件108上的特定位置相關聯。當編碼器118較佳地附接至一側臂104時，可預期的是編碼器可取而代之附接至該基座102。

在一例示性的實施例中，該載具100之該基座102與該等側臂104係經組態以具有一實質上等於該編碼器118及該探頭110之厚度的深度，使得該載具100允許該探頭110在不受相鄰管件108的干擾下執行低剖面掃描並自由環繞受檢視之該管件108的外部分。

如先前所述，波導120可經配置以在大體上平行於管件108之該縱軸111的方向上引導來自探頭110的超音波，因此允許探頭110掃描一焊接點107，該焊接點107將管件108連接至一在一大體上垂直於管件108的平面內延伸的表面109。例如，利用波導120，探頭110可掃描在管件108與凸緣、集管箱、平板及類似物之間的焊接點。該波導120可有利地位於該載具100之上緣處，使得在執行該檢視時，在該波導120與受測試的該焊接點107之間幾乎沒有或沒有空間。接著該載具100可圍繞該管件108而旋轉，以掃描該管件108之整個圓周周圍的該焊接點。

該載具100可被手動地圍繞該管件108之該圓周旋轉。或者，該載具100可包含一馬達(未顯示)，該馬達使該載具100圍繞受測試的該管件108之圓周或該焊接點自動旋轉。

如上所述，系統101提供管材及其間具有受約束或有限空間的管件焊接點之非破壞性測試。該載具100經組態以具有一低剖面，其使系統可接達管件及其間具有有限或受約束空間的焊接點。在該管子之整個圓周的周圍，該載具100容許測試在管子與凸緣、集管箱、平板或類似物之間的焊接點。歸因於該載具之精簡及獨特的設計，該載100具亦增加非破壞性測試技術之效果。

雖然本發明已參考各種例示性的實施例而予以描述，但熟習此項技術者將瞭解在不背離本發明之範圍的情況下，可做出各種改變且等效物可經取代作為其元件。另外，在不背離其本質範圍的情況下，可做出諸多修飾以使特殊情況或材料適於本發明之教示。因此，吾人意欲本發明不限於被揭示為預期用於執行本發明之最佳模式的特定實施例，而是本發明將包含下列附加請求項範圍內的所有實施例。

100．．．探頭載具

101．．．系統

102．．．基座

103．．．電腦裝置

104．．．側臂

105．．．耦合劑源

106．．．扭力彈簧

107．．．焊接點

108．．．管件

109．．．表面

110．．．超音波探頭

111．．．縱軸

112．．．電纜

114．．．耦合劑管件

116．．．輪子

118．．．編碼器

120．．．波導

圖1係一例示性之超音波檢視系統之平面側視圖；圖2係用於圖1之該例示性超音波檢視探頭載具系統的一探頭載具之透視圖；及圖3係用於圖1及圖2之該例示性超音波檢視探頭載具系統的該探頭載具之一平面仰視圖。

100．．．載具

101．．．系統

102．．．基座

103．．．電腦裝置

105．．．耦合劑源

106．．．扭力彈簧

107．．．焊接點

108．．．管件

109．．．表面

110．．．超音波探頭

111．．．縱軸

112．．．電纜

114．．．耦合劑管件

116．．．輪子

120．．．波導

Claims (29)

1. 一種用於在一管件上執行非破壞性測試之系統，其包括：一超音波探頭載具，其包含：一彎弧基座；一第一側臂，其具有一第一端及一第二端，該第一端附接至該彎弧基座，且該第二端自該管件之一側上的該彎弧基座向外延伸；及一第二側臂，其具有一第一端及一第二端，該第一端附接至該彎弧基座，且該第二端自該管件之一相對側上的該彎弧基座向外延伸.，該第一側臂及該第二側臂之至少一部分係朝向彼此予以偏壓，以將該超音波探頭載具可拆卸地緊固於該管件之一圓周之至少一部分的周圍；及一超音波探頭，其附接至該超音波探頭載具，其中該超音波探頭載具及該超音波探頭係可圍繞該管件旋轉，以掃描該管件之該圓周及位於該管件之該圓周的周圍的一焊接點中之至少一者。
2. 如請求項1之系統，其進一步包括：一耦合劑管件，其附接至該超音波探頭載具，該耦合劑管件係經配置以引導一耦合劑材料接近該超音波探頭。
3. 如請求項1之系統，其進一步包括：若干輪子，其等位於該第一側臂及該第二側臂之每一 者上，該等輪子具有若干旋轉軸，該等旋轉軸位於大體上平行於該管件之一縱軸，以利於該超音波探頭載具圍繞該管件的旋轉。
4. 如請求項3之系統，其中該等輪子為磁性的。
5. 如請求項3之系統，其中位於該第一側臂及該第二側臂上之該等輪子係朝向彼此予以偏壓，以可拆卸地將該超音波探頭載具緊固於該管件之該圓周的該部分的周圍，且該第一側臂及第二側臂具有一彎弧形狀。
6. 如請求項1之系統，其中該等第一及第二側臂係藉由一彈簧力而朝向彼此予以偏壓。
7. 如請求項1之系統，其進一步包括：一編碼器，其位於該超音波探頭載具上，其中該編碼器提供一指示該超音波探頭相對於該管件的一位置之信號。
8. 如請求項1之系統，其中該彎弧基座具有一深度，該深度大致上等於該超音波探頭的一厚度，使得該超音波探頭載具在不受相鄰管件的干擾之狀況下可圍繞該管件旋轉。
9. 如請求項1之系統，其進一步包括：一波導，其附接至該彎弧基座，該波導以下列中至少一方向引導來自該超音波探頭的超音波信號：一大體上垂直於該管件之一縱軸的方向，及一大體上平行於該管件之該縱軸的方向。
10. 如請求項9之系統，其中該波導係經定位接近該超音波 探頭。
11. 如請求項1之系統，其中該第一側臂及該第二側臂係樞軸地附接至該彎弧基座，且係朝向彼此予以偏壓，以將該超音波探頭載具可拆卸地緊固於該管件之該圓周之該部分的周圍。
12. 如請求項11之系統，其進一步包括至少一彈簧，以將該第一側臂及該第二側臂朝向彼此而偏壓。
13. 如請求項1之系統，其中該彎弧基座的一弧形係開啟於一角度，該角度足以容納不同直徑的管件。
14. 如請求項1之系統，其中該超音波探頭載具係適應以手動地圍繞該管件之該圓周旋轉。
15. 如請求項1之系統，其進一步包括一馬達，該馬達耦合至該超音波探頭載具，以使該超音波探頭載具圍繞該管件之該圓周旋轉。
16. 一種用於在一管件上執行非破壞性測試之系統，其包括：一超音波探頭載具，其包含：一彎弧基座，及至少一側臂，其具有一第一端及一第二端，該第一端附接至該彎弧基座，且該第二端自該管件周圍之該彎弧基座向外延伸，該側臂之至少一部分係朝向該彎弧基座予以偏壓，以將該超音波探頭載具可拆卸地緊固於該管件之一圓周之至少一部分的周圍；及一超音波探頭，其附接至該超音波探頭載具，其中該 超音波探頭載具及該超音波探頭係可圍繞該管件旋轉，以掃描該管件之一圓周及位於該管件之該圓周的周圍的一焊接點中之至少一者。
17. 如請求項16之系統，其進一步包括：一編碼器，其位於該超音波探頭載具上，其中該編碼器提供一指示該超音波探頭相對於該管件的一位置之信號。
18. 一種用於在一管件上執行非破壞性測試之系統，其包括：一超音波探頭載具，其包含：一彎弧基座，其至少部分地圍繞該管件之一圓周之至少一部分延伸；及一超音波探頭，其附接至該超音波探頭載具且位於該彎弧基座之內，其中該超音波探頭載具及該超音波探頭係可圍繞該管件旋轉，以掃描該管件之一圓周及位於該管件之該圓周的周圍的一焊接點中之至少一者。
19. 如請求項18之系統，其進一步包括：至少一附接裝置，其自該管件周圍之該彎弧基座向外延伸，以可拆卸地將該超音波探頭載具緊固於該管件之該圓周之至少一部份的周圍。
20. 如請求項1之系統，其中該等第一及第二側臂係藉由一磁力而朝向彼此予以偏壓。
21. 一種用於在一管件上執行非破壞性測試之系統，其包括： 一超音波探頭載具，其包含：一彎弧基座，一第一側臂，其具有一第一端及一第二端，該第一端附接至該彎弧基座且該第二端自該管件之一側上的該彎弧基座向外延伸；及一第二側臂，其具有一第一端及一第二端，該第一端附接至該彎弧基座且該第二端自該管件之一相對側上的該彎弧基座向外延伸，藉由一位於該第一側臂及第二側臂的該等第一端之每一者上鉸鏈點的偏壓力，該第一側臂及該第二側臂之至少一部分係朝向彼此予以偏壓，以將該超音波探頭載具可拆卸地緊固於該管件之圓周之至少一部分的周圍；及一超音波探頭係附接至該超音波探頭載具，其中該超音波探頭載具及該超音波探頭係可旋轉的圍繞該管件以掃描以下至少一者：該管件之該圓周及一位於該管件之該圓周的周圍的焊接點。
22. 如請求項21之系統，其中該偏壓力包含一扭力彈簧。
23. 如請求項21之系統，其進一步包括：若干輪子，其等位於該第一側臂及該第二側臂之每一者上，該等輪子具有若干旋轉軸，該等旋轉軸位於大體上平行於該管件之一縱軸，以利於該超音波探頭載具圍繞該管件的旋轉。
24. 如請求項23之系統，其中該等輪子為磁性的。
25. 如請求項23之系統，其中位於該第一側臂及該第二側臂 上之該等輪子係朝向彼此予以偏壓，以可拆卸地將該超音波探頭載具緊固於該管件之該圓周部分的周圍，且該第一側臂及第二側臂具有一彎弧形狀。
26. 如請求項21之系統，其進一步包括：一編碼器，其位於該超音波探頭載具上，其中該編碼器提供一指示該超音波探頭相對於該管件的一位置之信號。
27. 如請求項21之系統，其中該彎弧基座具有一深度，該深度大致上等於該超音波探頭的一厚度，使得該超音波探頭載具在不受相鄰管件的干擾之狀況下可圍繞該管件旋轉。
28. 如請求項21之系統，其進一步包括：一波導，其附接至該彎弧基座，該波導以下列中至少一方向引導來自該超音波探頭的超音波信號：一大體上垂直於該管件之一縱軸的方向，及一大體上平行於該管件之該縱軸的方向。
29. 如請求項28之系統，其中該波導係經定位接近該超音波探頭。