一種在線超聲檢測無縫鋼管時控制沉降物的裝置的製作方法
2023-05-29 18:03:56
專利名稱：一種在線超聲檢測無縫鋼管時控制沉降物的裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種沉降物監測的裝置，具體是涉及一種在線超聲檢測無縫鋼管時控制沉降物的裝置。
背景技術：
無縫鋼管經熱處理後需經過一道無損檢測工序以確保出廠前的品質，實際生產過程中超聲自動無損檢測設備被廣泛使用。現有成熟的並且使用率最高的超聲自動檢測設備產生的聲波進入管體前仍然需要介質耦合，而水作為一種常規耦合介質由於其成本低、易於循環利用、粘度小可快速建立穩定的耦合條件等特點，在現有自動在線超聲檢測設備上得到了普及。然而，無縫鋼管經過回火處理在空冷卻過程中，其表面會產生一定量的鬆散氧化皮，受環境溫度影響，冷卻速度不同管材表面產生的氧化皮也不同。攜帶著氧化皮的鋼管進入超聲探傷區，由於檢測設備對鋼管的夾持或正常觸碰，將使鬆散的氧化皮脫落隨耦合用水進入超聲換能器腔體聚集如圖1-圖4所示，隨著檢測鋼管數的增多，超聲換能器腔體的氧化皮將逐漸增多。而耦合用水一般為流動狀態以補償超聲腔體的正常溢流量，並且鋼管相對水處於進給運動態，因此超聲換能器腔體內的氧化皮顆粒部分將懸浮在水中呈現渾濁現象，若超聲換能器固定在鋼管的下方，大量的氧化皮還會在超聲換能器表面堆積。水中懸浮顆粒越多渾濁度越大，超聲換能器表面沉降的氧化皮越多，聲波在水中傳播的散射就越強，聲能量衰減就越大，進入管體的聲能就越小，體現在回波幅度越低，無法達到標準人工缺陷校正時的強度，這意味著以基準靈敏度作為缺陷報警輸出依據的超聲自動檢測過程中將出現漏報的風險。實際檢測過程中，雖然會每隔一定時間進行靈敏度校正，但是管體氧化皮的產生及脫落具有隨機性，如何及時地將耦合用水條件惡化的信息傳達給操作人員並要求及時清理超聲換能器腔體內的沉降物重新校正靈敏度是超聲自動檢測提高可靠性面臨的重要課題之一。
發明內容
針對背景技術領域中存在的局限性等問顆，本實用新型的目的在於提供一種在線超聲檢測無縫鋼管時控制沉降物的裝置。本實用新型採用的技術方案是:一、一種超聲檢測耦合用水沉降物在線監測方法的步驟如下:I)在自動超聲檢測設備超聲換能器腔體內安裝採集座，該採集座的沉降物收集槽一端內安裝監測超聲換能器，沉降物收集槽另一端側面安裝一個反射體，沉降物監測超聲換能器的信號電纜與基於PC機的超聲信號處理系統的PXI超聲信號收發板卡連接；2)打開超聲換能器腔體進水閥，使得超聲換能器腔體內充滿水，啟動基於PC機的超聲信號處理系統並啟動Orionl.0軟體，配置PXI超聲信號收發板卡的工作參數，啟用Orionl.0軟體I閘門內波形最大幅值跟蹤記錄模塊，該模塊波形顯示區的監測報警線高度與I閘門的高度一致，實時顯示反射體回波記錄，此時反射體回波記錄高於監測報警線高度不輸出監測報警信號；3)啟動無縫鋼管檢測，採集座的沉降物收集槽開始收集無縫鋼管脫落的沉降物懸浮顆粒，利用沉降物監測超聲換能器發射的超聲波透過沉降物造成的聲能衰減的原理，隨著沉降物聚集在沉降物收集槽內，反射體回波幅值衰減越厲害，當反射體回波幅值低於監測報警線時輸出監測報警信號。本實用新型包括旋轉式超聲換能器腔體或固定式超聲換能器腔體；還包括沉降物監測部件和基於PC機的超聲信號處理系統；其中:沉降物監測部件:包括採集座、沉降物監測超聲換能器和反射體；採集座沿長度方向開有一個U形沉降物收集槽，在U形沉降物收集槽的一端安裝沉降物監測超聲換能器，U形沉降物收集槽的另一端安裝反射體組成沉降物監測部件，該部件安裝在旋轉式超聲換能器腔體或固定式超聲換能器腔體內；沉降物監測超聲換能器與基於PC機的超聲信號處理系統的PXI超聲信號收發板卡連接。基於PC機的超聲信號處理系統:包括PXI嵌入式主板、PXI超聲信號收發板卡、PXI機箱、顯示器、滑鼠和鍵盤；PXI嵌入式主板和PXI超聲信號收發板卡插在PXI機箱的PXI插槽內，PXI嵌入式主板與PXI超聲信號收發板卡通過PXI總線進行通信。所述的沉降物監測部件安裝在固定式超聲換能器腔體的底面，位於探傷換能器的一側，且與探傷換能器處於同一軸線上，沉降物監測超聲換能器的信號電纜通過電纜孔引出連接至PXI超聲信號收發板卡。所述的沉降物監測部件安裝在旋轉式超聲換能器腔體的檢測探頭之間，在圓周上分別安裝相同並且對稱的沉降物監測部件，轉接頭插在探傷超聲換能器固定座中，沉降物監測超聲換能器通過轉接頭與PXI超聲信號收發板卡連接。超聲檢測耦合用 水沉降物在線監測方法的步驟如下:I)在自動超聲檢測設備超聲換能器腔體內安裝採集座，該採集座的沉降物收集槽一端內安裝監測超聲換能器，沉降物收集槽另一端側面安裝一個反射體，沉降物監測超聲換能器的信號電纜與基於PC機的超聲信號處理系統的PXI超聲信號收發板卡連接；2)打開超聲換能器腔體進水閥，使得超聲換能器腔體內充滿水，啟動基於PC機的超聲信號處理系統並啟動Orionl.0軟體，配置PXI超聲信號收發板卡的工作參數，啟用Orionl.0軟體I閘門內波形最大幅值跟蹤記錄模塊，該模塊波形顯示區的監測報警線高度與I閘門的高度一致，實時顯示反射體回波記錄，此時反射體回波記錄高於監測報警線高度不輸出監測報警信號；3)啟動無縫鋼管檢測，採集座的沉降物收集槽開始收集無縫鋼管脫落的沉降物懸浮顆粒，利用沉降物監測超聲換能器發射的超聲波透過沉降物造成的聲能衰減的原理，隨著沉降物聚集在沉降物收集槽內，反射體回波幅值衰減越厲害，當反射體回波幅值低於監測報警線時輸出監測報警信號。本實用新型具有的有益效果是:在超聲自動檢測設備的超聲換能器腔體內安裝沉降物監測部件，通過沉降物收集槽對耦合用水中沉降物的收集，使得監測超聲換能器發射的超聲波透過沉降物到達反射體並反射的回波信號發生散射和聲能衰減，體現在回波信號的幅值降低，基於PC機的超聲信號處理系統實時分析處理反射體回波信號，當幅值衰減至設定閾值，輸出報警信號，實現對沉降物的監測。該監測方法可實時在線監測超聲自動檢測設備超聲換能器腔體耦合用水的狀態，可有效防止耦合惡化，造成被檢對象體內缺陷的漏報事故。同時，這種方法可跟隨探傷超聲換能器協同工作，可真實反應檢測區探傷換能器的工況。結構簡單，易於部署，不影響正常探傷。本實用新型可應用於冶金、化工、水處理和交通等領域。
圖1是沉降物監測部件安裝在固定式超聲換能器腔體的俯視圖。圖2是圖1的A-A剖視圖。圖3是沉降物監測部件安裝在旋轉式超聲換能器腔體的俯視圖。圖4是圖3的B-B旋轉剖視圖。圖5是本實用新型結構原理示意圖。圖6是沉降物監測部件安裝在旋轉式超聲換能器腔體所需的轉接頭。圖7是粒度7(Γ73目氧化皮監測實驗反射體回波校正A掃描圖。圖8是粒度7(Γ73目氧化皮監測實驗反射體回波校正實時記錄圖。圖9是粒度7(Γ73目20g氧化皮添加過程反射體回波實時監測記錄圖。圖10是粒度7(Γ73目氧化皮添加至32g反射體回波實時監測記錄圖。圖11是粒度29(Γ300目氧化皮監測實驗前反射體回波校正A掃描圖。圖12是粒度29(Γ300目氧化皮監測實驗反射體回波校正實時記錄圖。圖13是粒度29(Γ300目18g氧化皮添加過程反射體回波實時監測記圖。圖14是粒度29(Γ300目氧化皮添加至24g反射體回波實時監測記錄圖。圖15是無縫鋼管在線檢測沉降物監測啟動前反射體回波校正A掃描圖。圖16是無縫鋼管在線檢測沉降物監測啟動前反射體回波校正實時記錄圖。
圖17是旋轉式超聲換能器腔體連續過管30根沉降物實時監測記錄圖。圖18是固定式超聲換能器腔體連續過管18根沉降物實時監測記錄圖。圖19是旋轉式超聲換能器腔體連續過管40根沉降物實時監測記錄圖。圖20是固定式超聲換能器腔體連續過管25根沉降物實時監測記錄圖。圖中:1、固定式超聲換能器腔體，2、沉降物監測部件，3、探傷換能器，4、無縫鋼管，
5、沉降物懸浮顆粒，6、沉降物，7、電纜孔，8、探傷超聲換能器固定座，9、旋轉式探傷換能器，
10、轉接頭，11、旋轉式超聲換能器腔體，12、反射體，13、沉降物收集槽，14、沉降物監測超聲換能器，15、固定螺釘，16、PXI嵌入式主板，17、鍵盤，18、顯示器，19、滑鼠，20、PXI超聲信號收發板卡，21、PXI機箱，22、螺釘孔，23、超聲換能器接口，24、插針式接口，25、反射體回波，
26、I閘門，27、反射體回波記錄，28、監測報警線，29、穩定監測報警區域。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。如圖5所示，本實用新型包括旋轉式超聲換能器腔體11或固定式超聲換能器腔體I ;還包括沉降物監測部件和基於PC機的超聲信號處理系統；其中:如圖5所示，沉降物監測部件2:包括採集座、沉降物監測超聲換能器14和反射體12 ;採集座沿長度方向開有一個U形沉降物收集槽13，在U形沉降物收集槽13的一端安裝沉降物監測超聲換能器14，U形沉降物收集槽13的另一端安裝反射體12組成沉降物監測部件，該部件安裝在旋轉式超聲換能器腔體11或固定式超聲換能器腔體I內；沉降物監測超聲換能器14與基於PC機的超聲信號處理系統的PXI超聲信號收發板卡20連接。如圖5所示，基於PC機的超聲信號處理系統:包括PXI嵌入式主板16、PXI超聲信號收發板卡20、PXI機箱21、顯示器18、滑鼠19和鍵盤17 ；PXI嵌入式主板16和PXI超聲信號收發板卡20插在PXI機箱21的PXI插槽內，PXI嵌入式主板16與PXI超聲信號收發板卡20通過PXI總線進行通信，PXI超聲信號收發板卡20的工作參數需通過Orionl.0進行配置。如圖1、圖2所示，所述的沉降物監測部件2安裝在固定式超聲換能器腔體I的底面，位於探傷換能器3的一側，且與探傷換能器3處於同一軸線上，沉降物監測超聲換能器14的信號電纜通過電纜孔7引出連接至PXI超聲信號收發板卡20。如圖3、圖4、圖6所示，所述的沉降物監測部件2安裝在旋轉式超聲換能器腔體11的檢測探頭之間，為確保動平衡，在圓周上分別安裝相同並且對稱的沉降物監測部件2，轉接頭10插在探傷超聲換能器固定座8中，沉降物監測超聲換能器14通過轉接頭10與PXI超聲信號收發板卡20連接。反射體12和沉降物監測超聲換能器14通過固定螺釘15安裝在沉降物收集槽13的兩側，沉降物監測超聲換能器14安裝後與沉降物收集槽13的曲面相切。整個採集座通過四個螺釘孔22用固定螺釘固定在超聲換能器腔體。沉降物監測超聲換能器14使用超聲換能器接口 23引出信號電纜。固定式超聲換能器腔體I安裝沉降物監測部件2，沉降物監測超聲換能器14可通過信號電纜直接與PXI超聲信號收發板卡20連接。旋轉式超聲換能器腔體11的檢測信號安裝沉降物監測部件2後，沉降物監測超聲 換能器14信號電纜連接到轉接頭10的插針式接口 24，轉接頭10插入旋轉式超聲換能器腔體11的探頭座，通過這樣一次轉接連接到PXI超聲信號收發板卡20，這是由旋轉式超聲換能器的信號收發的通路的特殊結構決定的。所述的反射體9表面光滑，粗糙度1.6 μ m，用於提供沉降物監測超聲換能器14的反射面，超聲波傳播過程中遇到反射體12產生反射回波並被沉降物監測超聲換能器14接收進入PXI超聲信號收發板卡20進行處理。所述的沉降物收集槽13開有一個半徑為4mm的半圓槽，用於收集超聲檢測耦合用水的沉降物。兩側各開有兩個螺紋孔分別用於固定反射體12和沉降物監測超聲換能器
14。沉降物收集槽13安裝在超聲換能器腔體時沉降物收集槽13的軸線必須與被檢無縫鋼管4進給軸線保持平行，並且沉降物收集槽13的安裝位置不能影響正常的超聲檢測設備的性能。所述的沉降物監測超聲換能器14為水浸式超聲換能器，用於產生和接收超聲波，晶片直徑為Φ5_，中心頻率為5MHz。通過法蘭盤和固定螺釘15固定在沉降物收集槽13的右側。所述的PXI嵌入式主板16是基於PC機的超聲信號處理系統的基礎，PXI嵌入式主板16安裝了作業系統和超聲數據處理分析軟體Orionl.0。用戶通過操作Orionl.0軟體實現對監測參數的設置、處理、分析和結果保存。[0054]所述的PXI超聲信號收發板卡20是沉降物監測超聲換能器14的激勵源，也是反射體12回波信號接收處理單元。實時監測I閘門26內的波形數據的變化，當反射體12的回波信號低於設定值時，輸出監測報警信號。被測超聲換能器腔體耦合用水中的沉降物6監測的實現分為兩步實現:第一步，監測啟動前的校正。在超聲換能器腔體安裝沉降物監測部件2後，打開超聲換能器腔體進水閥注水。啟動基於PXI總線超聲信號處理系統，打開顯示器18並開啟超聲數據處理分析軟體Orionl.0。打開Orionl.0的AScan模塊，設置信號調理高通截止頻率2MHz，阻抗匹配為50歐姆，調整AScan波形顯示範圍使得反射體回波位於顯示區，調整增益使得反射體回波的幅值歸一化為0.6，啟用I閘門26設置報警模式為低於閘門高度輸出報警，移動I閘門使其中心位於反射體回波處，閘門的高度為0.4，寬度為反射體回波寬度的6倍。調整通道增益，設置激勵脈衝的脈衝重複頻率為2KHz。設置I閘門26的報警模式為:低於閘門高度觸發報警。啟用Orionl.0的波形實時記錄功能模塊，設置記錄對象為I閘門26內的最大幅值，並且使波形實時記錄功能模塊的監測報警線28與I閘門26的高度保持一致，設置報警可靠係數5。觀察反射體12回波幅值是否穩定，若穩定校正結束。第二步，啟動超聲自動檢測設備，連續過無縫鋼管4。當以氧化皮為主的沉降物懸浮顆粒5沉降並被沉降物收集槽13聚集，使得反射體回波25連續低於I閘門26的高度超過設定的報警可靠係數，PXI超聲信號收發板卡20輸出監測報警信號，從而實現對超聲檢測耦合用水的監測。實施例說明:為了驗證本監測方法的可靠性，實施例中分別對模擬現場超聲檢測工況的不同粒度氧化皮的監測、旋轉式超聲換能器腔體11沉降物6的在線監測、固定式超聲換能器腔體I沉降物6的在線監測做了測試。模擬現場超聲檢·測工況的不同粒度氧化皮的監測測試，選用了兩種粒度的無縫鋼管4熱處理後冷卻過程中產生的氧化皮，這兩種氧化皮分別取自冷卻區(粒度7(Γ73目)和超聲換能器腔體(29(Γ300目)。旋轉式超聲換能器腔體11沉降物6的在線監測和固定式超聲換能器腔體I沉降物6的在線監測測試選用的無縫鋼管管徑為Φ70.32mm，壁厚為6mm，長度為12m。表面狀態為熱處理後冷卻至40°C，未經任何除鱗工序進入檢測區。無論是模擬測試和實際在線監測測試，都首先需要完成基準靈敏度校正，如圖7、圖11、圖15所示。啟動軟體系統Orionl.0進入單通道選用脈衝回波工作方式，回波幅值採用歸一化顯示。調整通道增益至42.5dB,使反射體回波25幅值達到0.6左右。啟用I閘門26並將其拖動至反射體回波25處，I閘門26沿時間軸方向的範圍就是實時檢測的區域，將I閘門26的高度設置為0.4。啟用閘門波形記錄軟體功能模塊，實時記錄I閘門26內的幅值變化，反射體回波記錄27如圖8 圖10、圖12 圖14、圖16 圖20所示，波形記錄功能模塊的監測報警線28設置為I閘門26的高度0.4。設置I閘門26的報警模式為低於設定高度為報警觸發。取20g粒度7(Γ73目氧化皮緩慢加入至沉降物收集槽13靠近沉降物監測超聲換能器14的前端，在氧化皮沉降過程中反射體回波25出現較大的波動，圖9為波形記錄功能模塊實時記錄的結果。當20g7(T73目氧化皮全部沉降至沉降物收集槽13後，反射體回波25已經位於監測報警線28之下，此時輸出監測氧化皮沉降報警信號，如圖9中的穩定監測報警區域29。繼續添加該氧化皮，當氧化皮量達到32g時，其反射體回波25基本消失，如圖10所示，監測結果輸出穩定的報警信號，穩定監測報警區域29為圖10中虛線選中區域。將沉降物收集槽13中7(Γ73目的氧化皮清除乾淨，使得反射體回波25幅值恢復至如圖11所示。不改變I閘門26的位置。逐漸添加相同體積對應的重量為24g的29(Γ300目氧化皮至沉降物收集槽13中，在氧化皮沉降過程中反射體回波24波動如圖13所示，氧化皮添加量達到18g左右時開始輸出監測報警信號。當24g氧化皮全部添加並沉降至沉降物收集槽13反射體回波25記錄顯示如圖14所示，記錄顯示穩定輸出報警信號。固定式超聲換能器腔體I和旋轉式超聲換能器腔體11的沉降物4監測需啟動無縫鋼管4自動檢測設備，並且按照實際檢測工藝規程連續通過無縫鋼管4。沉降物收集槽13的安裝不影響無縫鋼管的檢測性能。設置鋼管的進給速度為8m/min，啟動無縫鋼管自動檢測設備，連續過無縫鋼管4。圖17為旋轉式超聲換能器腔體11反射體回波25幅值實時監測記錄結果，當過管數達到30根時，反射體回波25幅值出現下降並輸出監測報警信號。圖18為固定式超聲換能器腔體I的反射體回波24幅值實時監測記錄結果，當過管數達到18根時，反射體回波24幅值出現明顯下降，並輸出監測報警信號。連續過管檢測，旋轉超聲換能器腔體11過管數超過40根時，反射體回波25幅值0.2處於穩定的報警狀態，如圖19所示。固定式超聲換能器腔體I的過管數累計25根時，反射體回波25也處於連續報警狀態，如圖20所示。`
權利要求1.一種在線超聲檢測無縫鋼管時控制沉降物的裝置，包括旋轉式超聲換能器腔體或固定式超聲換能器腔體；其特徵在於:還包括沉降物監測部件和基於PC機的超聲信號處理系統；其中: 沉降物監測部件(2):包括採集座、沉降物監測超聲換能器(14)和反射體(12);採集座沿長度方向開有一個U形沉降物收集槽(13)，在U形沉降物收集槽(13)的一端安裝沉降物監測超聲換能器(14)，U形沉降物收集槽(13)的另一端安裝反射體(12)組成沉降物監測部件，該部件安裝在旋轉式超聲換能器腔體或固定式超聲換能器腔體內；沉降物監測超聲換能器(14)與基於PC機的超聲信號處理系統的PXI超聲信號收發板卡(20)連接； 基於PC機的超聲信號處理系統:包括PXI嵌入式主板(16)、PXI超聲信號收發板卡(20),PXI機箱(21)、顯示器(18)、滑鼠(19)和鍵盤(17) ;PXI嵌入式主板(16)和PXI超聲信號收發板卡(20)插在PXI機箱(21)的PXI插槽內，PXI嵌入式主板(16)與PXI超聲信號收發板卡(20)通過PXI總線進行通信。
2.根據權利要求1所述的一種在線超聲檢測無縫鋼管時控制沉降物的裝置，其特徵在於:所述的沉降物監測部件安裝在固定式超聲換能器腔體(I)的底面，位於探傷換能器(3)的一側，且與探傷換能器(3)處於同一軸線上，沉降物監測超聲換能器(13)的信號電纜通過電纜孔(7 )引出連接至PXI超聲信號收發板卡(20 )。
3.根據權利要求1所述的一種在線超聲檢測無縫鋼管時控制沉降物的裝置，其特徵在於:所述的沉降物監測部件安裝在旋轉式超聲換能器腔體(11)的檢測探頭之間，在圓周上分別安裝相同並且對稱的沉降物監測部件(2)，轉接頭(10)插在探傷超聲換能器固定座(8)中，沉降物監測超聲 換能器(14)通過轉接頭(10)與PXI超聲信號收發板卡(20)連接。
專利摘要本實用新型公開了一種在線超聲檢測無縫鋼管時控制沉降物的裝置。在自動超聲檢測設備超聲換能器腔體內安裝採集座，該採集座的沉降物收集槽一端內安裝沉降物監測超聲換能器，沉降物收集槽另一端側面安裝一個反射體，沉降物監測超聲換能器的信號電纜與基於PC機的超聲信號處理系統的PXI超聲信號收發板卡連接。本實用新型可實時在線監測超聲自動檢測設備超聲換能器腔體耦合用水的狀態，可有效防止耦合惡化，造成被檢對象體內缺陷的漏報事故。同時，這種方法可跟隨探傷超聲換能器協同工作，可真實反應檢測區探傷換能器的工況。結構簡單，易於部署，不影響正常探傷。本實用新型可應用於冶金、化工、水處理和交通等領域。
文檔編號G01N29/032GK203133034SQ20132002896
公開日2013年8月14日 申請日期2013年1月18日 優先權日2013年1月18日
發明者方文平, 劉日明, 邵雨良, 婁小冬, 陳洪法, 胡鵬宇 申請人:杭州浙大精益機電技術工程有限公司