大口径管道环焊缝相控阵超声波自动检测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种大口径管道环焊缝相控阵超声波自动检测系统，该检测系统包括主控部分、专用管道爬行器部分、超声波晶片阵列探头部分、上位机智能图形处理部分、电缆部分、专用装备车，超声波晶片阵列探头部分安装于专用管道爬行器部分上，主控部分、上位机智能图形处理部分安放在专用装备车内，用装备车内的主控部分、上位机智能图形处理部分通过电缆部分与专用管道爬行器部分连接。该系统具有体积小和重量轻的相控阵探头、参数变化具有更大的灵活性、系统可检测管道直径范围大、可从４英寸到５６英寸、全厚度／直径检测必要的探头数量少，操作的成本低等优点。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
在管道焊接质量的检测中，传统检测主要采用目视检测、射线检测、手工超声波检测等，其中，目视检测为最早使用的方法，一般也用于小口径管道的焊缝质量。对于大口径管道(一般指管径1米以上)环形对接焊缝来说，如果采用射线检测将是非常困难的，首先要在管子的环焊缝上贴上一圈带暗盒的增感胶片，探伤人员操作射线探伤机发射x射线，将焊缝质量情况拍摄下来，然后在暗室显影、定影、冲洗、凉干得到焊缝照片，再由专用人员评判焊缝质量。这种方法在试验室有铅房保护的情况下，工作人员的健康安全还需要加以关注，然而在管道野外施工的情况下，没有很好的保护措施，会对施工人员构成威胁，对操作人员更需要注意防止射线对人体造成的危害。另外，大口径管道每一道管口都需要很多增感胶片，资金耗费巨大，还需要大量的时间来贴片、拍摄、显影、定影、冲洗、凉干、评判。不能参与工程施工的流水作业，严重影响工程进度。随着我国管道建设的发展和施工设备的自动化程度的提高，全自动焊接设备的应用成为一种趋势。对于全自动焊接设备完成的焊缝的质量检测，传统的检测技术早已不适应发展的需要。近来，自动化超声检测技术又应用于石油天然气长输管线对接焊缝质量的检测，自动化超声检测技术发展势头强劲，早期的全自动超声检测系统是将多个探头组合在一起形成探头盘，每个探头具有固定的声束发射方向和聚焦深度，从而达到覆盖整个焊缝分区，通过机械自动扫查，完成焊缝检测。但是，常规多探头自动超声检测系统在对不同壁厚、不同管径、不同材质管道焊缝质量的检测中存在着系统调整难度大和探头适应范围窄以及设备笨重的缺点。综合起来，射线照相检测及超声波检测技术虽然为石油天然气长输管道对接焊缝质量的检测工作发挥了很大的作用。但是，传统的线照相检测及超声波检测存在着许多缺点1、检测速度慢，特别是对管道环焊缝检测，其检测速度更为慢，严重影响所涉及的工程进度。2、检测结果带有主观因素，并与操作人员的水平与责任性有关。3、缺陷深度方向或缺陷的自身高度的测量困难很大，因此工程临界分析采用ECA难以实现。4、射线探伤对人体健康有严重的伤害，工作量超标可以造成人体白细胞下降甚至导致白血病。5、对不同壁厚、不同管径、不同材质管道焊缝质量的检测中存在着系统调整难度大和探头适应范围窄以及设备笨重。
技术实现思路
针对上述传统超声检测存在的问题，本专利技术提供一种大口径管道环焊缝相控阵超声波自动检测系统。为了解决上述问题，本专利技术采用如下技术方案该相控阵超声波自动检测系统包括主控部分、专用管道爬行器部分、超声波晶片阵列探头部分、上位机智能图形处理部分、电缆部分、专用装备车，其中，超声波晶片阵列探头部分安装于专用管道爬行器部分上，主控部分、上位机智能图形处理部分安放在专用装备车内，专用装备车内的主控部分、上位机智能图形处理部分通过电缆部分与专用管道爬行器部分连接。所述的主控部分包括工业控制计算机、发射部分、接收部分以及贮存于工业控制计算机的控制软件；所述的专用管道爬行器部分包括行走导轨、晶体与契块组件、传动机构、耦合液输出单元。所述的超声波晶片阵列探头部分包括左右晶体阵列；所述的上位机智能图形处理部分包括一上位机、人机界面、显示器；所述的电缆部分包括三根支电缆共128根超声连线，其中，一根为电机驱动电缆，一根编码器电缆，一根控制电缆。所述的工业控制计算机的控制软件中有一个完整和成熟的数据模型，可将上位机传下的数据经过各种计算和处理形成了该焊缝检测的控制数据和程序，如焦点位置、折射点位置、各声束参与发射和接收的晶体编号、各晶体发射和接收的延时时间。所述的工业控制计算机选用了标准的14个插槽，包括4个PCI槽口和10个ISA槽口，其中的CPU主板、网卡插在PCI槽口上，两块发射板和四块接收板插在ISA槽口上。所述的行走导轨可方便地夹固和拆卸于被测管道上，导轨带有齿条，能使爬行器精确走位；所述的晶体与契块组件为晶体和晶体前的有机材料组成契形组件，契块之间的间距和横向位置可以通过精密丝杆调节，契块组件受压力作用通过滚轮压在管道的接触面上，并保持一定的间隙，当接触面受到大阻力时，自动抬起机构会使契块抬起，防止碰撞损坏契块；所述的传动机构包括伺服电机、光盘编码器、电机驱动控制与地址码处理器；所述的耦合液输出单元为设置在契块组件中的契块带有多个耦合液的输出小孔，在耦合液受泵的压力时，能使耦合液均匀喷出，形成契块与接触面之间的良好耦合。所述的左右晶体阵列均为线性晶片阵列，每个阵列有64个晶片，每个晶片均直接接于一发射电路，每个晶片按照控制要求发射超声波，超声波发射的方向、强度和延迟时间可以改变。所述的人机界面包括登录密码、基本参数设置、运行参数设置和计算、检测工艺选择、试验数据记录、检测数据存储、系统帮助等模块；由于本专利技术采用了上述大口径管道环焊缝相控阵超声波自动检测系统，与常规的全自动超声检测设备相比，主要具有以下优点1、体积小和重量轻的相控阵探头。2、因为使用电子参数设置，整个检测系统的参数变化具有更大的灵活性。3、相控阵探头系统由功能模块组成。4、通过调用设置文件，快速改变系统设置，适应不同的工况。5、增加分区数量，提高缺陷定量精度和成像的分辨率。6、采用相控阵聚焦，提高缺陷横向分辨率。7、系统可检测管道直径范围大，可从4英寸到56英寸。8、全厚度/直径检测必要的探头数量少，操作的成本降低。9、系统调整难度降低、和探头适应范围宽，使用灵活。从上述相控阵超声波自动检测系统在管道环焊缝探伤中所具有明显优点来看，应该说相控阵超声波自动检测代表着世界探伤技术的发展方向。附图说明图1为本专利技术相控阵超声波自动检测系统原理框图。图2为本专利技术相控阵超声波自动检测系统应用实施例示意图。具体实施例方式请参阅图1并结合图2所示，本专利技术的大口径管道环焊缝相控阵超声波自动检测系统包括主控部分1、专用管道爬行器部分2、超声波晶片阵列探头部分3、上位机智能图形处理部分4、电缆部分5、专用装备车6，其中，超声波晶片阵列探头部分3安装于专用管道爬行器部分2上，主控部分1、上位机智能图形处理部分4安放在专用装备车6内，专用装备车6内的主控部分1、上位机智能图形处理部分4通过电缆部分5与专用管道爬行器部分2连接。所述的主控部分1实际上为一相控阵检测仪(关于该检测仪的具体结构和原理在另一篇同时申请的专利中公开)，主控部分包括工业控制计算机、发射部分、接收部分以及贮存于工业控制计算机的控制软件。主控部分1在上位机编有一个人机界面，在每次测试前可输入管径、管壁厚、管编号、日期、材料中声音传播的速率、温度等数据。通过与主控部分网卡的通信连接将这些信号传送至主控部分的控制计算机，同时形成文件作为上位机作各种图形和作为数据保存文件时的参考数据。主控部分1的主控计算机(下位机)有一个完整和成熟的数据模型，可将上位机传下的数据经过各种计算和处理形成了该焊缝检测的控制数据和检测程序，如焦点位置、折射点位置、各声束参与发射和接收的晶体编号、各晶体发射和接收的延时时间等。所以，不受控制方案数量的限制，由人机界面取得的多维变量，通过数学模型产生出来的控制方法，控制方案更多、更灵活、更准确。在检测开始前，主控部分1的下位机将上述的控制数据形成控制数据数组，直接通过系统的数据总线写入发射接收硬件板卡上的各级CPL本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大口径管道环焊缝相控阵超声波自动检测系统，其特征在于：该相控阵超声波自动检测系统包括主控部分、专用管道爬行器部分、超声波晶片阵列探头部分、上位机智能图形处理部分、电缆部分、专用装备车，超声波晶片阵列探头部分安装于专用管道爬行器部分上 ；主控部分、上位机智能图形处理部分安放在专用装备车内；专用装备车内的主控部分、上位机智能图形处理部分通过电缆部分与专用管道爬行器部分连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：薛振奎，黄建民，张学增，苏恒兴，吴楠松，陈家祥，覃明贵，白世武，王文海，蓝玲根，
申请(专利权)人：中国石油天然气管道科学研究院，上海白玉兰建设工程设备监理有限公司，上海电气自动化设计研究所，上海宝信软件股份有限公司，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]