聚烯烴復(fù)合管接頭超聲波周向自動檢測裝置及檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及電熔接頭超聲波檢測領(lǐng)域，旨在提供聚烯烴復(fù)合管接頭超聲波周向自動檢測裝置及檢測方法。該超聲波周向自動檢測裝置包括超聲波檢測儀、探頭、探頭夾持裝置、編碼器、內(nèi)卡箍、外卡箍、小齒輪、步進電機和控制模塊；該檢測方法用于對被測管的接頭進行檢測，最后通過超聲波檢測儀形成C掃描圖像顯示。本發(fā)明采用相控陣聚焦技術(shù)，可解決聲波衰減過多使回波太弱的問題；選取了專門的耦合劑，在接觸法檢測時達到界面聲傳遞耗損最小，甚至達到無耗損；研制了專門的掃查裝置，能形成實時C掃描圖像。
【專利說明】聚烯烴復(fù)合管接頭超聲波周向自動檢測裝置及檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是關(guān)于電熔接頭超聲波檢測領(lǐng)域，特別涉及聚烯烴復(fù)合管接頭超聲波周向自動檢測裝置及檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]管道輸送是一種經(jīng)濟、安全的運輸方式，在石油、電力、煤炭、化工以及城市供水等各個部門得到廣泛的應(yīng)用。目前我國使用的傳統(tǒng)管材主要有金屬管和聚烯烴管兩大類。由于材料自身的特點，金屬管強度具有鋼度高、連接技術(shù)成熟等優(yōu)點，但存在易生銹、易腐蝕等缺點；聚烯烴管具有柔性大、耐腐蝕等優(yōu)點，但存在強度低、剛度低等缺點。為了克服上述管道存在的固有缺陷，各國都在積極探索開發(fā)增強的聚烯烴復(fù)合管。聚烯烴復(fù)合管具備了金屬管道和聚烯烴管道各自的優(yōu)點，既能夠承受較高工作壓力，又非常耐腐蝕，使用壽命長，同時還保持和聚烯烴管類似的柔韌性和可熔接性。
[0003]聚烯烴復(fù)合管的連接技術(shù)是其能否成功應(yīng)用的關(guān)鍵。因為聚烯烴復(fù)合管連接時無法把兩個管端的增強材料連接起來形成力的傳遞結(jié)構(gòu)，而聚烯烴復(fù)合管通常又是應(yīng)用于高工作壓力，保證接頭的密封性更不容易。聚烯烴復(fù)合管的連接方法通常有機械壓緊方式和非機械壓方式兩大類。其中非機械壓緊方式通常應(yīng)用于大直徑聚烯烴復(fù)合管的連接，非機械壓緊方式一般采用焊接連接。聚烯烴復(fù)合管非機械壓緊方式一般采用熱熔對接加增強型電熔套筒連接。電熔套筒材料大多采用聚乙烯材料。由于接頭在連接過程中有可能存在各種缺陷，使接頭成為聚烯烴復(fù)合管系統(tǒng)最薄弱的環(huán)節(jié)使。目前大多數(shù)聚烯烴復(fù)合管管道系統(tǒng)失效為接頭的泄漏失效。目前聚烯烴復(fù)合管管焊接接頭的質(zhì)量控制主要依賴規(guī)范的焊接操作，但多種因素造成了焊接過程中難免出現(xiàn)缺陷。超聲波檢測作為一種非破壞性、內(nèi)部可探測性檢測技術(shù)逐漸成為聚烯烴復(fù)合管管接頭重要的檢測方法。傳統(tǒng)的聚烯烴復(fù)合管管接頭超聲波檢測多為人工操作，勞動強度大，且檢測結(jié)果受人為因素影響較大。同時由于聚烯烴復(fù)合管電熔套筒的規(guī)格尺寸與聚烯烴復(fù)合管管道有很大區(qū)別，通常采用特殊加長增厚的電熔套筒，電阻絲布絲寬度很大，如果采用掃描手工檢測，既化費時間，又得不到整個熔合面的質(zhì)量信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供能實現(xiàn)聚烯烴復(fù)合管管接頭周向自動檢測的裝置及檢測方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的解決方案是:
[0005]提供聚烯烴復(fù)合管接頭超聲波周向自動檢測裝置，包括超聲波檢測儀，還包括探頭、探頭夾持裝置、編碼器、內(nèi)卡箍、外卡箍、小齒輪、步進電機和控制模塊；外卡箍套在內(nèi)卡箍上，且內(nèi)卡箍的外圓周上設(shè)有大齒輪構(gòu)造，探頭夾持裝置和步進電機分別安裝在外卡箍上，步進電機與小齒輪連接，小齒輪與內(nèi)卡箍上的大齒輪嚙合；探頭和編碼器安裝在探頭夾持裝置上，并能沿著探頭夾持裝置的軌道滑動，探頭和編碼器用于采集信號并將信號傳輸至超聲波檢測儀；所述控制模塊包括相互連接的步進電機驅(qū)動器、PLC控制器和電源開關(guān)，步進電機驅(qū)動器和所述步進電機相連，PLC控制器用于判斷外卡箍的轉(zhuǎn)動圈數(shù)并控制電源開關(guān)的開關(guān)情況，電源開關(guān)用于控制步進電機驅(qū)動器的啟動與關(guān)閉。
[0006]作為進一步的改進，所述電源開關(guān)能進行手動操作。
[0007]作為進一步的改進，所述編碼器為輪式編碼器。
[0008]提供基于所述的超聲波周向自動檢測裝置的檢測方法，用于對被測管的接頭進行檢測，被測管的超聲縱波聲速為1800?2400m/s，具體方法包括:先將耦合劑涂在被測管外壁上，再將超聲波周向自動檢測裝置中的內(nèi)卡箍安裝在被測管外壁上，開啟電源開關(guān)，超聲波周向自動檢測裝置自動檢測完成，并通過超聲波檢測儀形成C掃描圖像顯示。
[0009]作為進一步的改進，所述耦合劑是由甘油、水玻璃、消泡劑和水混合配制而成的稠狀耦合劑，耦合劑的聲速為1800?2110m/s。
[0010]作為進一步的改進，所述C掃描是指:軸向采用超聲相控陣電子線掃描，周向采用步進電機驅(qū)動的機械掃查，超聲波檢測儀對軸向電子線掃描、周向機械掃查的位置信息和探頭接收的超聲波信號進行處理，并在超聲波檢測儀的顯示器上形成實時C掃描圖像。
[0011]作為進一步的改進，超聲波周向自動檢測裝置能實現(xiàn)投影掃描，使探頭位置與被測管中的缺陷在接頭中的位置形成一一對應(yīng)關(guān)系。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0013]1、采用相控陣聚焦技術(shù)，可解決聲波衰減過多使回波太弱的問題，針對聚乙烯材料特有的聲學(xué)特性；
[0014]2、選取了專門的耦合劑，使其聲速、聲阻抗與被測管材料相匹配，在接觸法檢測時達到界面聲傳遞耗損最小，甚至達到無耗損；
[0015]3、結(jié)合聚烯烴復(fù)合管管接頭周向檢測的需求，研制專門的掃查裝置，縱向采用電子線掃查技術(shù)，周向采用機械掃查技術(shù)，直至整個熔合面檢測完成；
[0016]4、掃描時，按規(guī)劃好的路徑作空間掃描，超聲波檢測儀主機對電子線掃查、周向機械掃查的位置信息和探頭接收的超聲波信號進行處理，在其顯示器上能形成實時C掃描圖像。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明中的機械運動部件裝配示意圖。
[0018]圖2為本發(fā)明的電路原理圖。
[0019]圖中的附圖標(biāo)記為:1內(nèi)卡箍；2小齒輪；3步進電機；4外卡箍；5探頭夾持裝置；6輪式編碼器；7探頭。
【具體實施方式】
[0020]在此需要強調(diào)的是，本發(fā)明所述各模塊均為電路邏輯的集合，而非虛擬功能模塊。其具體實現(xiàn)是本領(lǐng)域常見技術(shù)手段，本領(lǐng)域技術(shù)人員通過對本發(fā)明的閱讀，根據(jù)其掌握的常規(guī)技術(shù)手段完全可以再現(xiàn)。本發(fā)明中不存在任何方法特征，即便在沒有電路圖的基礎(chǔ)上本領(lǐng)域也是可以實施的。
[0021]下面結(jié)合附圖與【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細描述:
[0022]聚烯烴復(fù)合管接頭超聲波周向自動檢測裝置包括超聲波檢測儀、探頭7、探頭夾持裝置5、輪式編碼器6、內(nèi)卡箍1、外卡箍4、小齒輪2、步進電機3和控制模塊。如圖1所示，外卡箍4套在內(nèi)卡箍I上，且內(nèi)卡箍I的外圓周上設(shè)有大齒輪構(gòu)造，探頭夾持裝置5和步進電機3分別安裝在外卡箍4上，步進電機3與小齒輪2連接，小齒輪2與內(nèi)卡箍I上的大齒輪嚙合，探頭7和輪式編碼器6安裝在探頭夾持裝置5上，探頭7和輪式編碼器6用于采集信號并將信號傳輸至超聲波檢測儀。超聲波檢測儀能形成C掃描圖像顯示，所述C掃描是指:軸向采用電子掃描，周向采用機械掃查，并記錄位置信息和超聲信息，經(jīng)處理后形成實時掃查圖像。所述控制模塊包括相互連接的步進電機驅(qū)動器、PLC控制器和電源開關(guān)，步進電機驅(qū)動器和所述步進電機3相連，PLC控制器用于判斷外卡箍4的轉(zhuǎn)動圈數(shù)并控制電源開關(guān)的開關(guān)情況，電源開關(guān)用于控制步進電機驅(qū)動器的啟動與關(guān)閉，且能進行手動操作。具體的電路原理如圖2所示。
[0023]基于上述的超聲波周向自動檢測裝置的檢測方法，用于對被測管的接頭進行檢測，被測管的超聲縱波聲速在1800?2400m/s范圍內(nèi)。檢測方法具體包括:先將耦合劑涂在被測管外壁上，再將超聲波周向自動檢測裝置中的內(nèi)卡箍I安裝在被測管外壁上，外卡箍4套合在內(nèi)卡箍I上，然后連接步進電機3和小齒輪2，并將步進電機3安裝在外卡箍4上，小齒輪2與內(nèi)卡箍I上的大齒輪嚙合；開啟電源開關(guān)，步進電機3驅(qū)動小齒輪2轉(zhuǎn)動，小齒輪2帶動外卡箍4繞內(nèi)卡箍I轉(zhuǎn)動，同時帶動探頭夾持裝置5繞被測管外壁轉(zhuǎn)動，安裝于探頭夾持裝置5上的探頭7和輪式編碼器6采集信號并將信號傳輸至超聲波檢測儀。PLC控制器控制步進電機驅(qū)動器實現(xiàn)周向掃查，并通過輪式編碼器6記錄周向掃查位置信息。PLC控制器判斷外卡箍4沿被測管外壁轉(zhuǎn)動一圈后，自動切斷電源開關(guān)，實現(xiàn)被測管的周向掃查。檢測過程中如需緊急制動，切斷電源開關(guān)，外卡箍4停止轉(zhuǎn)動，掃查停止。超聲波檢測儀主機對電子線縱向掃查、周向機械掃查的位置信息和探頭7接收的超聲波信號進行處理，在其顯示器上形成實時C掃描圖像，并把數(shù)據(jù)存儲在內(nèi)部或外部的存儲器里?？刹捎脤Ｓ密浖韺崿F(xiàn)C掃描中相控陣電子掃查和周向機械掃查的同步和精度控制、超聲信息與位置信息的一致性控制，從而保證檢測結(jié)果的可靠性。超聲波周向自動檢測裝置能實現(xiàn)投影掃描，使探頭7位置與被測管中的缺陷在接頭中的位置形成一一對應(yīng)關(guān)系。
[0024]所述耦合劑是根據(jù)被測管，即聚烯烴復(fù)合管材料的聲學(xué)特性而制作的特定的耦合齊U，使其聲速、聲阻抗與被測管材料相匹配，在接觸法檢測時達到界面聲傳遞耗損最小，甚至達到無耗損。因為聚烯烴復(fù)合管典型熱塑性塑料的超聲縱波聲速在1800m/s?2500m/s范圍內(nèi)，聲阻抗在1.8 X 106kg/m2.s?2.9 X 106kg/m2.s范圍內(nèi)，因此有可能配制出一種特定的耦合劑，使其聲速和聲阻抗與被測管的熱塑性塑料相接近。目前的耦合劑是采用一定比例的由甘油、水玻璃、消泡劑和水混合配制而成的稠狀耦合劑，經(jīng)測定，其聲速范圍為1800?2110m/s，接近熱塑性塑料的聲速，具體配置比例視被測管材料的聲學(xué)性能而定。
[0025]最后，需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的具體實施例。顯然，本發(fā)明不限于以上實施例，還可以有很多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容中直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認為是本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.聚烯烴復(fù)合管接頭超聲波周向自動檢測裝置，包括超聲波檢測儀，其特征在于，還包括探頭、探頭夾持裝置、編碼器、內(nèi)卡箍、外卡箍、小齒輪、步進電機和控制模塊；外卡箍套在內(nèi)卡箍上，且內(nèi)卡箍的外圓周上設(shè)有大齒輪構(gòu)造，探頭夾持裝置和步進電機分別安裝在外卡箍上，步進電機與小齒輪連接，小齒輪與內(nèi)卡箍上的大齒輪嚙合；探頭和編碼器安裝在探頭夾持裝置上，并能沿著探頭夾持裝置的軌道滑動，探頭和編碼器用于采集信號并將信號傳輸至超聲波檢測儀；所述控制模塊包括相互連接的步進電機驅(qū)動器、PLC控制器和電源開關(guān)，步進電機驅(qū)動器和所述步進電機相連，PLC控制器用于判斷外卡箍的轉(zhuǎn)動圈數(shù)并控制電源開關(guān)的開關(guān)情況，電源開關(guān)用于控制步進電機驅(qū)動器的啟動與關(guān)閉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波周向自動檢測裝置，其特征在于，所述電源開關(guān)能進行手動操作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波周向自動檢測裝置，其特征在于，所述編碼器為輪式編碼器。
4.基于權(quán)利要求1所述的超聲波周向自動檢測裝置的檢測方法，用于對被測管的接頭進行檢測，被測管的超聲縱波聲速為1800?2400m/s，其特征在于，具體方法包括:先將耦合劑涂在被測管外壁上，再將超聲波周向自動檢測裝置中的內(nèi)卡箍安裝在被測管外壁上，開啟電源開關(guān)，超聲波周向自動檢測裝置自動檢測完成，并通過超聲波檢測儀形成C掃描圖像顯示。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的檢測方法，其特征在于，所述耦合劑是由甘油、水玻璃、消泡劑和水混合配制而成的稠狀耦合劑，耦合劑的聲速為1800?2110m/s。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的檢測方法，其特征在于，所述C掃描是指:軸向采用超聲相控陣電子線掃描，周向采用步進電機驅(qū)動的機械掃查，超聲波檢測儀對軸向電子線掃描、周向機械掃查的位置信息和探頭接收的超聲波信號進行處理，并在超聲波檢測儀的顯示器上形成實時C掃描圖像。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的檢測方法，其特征在于，超聲波周向自動檢測裝置能實現(xiàn)投影掃描，使探頭位置與被測管中的缺陷在接頭中的位置形成一一對應(yīng)關(guān)系。
【文檔編號】G01N29/04GK103512954SQ201310466694
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月9日
【發(fā)明者】鄭津洋, 郭偉燦, 施建峰, 徐平 申請人:浙江大學(xué)