用于确定锅炉管道冷侧裂缝的方法以及实现该方法的物品的制作方法
【专利摘要】本发明涉及用于确定锅炉管道冷侧裂缝的方法以及实现该方法的物品。本文公开了一种扫描装置，用于执行管道的超声非破坏性测试，其包括壳体；壳体具有底表面，底表面凹形地弯曲而具有空腔，以容纳波导器组件和编码器组件；其中波导器组件包括相互连通的波导器和探头；波导器具有至少一个表面，该至少一个表面的轮廓设置成匹配管道的外表面；其中波导器有助于由探头产生的超声信号传入管道；并且其中编码器组件包括与管道接触的弹簧加载式轮；并且其中随着扫描装置沿管道的纵向轴线方向移动，编码器组件提供指示探头相对于管道上的一位置进行的定位的信号。
【专利说明】用于确定锅炉管道冷侧裂缝的方法以及实现该方法的物品
【技术领域】
[0001]本公开涉及一种用于确定锅炉管道裂缝的方法。特别地，本公开进一步涉及一种用于确定锅炉管道冷侧裂缝的方法，以及用于确定锅炉管道冷侧裂缝的物品。
【背景技术】
[0002]锅炉管道故障是化石燃料发电厂被迫关闭的主要原因。由于各种运行条件例如热、压力和随着时间的推移而产生的磨损，锅炉管道会因为形成周向和轴向裂缝以及经历壁变薄(由于腐蚀和侵蚀)而最终开始失效。当锅炉管道开始泄漏时，例如，通过泄漏而逸散的蒸汽漏到锅炉环境中。除非所述泄漏被发现且被修复，否则泄漏会继续增加直到管道最终破裂，从而迫使运营锅炉的电力公司将其立即关闭。对于电力公司来说，这些故障被证明是非常昂贵的，并且，因而，早期的锅炉管道泄露检测方法是迫切需要的。
[0003]在锅炉系统中，管道可通过焊接材料相互连接从而形成水壁。由于形成水壁的管道结构的原因，商业上可用的扫描器不能完成管道的周向扫描。此外，可在关闭期间从管道的热侧接近水壁管道。管道的热侧是与锅炉中的火焰和热气直接接触的一侧，而冷侧与热侧相对设置并且接触隔离件。裂缝通常出现在管道“冷侧”处的附连焊缝处，其被隔离且隔离件不移除的话不容易接近。因此，期望提供一种用于例如锅炉管道检测的应用的改进的扫描装置。
【发明内容】
[0004]本文公开的是一种扫描装置，用于执行管道的超声非破坏性测试，包括壳体；壳体具有底表面，底表面凹形地弯曲而具有空腔，以容纳波导器组件和编码器组件；其中波导器组件包括相互连通的波导器和探头；波导器具有至少一个表面，该至少一个表面的轮廓设置成与管道的外表面匹配；其中波导器有助于由探头产生的超声波信号传到管道中；并且其中编码器组件包括与管道接触的弹簧加载式轮；并且其中随着扫描装置沿着管道的纵向轴线方向移动，编码器组件提供指示探头相对于管道上的一位置进行的定位的信号。
[0005]本文还公开了一种方法，包括在管道上设置扫描装置，扫描装置包括壳体；壳体具有底表面，底表面凹形地弯曲而具有空腔，以容纳波导器组件和编码器组件；其中波导器组件包括相互连通的波导器和探头；波导器具有至少一个表面，该至少一个表面的轮廓设置成与管道的外表面匹配；其中波导器有助于由探头产生的超声波信号传到管道中；并且其中编码器组件包括与管道接触的弹簧加载式轮；并且其中随着扫描装置沿管道的纵向轴线方向移动，编码器组件提供指示探头相对于管道上的一位置进行的定位的信号；使管道表面与波导器接触；以相对于探头中心线以20度到40度的入射角将超声波信号引入管道；并且其中超声波信号沿周向方向穿过壁厚；当超声波信号接触管道中的裂缝时通过波导器回收超声波信号；并且分析超声波信号以确定管道中裂缝的位置。
【专利附图】
【附图说明】[0006]图1A是示例性扫描装置的等距侧视图；
[0007]图1B是示例性扫描装置的另一个等距仰视图；
[0008]图2是壳体的底表面的视图，磁体和螺丝组件以及波导器组件设置在示例性的壳体中；
[0009]图3A是沿着图1A的A-A截面得到的截面图；
[0010]图3B是沿着图1A的B-B截面得到的截面图；
[0011]图3C是示例性扫描装置的端视图；
[0012]图3D是沿着图3C的C-C截面得到的截面图；以及
[0013]图4是显示穿过管道壁的声波的截面图。
【具体实施方式】
[0014]本文公开的是用于非破坏性地测试管道的便携扫描装置。管道是水壁的一部分并且通常使用在锅炉和加热炉中。扫描装置是紧凑的并且容易地适于与具有不同直径的管道一起使用，并且对于扫描蒸汽产生器(锅炉)中的水壁管道特别有用。在一个实施例中，便携扫描装置用于确定发生在位于水壁管道的冷侧上的附连焊缝处的裂缝，特别是那些发生在附连焊缝处的通常被隔离的并且因此在没有移除隔离件的情况下不容易接近的裂缝。
[0015]本文定义的术语“管道”包括封闭的通道，流体可传送通过通道。封闭的通道能具有任何期望的几何形状(当垂直于管道的轴向方向测量时)并且可具有圆形、椭圆形、方形或矩形横截面区域。轴向方向在本文还指的是纵向方向并且沿着管道的长度方向进行测量。
[0016]本文还公开了一种方法，其容许在便携扫描装置与水壁管道的“热侧”接触时，检测在水壁管道“冷侧”上的裂缝。在一个实施例中，该方法允许在扫描装置与水壁管道的热侧接触时，检测在水壁管道冷侧上的轴向裂缝。该方法包括将声波引入波导器，波导器加工为与管道外表面的一部分接触。声波在超声频率范围内(在下文中称作“超声信号”)。超声信号离开波导材料，并且基于斯涅耳定律以多个角度折射进管道。超声信号是相控阵信号并且以有助于检测腐蚀疲劳和在管道壁的任一表面开始的裂缝的方式被引进管道壁。
[0017]扫描装置配置为能够快速换掉探头和超声(UT)波导器(有时也称为楔)，这样有利于具有不同直径的管道的多个检查的快速进行。扫描装置的结构还允许平滑运行，从而消除或最大程度地减少咔哒声或歪斜，这将会在本文进一步描述。
[0018]便携扫描装置包括壳体，其包含:波导器组件，其用于将超声信号传递到水壁管道和从水壁管道接收超声信号；磁体和螺丝组件，其用于调整将扫描装置固定到水壁管道上的磁强度；以及编码器组件，其用于测量沿着管道经过的距离(扫描装置所经过)并且将此距离与任何检测到的裂缝相关联。壳体中还包含用于波导器组件、磁体和螺丝组件以及编码器组件的相关支撑和操作机构。
[0019]现在参见图1A和图1B，现在将根据示例性实施例来描述用于执行管道的非破坏性测试的便携扫描装置100。图1A和图1B是示例性便携扫描装置100的等距视图。图1A是等距侧视图，而图1B是等距仰视图。便携扫描装置100包括具有顶表面104和底表面110的壳体102。底表面110与顶表面104相对。便携扫描装置100还具有从顶表面的两边向下延伸的相对的侧壁106和108。[0020]在一个实施例中，壳体102不具有允许人握持扫描装置的手柄。顶表面104和侧壁106、108设计为使得壳体102能由手握持和操作而无需独立的手柄。壳体102的形状使得测试人员能够在待测裂缝的管道上手动引导扫描装置100。通常期望壳体102是轻量化的以便其能通过手动运送和操作。还期望壳体是由能够承受高达约110° F的适度高温的材料制造，如果事实上证明是期望在轻微提高的温度环境中进行测量的话。壳体102可由金属、陶瓷或聚合物材料制造。当壳体102是由聚合物或陶瓷制造时，期望聚合物和陶瓷是坚固抗冲击的，这样如果扫描装置掉落，它不会破裂或碎裂。在一个示例性实施例中，壳体102是由聚合物制造的。示例性的聚合物是木材、热塑性聚合物或热固性树脂。
[0021]示例性的热塑性聚合物是聚缩醛树脂、聚烯烃、聚丙烯酸化物、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚酯、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚芳酯、聚芳砜类、聚苯醚砜、聚苯硫醚、聚氯乙烯、聚砜、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚苯并恶唑、聚邻苯二甲酰胺、聚缩醛树脂、聚酐、聚乙烯醚、聚苯硫醚、聚乙烯醇、聚乙烯酮、聚乙烯卤化物、聚乙烯腈、聚乙烯酯、聚磺酸盐、多硫化物、聚硫酯、聚砜、聚硅氧烷、聚亚安酯或类似的，或者是包含至少一种前述热塑聚合物的组合。
[0022]示例性的热固性聚合物是聚亚安酯、天然橡胶、合成橡胶、环氧树脂、酚醛塑料、聚酯、聚酰胺、硅树脂或类似物，或包含至少一种前述热固性树脂的组合。可采用热固性树脂的混合物以及热塑性树脂与热固性树脂的混合物。
[0023]图2是对壳体102的底表面110的描绘。正如能从图1A和图1B中看到的，底表面110是凹形地弯曲的表面，用于在水壁管道的外表面上进行平滑移动。底表面110的曲率是凹的，以适应管道外表面的凸曲率。壳体102在其底表面110上具有开口 115(参见图1B和图2)，以容纳磁体和螺丝组件120AU20B和120C，具有开口 171以容纳波导器组件140 (参见图2)，以及具有开口 159以容纳编码器组件160 (参见图1B和图2)。图2中底表面的视图(以及图3D中的横截面侧视图)描绘了三个磁体和螺丝组件120AU20B和120C，其每一个都以椭圆虚线表示。第一磁体和螺丝组件120A定位为靠近第一端114，而第二磁体和螺丝组件120B定位为更远离第一端114。第一磁体和螺丝组件120A和第二磁体和螺丝组件120B定位在波导器组件140的相对的侧。第三磁体和螺丝组件120C位于壳体102的第二端116附近。位于第二磁体和螺丝组件120B和第三磁体和螺丝组件120C之间的是空腔159，其容纳编码器组件160 (其在后面关于图3D详细描述)。
[0024]每个磁体和螺丝组件包括圆柱形磁体122(122A、122B和122C分别对应于组件120A、120B 和 120C)以及螺丝 124 (124A、124B 和 124C 分别对应于组件 120A、120B 和 120C)，螺丝124可调节地旋到包含在壳体102中的空间内的螺帽132(132A、132B和132C分别对应于组件120AU20B和120C)上。用于螺帽的空间具有对应于螺帽132的外表面的几何形状。螺帽132因此不能在使螺帽保持就位的空间内旋转。每个磁体122在其几何中心具有孔，螺丝124穿过其中。螺丝124接着穿过壳体并且与螺帽132进行螺纹连接。通过分别旋转螺帽132AU32B和132C中的螺丝124AU24B和124C，对应的磁体122AU22B和122C相对于壳体102的底表面110的位置可被调整。磁体122AU22B和/或122C因此能在径向上(其中径向距离是从管道中心开始测量的)被移动到更靠近或更远离水壁的管道。通过移动磁体更靠近或更远离管道，由磁体施加在管道上的吸引力可被改变，以提供将扫描装置100固定到管道200上所需要的力(参见图3A)，同时允许扫描装置100沿着管道容易地滑动。磁体还允许使用者将探头保持附连到管道上，从而使使用者改变位置，而不会失去编码器位置参考。
[0025]参见图1B、图2和图3D，设置在壳体102的底表面110上的是能吸收并且排出液体的至少两条软吸收剂材料(下文中是耦合剂)，第一条126A和第二条126B。第一条吸收材料126A和第二条吸收材料126B结合到壳体102的底表面110上。第一条吸收材料126A和第二层吸收材料126B分别部分地覆盖第一磁体122A和第二磁体122B。每层吸收材料126A和126B都包括开口 127 (参见图1B)，从而允许分别接近螺丝124A和124B进行调节。
[0026]除了吸收和释放耦合剂，第一条吸收材料126A和第二条吸收材料126B还用作密封件，从而当扫描装置100在管道的表面上移动时，分别卡住或保持第一条126A和第二条126B之间的耦合剂膜。耦合剂膜位于波导器142和被检测裂缝的管道之间并且有助于耦合波导器142和管道之间的超声信号。通过耦合剂管道128 (参见图1A)和耦合剂歧管130 (参见图3B)向波导器142和管道之间的区域供应耦合剂。耦合剂歧管130通过包含或形成在壳体102中的管道180、182和184与底表面中的多个端口 186处于流体连通。这些端口186在底表面110处设置在壳体102中，并且位于波导器组件140的波导器142的任一侧。尽管附图示出了两排端口 186，但是应该注意的是单排可能足够。
[0027]当扫描装置100运行时，耦合剂持续地从壳体102的底表面110上的多个端口 186中排出。在壳体102制造期间通过附加制造，歧管130的管道180、182和184模制为壳体102的一部分，这将在下面讨论。
[0028]耦合剂管道128具有连接到耦合剂供应源(例如加压容器或泵-本文未示出)的第一端和连接到设置在壳体102的第二端116处的耦合剂歧管130的第二端。耦合剂管道128从供应源(未示出)接收耦合剂并且将耦合剂输送到耦合剂歧管130 (例如通过倒钩接头)，耦合剂歧管130又将耦合剂直接输送到位于壳体102的底表面110处的多个端口186。耦合剂在波导器142和待检测的管道之间以及在第一条吸收材料126A和第二条吸收材料126B之间形成层(本文称作“膜”)。正是通过这个耦合剂膜，超声波信号被从波导器142引导到管道。耦合剂材料可以是水、有机溶剂或凝胶。在示例性实施例中，耦合剂是水。
[0029]软吸收材料可包括纤维材料或多孔材料，其能吸收和释放流体。纤维材料可以是包含聚合物的编织或非编织纤维条(例如毡)。多孔材料可以是聚合泡沫。聚合泡沫具有I到1000微米的平均孔径。示例性的聚合泡沫包括纤维素、聚亚安酯、聚丙烯酸酯等等。在示例性的实施例中，软吸收材料是毡。粘合剂可用于将软吸收材料条126A和126B结合到壳体102的底表面110上。
[0030]现在将参考附图3A-3D来提供波导器组件140和编码器组件160的细节，图3A-3D是从图1获得的截面图。图3A描绘了在图1A中的A-A处获得的截面图，而图BB描绘了图1A中的B-B处获得的截面图。图3C是示出了截面C-C的扫描装置100的侧视图，截面C-C在图3D中绘制出。图3D是壳体102的端视图的另一个示例性实施例，波导器组件140和编码器组件160组装在扫描装置100的壳体102中。
[0031]图3A绘制了截面A_A(图1A中)并且显示了波导器组件140，波导器组件140设置在第一磁体与螺丝组件120A和第二磁体与螺丝组件120B之间。波导器组件140有助于分别向水壁管道内传递超声波信号和从水壁管道接收超声波信号。波导器组件140包括与探头150接触的波导器142。探头150是超声换能器，其发射和接收相控阵超声波(本文称作“信号”)。在一个实施例中，与管道接触的波导器142的表面141是凹形的以便于其能与管道的凸形外表面接触。波导器142的接触表面141的轮廓设置成或弯曲成以便尽可能近地接触管道表面。靠近探头150的波导器142的下侧表面153是从壳体102逐渐变细的以便最小化反射回探头的超声信号并且防止超声信号的干扰。波导器142的侧面153和155也是带纹路的以便最小化从这些表面反射回探头150的超声信号。在一个实施例中，波导器142的侧面153和155是锯齿状的(例如，具有锯齿形)以便最小化反射回探头150的超声信号。
[0032]波导器142的弧形长度远大于探头横截面区域的侧边。波导器142的这个增加的弧形长度为壳体102内的波导器组件140提供了强度和稳定性。耦合剂有助于波导器142的凹形表面和管道200的外凸形表面之间的接触，这样超声信号可引入管道200内并且可从管道200接收信号。
[0033]通过移除位于壳体102内的可滑动保持器131而可以通过波导器的上表面104移除波导器组件140 (其包括波导器142，探头150和线缆152)。可滑动保持器131由聚合物制造并且包含容纳螺丝144的沟槽191。螺丝在其底部具有弹簧加载式球145。弹簧加载式球145搭扣配合到包含在波导器142的上表面(与和管道200接触的表面141相对的表面)中的凹口中。螺丝144可调整地旋到螺帽146上并且有助于径向移动壳体102内的波导器142。通过旋转螺帽146，波导器142可移动到更靠近或更远离管道200 (正被检测)。
[0034]可移动保持器131可插入壳体102 (通过滑动)并且通过沟槽187和189而从壳体移除。当就位时，可滑动保持器131由作为壳体102的组成部分的块157支撑。
[0035]为了将波导器组件142插入壳体102，首先通过将可滑动保持器131沿着沟槽187和189滑动出壳体而将可滑动保持器131移除。包括波导器142、探头150和线缆152的波导器组件140随后通过上表面104中的空腔插入壳体102。可滑动保持器131随后滑回壳体102中，其中弹簧加载式球145搭扣配合到波导器142中的槽中，因此将波导器组件140保持就位。
[0036]当期望从壳体102移除波导器组件142时，通过将波导器140拉离可滑动保持器131而将波导器140从弹簧加载式球145上抽出。可滑动保持器131随后经沟槽187和189从壳体滑出。波导器组件142随后经壳体102的上表面内的开口从壳体102中移除。
[0037]波导器142包括透光塑料件。透光塑料件包含聚酯、聚甲基丙烯酸甲脂、聚碳酸酯、聚苯乙烯、交联苯乙烯共聚物、聚醚酰亚胺等等或包含至少一种前述塑料件的组合。在
一个实施例中，波导器由具有适当的声学特性的REXOUTE?或由LUC:ITE?| (聚甲基
丙烯酸甲脂)制成。
[0038]波导器具有容纳探头150的槽151。在一个实施例中，在探头150和管道200之间的波导器142的部分向管道引导超声信号。
[0039]如上所详细描述的，期望采用波导器142，其凹形表面的轮廓设置成便于与水壁管道200的外凸形表面匹配。因此可期望将用于一组管道的波导器142替换为用于另一组管道的波导器，另一组管道的半径不同于前面那组管道的半径。波导器因此可通过将其从弹簧加载式球145移除以及采用弹簧加载式球145将新波导器(具有不同轮廓表面)搭扣就位来进行容易的替换。在采用新的波导器142替换现有的波导器142时，首先要从现有波导器142移除探头150。在将探头150压装进新波导器142之前，耦合剂添加到新波导器142的槽151。新波导器142随后在壳体102中搭扣就位(采用弹簧加载式球145)。
[0040]有利地，波导器142的表面147针对管道200的外圆周设置轮廓或弯曲，因此允许管道200的外圆周的一部分被扫描。例如，如果管道200具有2.5英寸直径，则选择与扫描装置100 —起使用的波导器142会具有大约1.25英寸的轮廓半径。在管道200是水壁的一部分时，这是特别有利的，如图2A所示。在水壁中，管道200通过焊接腹板(隔膜)202以并排方式耦合。在一个实施例中，波导器142的轮廓允许探头150扫描基本上整个管道200的部分，从管道200 —侧上的腹板202到管道200另一侧上的腹板202。
[0041]探头150与波导器142连通。在波导器142的上表面的槽151容纳探头150并且相对于管道200的外表面以一个固定已知的定向和入射角度固定探头。槽151可在波导器142的制造期间模制或可选地可加工到波导器142内。探头150能附连到波导器142上和与波导器142脱开。如上所述，其压装进波导器142。某些耦合剂可用在槽151中从而有助于在探头150和波导器142之间传递合适的信号。
[0042]探头150的可分离性提供了由于检测下的各种尺寸的管道所需的各种波导器142的尺寸，对其进行的快速更换。探头150将声波以超声频率范围经过波导器142传送进管道200。传送的声音是相控阵信号，其以各种角度发送超声信号。
[0043]探头150通常具有正方形横截面区域，但是也可具有其他几何横截面区域(例如圆形、三角形、多边形等等)。波导器142中的探头150的位置以预定定向和角度固定以便于超声信号可引入管道壁的热侧并且在管道壁的冷侧中沿周向行进。如图3A中所看出的，探头150关于两条线以20到40度的入射角定位，经过探头150的横截面区域的中心的第一线和经过管道200 (正在检测)中心以及超声信号与管道200的表面接触的点的线。在第一线和第二线之间的这个角度称作入射角。通过将入射角调整到20至40度之间，声波遵守斯涅耳定律并且折射到管道200内部且沿着图4中示出的周向方向行进。探头150在波导器142中偏心设置从而使信号尽可能靠近水壁的隔膜202 (参见图3A)。
[0044]探头150包括从探头150延伸的线缆152 (参见图1A)。线缆152用来在探头150和超声波脉冲发生器和接收器(未示出)和具有存储器以记录从探头150接收的电信号的计算装置(同样未示出)(例如，通用计算机、信号处理器或分析仪)之间传递电信号。计算装置处理接收到的信息并且具有显示屏以允许操作者观察从探头150接收到的电信号的图形指示。采用各种应用，检测获取和记录的数据可以通过计算装置转化为图形形式并且显示。数据的图形形式可示出通过超声探头159进行的检察的定性和定量结果。例如，结果可包括检查的管道壁中的缺陷，以及缺陷的程度(例如大小、范围和深度)。图2C中的扫描装置绘制为设置在包括多个管道200的水壁管道上，这些管道200由焊接到相应管道200上的隔膜202保持在一起。
[0045]在一个实施例中，探头150包括超声发送器和传感器的相控阵。相控阵利用按顺序激发脉冲的超声换能器的线性或二维阵列。通过叠加独立子波，相控阵提供了操纵波束角的能力。因此波束角可通过调整独立脉冲的定时而设定。由于具有多个角度扫描的能力，可以实现可检测性的增加。
[0046]扫描装置100还包括编码器组件160，其容纳在壳体102的空腔159内(参见图2)并且用来对检查开始时管道200上的物理位置提供参考点，以及提供手段来追踪和记录来自探头150的关于进行中的检测的响应。编码器组件160可位于扫描装置100的底表面110上的任意位置。在示例性实施例中，编码器组件160位于第二磁体和螺丝组件120B的与面向波导器组件140的一侧相对的一侧上。
[0047]在图3D中，编码器组件160包括与支托在管道200上且随着扫描装置100相对于管道200移动而旋转的轮162连通的编码器163。编码器组件160由作为壳体102的一部分的托架167保持就位。轮162和编码器163安装在悬挂于悬臂梁166的相对的端处的轴上(未示出)，悬臂梁166在容纳在托架167上的轴165上枢转。轮162采用弹簧164而进行弹性加载，弹簧164将轮162推向管道从而接触管道200的表面。弹簧164可以是悬臂弹簧，其一端接触托架167，同时另一端接触轮162安装于其上的轴。也可以采用其他形式的弹簧(例如板簧、盘簧等等)。轮162不转动的话，弹簧164阻止扫描装置100在管道200上移动从而不会记录移动。编码器163内的传感器检测轮的旋转，这指示探头150沿着管道200移动时的相对位置。编码器163通过线缆166给计算机装置提供指示该位置的电信号，因此允许计算机装置将管道200上的特定位置与探头150的读数相关联。
[0048]扫描装置100还包括在扫描装置的第一端和第二端附近设置在底表面110上的多个硬化磨损销190 (参见图1A和2)从而防止波导器的损坏。该硬化磨损销190可由碳化物制造。在一个实施例中，至少一对碳化物磨损销在底表面110上设置在第一端114处，并且另一对碳化物磨损销在底表面110上设置在第二端116处。
[0049]在扫描装置100运行期间，波导器142通过耦合剂与管道200接触，如下文所述。在典型实施例中，波导器142可设置为以大体平行于管道200的纵向轴线的方向扫描。管道200的纵向轴线垂直于图3A中的纸平面。扫描装置100沿着管道200的表面(在水壁的热侧上)沿着管道的纵向轴线移动。该扫描装置100沿着管道200的表面移动，尽可能靠近隔膜202(参见图3A)以获取管道的位于隔膜的相对的侧上但是在与执行管道扫描的一侧的相同侧上的至少一个象限(90度)的扫描。参见图4，超声信号以预定角度引入管道200的壁中，该角度是由管道的几何形状和特性(即半径、材料、壁厚等等)确定的。
[0050]超声信号210通过波导器142折射并且在周向方向上行进通过管道壁，经过隔膜202。由于斯涅耳定律，当进入管道壁时，信号角度可额外折射大约10度。如图4显示及由附图标记220所示，超声信号210在周向方向上穿过管道壁。波束的电子扫描有助于获得经过隔膜的声音并且允许通过与裂缝更为垂直地相交对方向进行改善。当管道200的区段没有裂缝，波束穿过管道壁并且在计算机屏幕上产生背景频谱(不包含任何峰值)。当信号遭遇管道壁上的裂缝时，声音沿着其经过的路径反射回来并且由波导器142和探头150接收且通过线缆152提供给计算机。计算机屏幕显示包含更高幅度峰值的频谱(可与背景频谱区分开)，由此可检测裂缝的位置和近似尺寸。裂缝可通过此方法检测。在一个实施例中，为了完整扫描管道200的冷侧的裂缝，扫描装置100旋转180度并且随后沿着管道200 (再次在热侧上)以与之前在管道200的另一侧上行进的方向相反的方向行进。应该注意的是通过使用超声信号或具有更大强度的信号，可以沿着管道200的一侧在单次扫描中扫描管道200的整个冷侧裂缝。
[0051]现在将参考图3A详细描述确定管道200中的裂缝位置的方法。为了确定管道200的象限500中的裂缝位置，扫描装置沿着管道的象限300移动。超声信号(多个信号)逆时针经过管道200的隔膜202，并且如果在象限500中存在任何裂缝，该信号会返回回来并且显示在计算机屏幕上。为了确定同一管道200的象限600中的裂缝位置，扫描装置沿着管道的象限400移动。超声信号顺时针经过管道200的隔膜202，并且如果在象限600中存在任何裂缝，信号会返回回来并且显示在计算机屏幕上。管道的被扫描部分的二维或三维视图可显示在计算机屏幕上。
[0052]在一个实施例中，在制造扫描装置100的一个方法中，壳体102首先由包含附加制造的方法打印。附加制造也称作3-D制造。壳体102制造为包含用于容纳磁体和螺丝组件120A、120B和120C的空腔。该壳体102还包括容纳波导器组件140和编码器组件160的空腔。用于传送耦合剂的管道180、182和184也整体地包含在壳体102内。换句话说，管道180、182和184形成在壳体内并且为单独插入壳体内。
[0053]磁体和螺丝组件120A、120B和120C随后固定到壳体102上。软吸收材料条126A和126B(例如毡)随后结合到壳体102上。波导器组件140和编码器组件160随后固定到壳体102上。碳化物磨损销随后可分别设置在第三磁体和螺丝组件120C和壳体102的弯曲底表面中。磁体和螺丝组件以及波导器组件的位置可通过转动这些组件各自的螺丝上的螺帽来调整。导管和电力供应随后在它们的相应位置上连接到上面详细描述的壳体102上。
[0054]本文公开的扫描装置和方法具有许多优点。扫描装置采用附加制造技术(也称为三维打印或快速原型制作)打印而成，这使得他们轻量化、紧凑化、经济化和舒适化。扫描装置采用特定曲率打印，该曲率与水壁管道的外径匹配。扫描装置具有编码器，编码器具有弹簧加载式轮以防止沿着水壁管道的外表面移位时的滑动，从而允许精确的确定管道上的轴向位置。扫描装置具有自带的水通道和通路，用于输送耦合剂到探头。其具有毡插件，有助于管道湿润和耦合剂的围堵。其还具有碳化物磨损销来限制探头波导器的磨损。
[0055]应该理解的是，尽管术语“第一”、“第二”、“第三”等等可在本文用来描述各种元件、构件、区域、层和/或区段，但是这些元件、构件、区域、层和/或区段不应该由这些术语限制。这些术语仅仅用于将一个元件、构件、区域、层或区段与另一个元件、构件、区域、层或区段区别开来。因此下面讨论的“第一元件”、“第一构件”、“第一区域”、“第一层”或“第一区段”也可称作第二元件、第二构件、第二区域、第二层或第二区段，而不脱离本文的教导。
[0056]本文使用的术语的目的仅仅是描述特定实施例而不是打算用作限制。如本文使用的，单数形式如“一”或“一个”和“该”意于也包括复数形式，除非上下文中明确地另有指示。应该进一步理解的是术语“包括”和/或“含有”或“包含”当使用在此说明书中时，特别指明特征、区域、整体、步骤、操作、元件和/或构件的存在，而不是排除一个或多个其他特征、区域、整体、步骤、操作、元件、构件和/或它们的组合的存在或增加。
[0057]此外，相对的术语，例如“较低”或“底部”和“较高”或“顶部”，可在本文用来描述图中示出的一个元件相对于另一个元件的关系。应该理解的是，除了图中所示的方向，相对的术语意图包含装置的不同方向。例如，如果附图之一中的装置翻转，描述为处于其他元件“较低”侧的元件会定向在其他元件的“较高”侧。示例性术语“较低”因此能包含“较低”和“较高”的定向，这取决于附图的特定定向。类似地，如果附图之一中的装置翻转，描述为在其他元件“之下”或“下面”的元件则定向为在其它元件“之上”。示例性术语“下面”或“之下”因此能包含下面也包含上面的定向。
[0058]除非另外定义，否则本文使用的所有术语(包括技术的或科学的术语)具有与本公开所属的本领域技术人员通常理解的相同的意思。应该进一步理解的是，术语，例如那些在通常使用的字典中定义的，应该理解为具有与相关【背景技术】和本公开的上下文一致的意思，并且不会再以理想或者过于正式的含义进行解释，除非在本文明确地进行限定。
[0059]本文参考截面图描述的示例性实施例是理想实施例的示意图。同样地，预期到有由于例如制造技术和/或公差而产生的相对于图示的形状的变化。因此，本文描述的实施例不应解释为限于本文示出的区域的特定形状，而是包括由于例如制造产生的形状的偏离。例如，示出或描述为平坦的区域可能典型地具有粗糙和/或非直线的特性。此外，示出的锐角可能是圆角的。因此，附图中示出的区域本意是示意性的并且其形状不打算示出区域的精确形状且不打算限制本发明权利要求的范围。
[0060]本文使用的术语和/或既指“和”也指“或”。例如，“A和/或B”解释为表示A、B或者A和B。
[0061]过渡术语“包含”包括过渡术语“基本上由...组成”和“由...组成”且可与“包
括”互换。
[0062]尽管本发明公开了典型实施例，但是本领域技术人员应该理解的是，可以作出各种变形，并且其元件可用等价物替换，而不脱离公开的实施例的范围。此外，可以作出许多修改来使特定的情形或材料适应本公开的教导，而不脱离本公开的实质范围。因此，本公开不打算限于作为构想来实施本公开的最佳模式的特定实施例。
【权利要求】
1.一种用于执行管道的超声非破坏性测试的扫描装置，包括: 壳体；所述壳体具有底表面，所述底表面凹形地弯曲而具有空腔，以容纳波导器组件和编码器组件； 其中所述波导器组件包括相互连通的波导器和探头；所述波导器具有至少一个表面，所述至少一个表面的轮廓设置成匹配所述管道的外表面；其中所述波导器有助于所述探头产生的超声信号传入所述管道；并且 其中所述编码器组件包括与所述管道接触的弹簧加载式轮；并且其中随着所述扫描装置沿所述管道的纵向轴线方向移动，所述编码器组件提供指示所述探头相对于所述管道上的一位置进行的定位的信号；其中所述扫描装置用来在定位在水壁的一侧上时检测所述水壁的相对的侧上的裂缝。
2.根据权利要求1的扫描装置，其特征在于，所述扫描装置进一步包括通过螺丝固定到壳体上的磁体和螺丝组件；并且其中所述磁体和螺丝组件的磁体是圆柱形磁体，并且用来促进所述扫描装置和其特性待测的管道之间的接触。
3.根据权利要求1的扫描装置，其特征在于，所述壳体包含热塑性聚合物、热固性聚合物或它们的组合。
4.根据权利要求2的扫描装置，其特征在于，所述壳体包括至少两个磁体和螺丝组件，并且其中所述至少两个磁体和螺丝组件设置在所述波导器组件的相对的侧。
5.根据权利要求1的扫描装置，其特征在于，所述壳体包括至少三个磁体和螺丝组件，并且其中所述磁体和螺丝组件中的至少两个直接设置在所述波导器组件的相对的侧。
6.根据权利要求1的扫描装置，其特征在于，进一步包括与所述壳体接触的、设置在所述波导器组件的相对的侧的两条软吸收材料，其中所述软吸收材料用来在波导器和所述管道之间提供耦合剂膜；其 中所述耦合剂用来从所述波导器向所述管道传递超声束。
7.根据权利要求6的扫描装置，其特征在于，所述软吸收材料是毡。
8.根据权利要求6的扫描装置，其特征在于，进一步包括与所述软吸收材料处于流体连通的耦合剂管道。
9.根据权利要求1的扫描装置，其特征在于，所述弹簧加载式轮用来测量所述扫描装置沿所述管道的纵向轴线方向的移动。
10.根据权利要求1的扫描装置，其特征在于，所述弹簧加载式轮安装在悬臂的一端处。
11.根据权利要求1的扫描装置，其特征在于，所述弹簧加载式轮与关于其在所述管道上的位置测量所述扫描器的位置的编码器。
12.根据权利要求1的扫描装置，其特征在于，所述探头是相控阵探头。
13.根据权利要求1的扫描装置，其特征在于，所述波导器用来在周向方向上将超声波从所述探头引导到所述管道的壁中。
14.根据权利要求1的扫描装置，其特征在于，旋转所述磁体和螺丝组件上的螺丝会使所述磁体朝向或远离所述管道移动。
15.根据权利要求1的扫描装置，其特征在于，所述探头相对于所述探头的中心线以20到40度的入射角接触所述波导器。
16.根据权利要求1的扫描装置，其特征在于，所述波导器包含透光材料。
17.根据权利要求1的扫描装置，其特征在于，所述壳体包括设置在楔组件的至少一侧上的端口 ；所述端口用来排出耦合剂。
18.根据权利要求1的扫描装置，其特征在于，使用具有弹簧加载式球的螺丝来将所述波导器组件定位在所述壳体中。
19.根据权利要求1的扫描装置，其特征在于，可滑动保持器容纳具有所述弹簧加载式球的所述螺丝。
20.根据权利要求1的扫描装置，其特征在于，能够通过将所述可滑动保持器滑出所述壳体而将所述可滑动保持器从所述壳体移除。
21.—种方法,包括: 将扫描装置设置在管道上，所述扫描装置包括: 壳体；所述壳体具有底表面，所述底表面凹形地弯曲而具有空腔，以容纳波导器组件和编码器组件；其中所述波导器组件包括相互连通的波导器和探头；所述波导器具有至少一个表面，所述至少一个表面的轮廓设置成匹配所述管道的外表面；其中所述波导器有助于由所述探头产生的超声信号传入所述管道；并且其中所述编码器组件包括与所述管道接触的弹簧加载式轮；并且其中随着所述扫描装置沿所述管道的纵向轴线方向移动，所述编码器组件提供指示所述探头相对于所述管道上的一位置进行的定位的信号； 使所述波导器与所述管道的表面接触； 相对于所述探头的中心线以20到40度的入射角将超声信号引入所述管道；并且其中所述超声信号在周向方向上穿过壁厚； 当所述超声信号接触所述管道中的裂缝时，通过所述波导器回收所述超声信号；并且 分析所述超声信号以确定所述管道中裂缝的位置。
22.根据权利要求21的方法，其特征在于，进一步包括在所述管道的表面上设置耦合剂，以有助于所述波导器和所述管道的表面之间的接触。
23.根据权利要求21的方法，其特征在于，进一步包括将结果显示且存储在计算机上。
24.根据权利要求21的方法，其特征在于，所述波导器导引的折射超声信号在管道壁的圆周中覆盖大约90度。
25.根据权利要求21的方法，其特征在于，进一步包括使所述扫描装置在所述管道上沿第一方向移动。
26.根据权利要求25的方法，其特征在于，进一步包括使所述扫描装置在所述管道上沿第二方向移动，其中所述第二方向与所述第一方向相反。
27.根据权利要求21的方法，其特征在于，数据显示在计算机屏幕上。
28.根据权利要求21的方法，其特征在于，折射超声波信号被从扫描装置所处的一侧引导到水壁管道的相对的侧。
29.根据权利要求27的方法，其特征在于，数据以二维图像的形式或三维图像的形式显不O
30.根据权利要求21的方法，其特征在于，进一步包括将磁体和螺丝组件设置在所述壳体中；其中所述磁体和螺丝组件通过螺丝固定到所述壳体上；并且其中所述磁体和螺丝组件的磁体用来促进所述扫描装置和其特性待测量的管道之间的接触。
【文档编号】G01N29/04GK103728372SQ201310607725
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年10月12日 优先权日:2012年10月12日
【发明者】J·L·布里格纳, L·D·基德, R·E·鲁卡斯, C·D·库尔 申请人:阿尔斯通技术有限公司