专利名称:超声波无损管道探伤系统的制作方法
本发明涉及管形产品的检验系统，特别是关系到管壁在使用中经受剥蚀和减薄的那些产品。具体说。本发明涉及到检查管壁的减薄区域的探伤系统，和确定“损耗”范围(即报废的材料容积)的系统。同时，本发明可用于检验任何型式的管形产品，而且特别适用于检查核动力蒸汽发生器的热交换管。
一台核动力蒸汽发生器包含有许多正方间隔排列的直立管子，而且它们的下端装进到一个管板中，从核反应堆芯循环加热过的一次液体即在这些管内循环流动。同时，二次液体(即所谓的给水)则在管外循环，并借助热交换将管内一次液体中的热量传递给围绕着管子的二次液体，使一部分二次液体转化为蒸汽。
沉积物不可避免地从给水中沉积出来，而且沿着管壳累积起来产生所谓的“结垢”。这种结垢改变了给水的化学品质，腐蚀着管子外表面，从而造成管子的局部蚀斑、腐蚀损耗或裂纹。而且由于管道磨损等的结果使整体管子的机械应力降低。
在核动力蒸汽发生器中的带放射性的一次液体与二次液体间的隔离是极端重要的。因此在现有技术中的测试手段是采用测试发生器的管子的完善性。这样的一种检验措施是将一个感应故障的探头插进一根管子里，然后以一恒定的速率撤回它。当探出管内的某部份有缺陷时，则采用加套管的办法来补偿，也即在有缺陷的管内加上辅助套管，借此使管子恢复到它正常的热交换容量。
通常测试管道好否是采用涡流技术，即由一个探头建立一个电磁场，由此在管壁上感应出涡电流，然后用探头中的传感器进行检测。涡流的大小随管壁上的不均匀度而变化。因而用涡流技术检测和表征许多类型的管蚀，例如裂纹、蚀斑、磨损等是成功的。然而这类技术用以检测尺寸小于管壁厚度的10%左右的不均匀度时得出的结果并不可靠。因而，当必须对管子损坏的特征精确表征，以对所表征的性能进行评价时，涡流探伤法并不总是能满足要求的。举例来说，准确估计管子的侵蚀或磨损，即管壁变薄程度，它需要数据，即和管壁所失去的材料体积有关的数据。即使磨痕很浅，如果占的面积很大的话则这一体积仍可能相当可观。而涡流技术对于那样薄的磨痕是不能精确地检测和表征的。
本发明涉及到一种改进的管子探伤系统，它没有现有探伤系统的那些缺点，而在构造和操作方面增加了一些优点。
本发明的总目的为提供一种经改进能够检测和表示出管壁不均匀度相当小的管子探伤系统，包括能检测出尺寸变化小于管壁厚度约10%的那些缺陷;提供一个利用超声波技术检测管壁变薄的探伤系统;提供一个能产生足够数据的前述探伤系统，以确定从管壁上失去的材料体积;提供前述的一个探伤系统，它能产生三维的轮廓图表示变薄的管壁;以及提供一个前述类型的改进系统，它能使超声波探头准确地在被检测的管道上定位和移动。
本发明的以上及其它目的的实现是靠提供一个这样的系统达到的，该系统为确定在核动力蒸汽发生器的热交换管管壁的蚀损区域有多大。该系统包括有带传感器和控制器的超声波装置、传感器根据控制器的控制来发射超声波和接受通常平行于发射轴的反射波;与传感器相耦接的驱动装置，用来使传感器轴向和旋转地在一个管内沿着探伤区带着与管子成幅向排列的幅射轴移动，以致沿着管壁描出一个螺旋形轨迹;控制器，响应从管壁内外表面反射过来的超声波，从而产生指示管壁厚度的厚度信号;位置信号发生装置，分别指示传感器在管道内的轴向和转角位置;响应厚度信号和位置信号的处理装置，用来制出围绕整个园周，并沿予定的轴向长度的管壁厚度图，从而提供出一张管壁厚度变薄区的管壁厚度图。
为了便于理解本发明，附图示出了一个较佳实施方案，参照该图，结合下述说明很容易理解本发明的结构、操作和许多优点。
图1为核动力蒸汽发生器容器的下端的局部剖视图，示意地说明本发明的较佳实施例中的探伤系统;
图2为本发明中探伤系统的一个较佳实施例的方框图;
图3为本发明较佳实施例中控制箱的放大正面视图;
图4为说明探头调位装置的安装和使用方式的部份纵剖面放大图;
图5为图4的探头调位装置的部份正面剖视图，容器盖已被拆除;
图6是图5的探头调位装置顶面视图，反时针转了90°;
图7是图6的探头调位装置的部份侧视图，下部侧视并把部份外壳拆去;
图8是图5的探头调位装置的立面剖视图;
图9是探头组件的侧视放大图;
图10是液体耦合装置的顶视图;
图11是图10装置的部份剖视放大图，取自剖面线11-11;
图12是图10装置的部分剖视放大图，取自剖面线12-12;
图13A和13B是控制和数据处理电路的电气接线图;
图14是图9探头组件的一个定心环的平面图;以及图5是由图13A和13B的电路产生的一段管壁磨损的二维示图，并显示在控制箱中的录波器上。
现参照附图1～3解释根据本发明特点所构成和实施的一个探伤系统，用标号20标示。该探伤系统专门适用于一个核动力蒸汽发生站中，更详细地说，如图所示，这样的蒸汽发生站包括有一个蒸汽发生器，它的下端为部分球形外壳22并带有一个或多个人孔23(图中为一个)，以便人能进到一次小室24中。一次小室24的上部整个地用一个园形管板25盖住，该管板上有许多竖向孔，许多热交换管子26的下端即插装在这些孔中，图中只示出了其中一部分。这些管子可以是倒U形的且设在管板25的上方以便与其周围的补给水进行热交换。
每根管子26具有园柱形管壁27(见图4)。众所周知，管壁27其外表面在使用中会因为磨擦及其它类型的侵蚀而形成壁损区28，造成管壁27变薄并危及到管子整体强度。该探伤系统20即是用于检查每根管子26并确定这些管壁磨损程度的一个系统。
参照图2，探伤系统20一般来说包括有一个控制箱30，该控制箱与插接件60相耦合，用于驱动超声波探头组件40轴向地进入相关的一根管子26中。该控制箱30还包括一个超声波厚度测量单元39，它通过电缆105与插接件60相接以便将驱动脉冲传送到探头组件40和从这里接收发出的有关管壁27厚度的信号。还有一个控制和数据处理电路130也包括在控制箱30中，它通过电缆107与插接件60相接，以便将驱动电力传输给60并由之接收有关探头组件40的轴向及角位置信号。控制和数据处理电路130，对从超声波厚度测量单元39来的位置和厚度信号进行处理，并在示波器31上产生一个显示管壁27的探伤区的厚度图形。
一个空气导管78将插接件60连接到压缩空气源用以操作有关的凸轮锁固组件，这一点说明如下。将从耦合液体装置110经过导管120来的耦合液穿过探头组件40而充到管子26中，该耦合液体装置110是由控制和数据处理电路130通过电缆129来控制的。从探头组件40和插接件60来的数据可以暂存在磁带录音机158中，而在示波器31上显示的信号也输出到一个X-Y绘图器159内。为了将示波器31上的和超声波厚度测量单元39上的显示信号记录下来，也可设置一个示波照像机170和/或电视摄象机171并附有磁带录音机172(见图2)。
探伤系统20包括有一个控制箱30，其中有许多控制部件和显示设备。参照图2和3可看到该控制箱30包括有一台示波器31和许多仪表32、33及34，可以是电流表，用以监视控制电流，详细解释见后。在控制箱30的前屏上设置许多控制开关35、36、37、38和135以便操作系统20进行各项工作，也解释于后。安装在控制箱30下部的是一个超声波厚度测量单元39(即图2最上部所示的方块)，该单元可为市场上卖的商标为“NOVASCOPE”，型号为NO。2000由NDT仪器公司经营的产品。该厚度测量元件39的工作将详细解释于后。
现在再参照图4，5和9，图上是与厚度测量元件39一起工作的一个探头组件，其整体标号为40。探头组件40包括有一个细长的管形元件41(图9)，它有一段扩经段42，42上设有径向通到外面的出口孔43，在扩经段42的一侧设有一个凹槽44用以装设超声波传感器45，此传感器产生超声波并通过窗口46径向地将超声波发射出去。在管形元件41的周围除去扩经段42外还有许多在轴向相互隔开的交替排列的分隔器47和定心环48。定心环48最好是带有径向延伸出的挠性齿49形成玫瑰花的形状(见图14)，其最大外径最好是基本上等于相关的管子26的内径。因此，在探头组件40被轴向地插进管子26内时，定心环48将弹性地并且滑动地与管子26的内表面相配合，以及基本上保持探头40的位置与管子26同轴，见图4即清楚。扩经段42的直径最好比管子26的内径稍微小一些。
管形元件41的下端接有一个调节器50(见图4和图5)。更具体地说，调节器50有一个内螺纹的端部51，管形元件41下端的外螺纹连接P52可以拧入它(见图9)。调节器50的下端设有一个凸端53(图5)，它被插入到相关的可挠性空心驱动轴55的一端内，并形成可调节连接，而55的外端则插接到设在调节器57上的凸接合部56上。可见如果必要的话，利用适当的调节器将几段挠性驱动轴55相互连接起来，就能得到所期望的任意长度的轴。经过挠性驱动轴55伸到探头组件40的管形元件41有一根细长电缆54，电缆的一端与传感器45相接。最好是在电缆54上设一些接线盒59(见图5)以便将多段电缆54按要求的目的连接在一起得到任意所需要的长度。电缆54来回地传送传感器45的信号，下面还要细讲。在调节器57的下端设有外螺纹凸件58。
探头组件40及其附带的挠性驱动轴55相配接且接到插接件60中。参照详图4-8，插接件60具有一个平的，一般为三角形的基座61，在它上面装有防护型箱体62。该箱体包括有一个后壁63，前壁64，侧壁65和66，以及一个底板67，箱体62的上端被一块盖板61盖住。有一个手柄68被装在后壁63上的托架69固定住，利用它很容易用手持动插接件60。
悬挂地安装在基座61的相对两端的是两个凸轮闸阀组件，整体标号为70。每个凸轮闸阀组件70包括有一个气缸71，其中设有活塞杆或滑阀72，活塞杆或滑阀72则经过基座61上的相应开口向上伸出。滑阀72的直径明显小于管子26的内径，并且有一个锥形尖端73，以便于插到管子26中。围在滑阀72外面的是一个膨胀套管74，其上设有一些幅向回转爪75。当滑阀72向上穿过膨胀套管74移动时，回转爪张开并使之与相应的管子26的内表面以摩擦方式移动(见图4)。
这样一来，在使用中这两个凸轮闸阀组件70就通过膨胀套管74纳入到两根管子26中，从而牢固定地使插接件60贴附在管板25的底面上。设在基底61上的定位凸台76使管板75的底面与插接件60配合在与其底板保持适当的距离处。由下述可知插接件60将与一个具体型式的核动力蒸汽发生器中的一定节距的管阵相配合。它是这样安排的，即凸轮闸阀组件70安装好以后，如图4所示，它使插接件60固定在适于将探头组件40插入到中间一根管子26中，下面还要解释。对于节距不等的管阵则采用排列距离不相等的插接件，它的凸轮闸阀组件70具有不相等的间距。以下将会看清，凸轮闸阀组件70将通过导管78(见图2和图7)与一个辅助的压缩空气源偶合。
插接件60包括一个驱动装置，其整体标号为80。驱动装置80包括一个可逆齿轮马达81。在81的输出轴上装有一小齿轮82，它与轴向延伸的正齿轮83以螺纹啮合，正齿轮83与固定在延伸的管状空心轴85上的移动齿轮84也可以螺纹啮合。轴85靠固定在基座61上的轴封支承在支持轴承86上，并通过基座61中的一个开口向上延伸。轴85在紧挨移动齿轮84下方的部分与带内螺纹的轴套87以螺纹啮合。在基座61和轴套87的下方均有几英寸空间。最好设几个限制开关(未示出)，在轴85刚到达它的轴向行程末端前，将齿轮马达电源切断，以防止损坏移动齿轮与基座61的接合或与轴套87的啮合。
轴85的上端设有一个连接器89，用以安装一个可挠空心密封90。该密封的外径比相关的管子26的内径大得多，它转动地与一个空心的带内螺纹的接头91偶合，接头91与连接器57的阳接头以螺纹咬合以将可挠驱动轴55的下端与轴85相连。于是，轴85作轴向和旋转移动的同时，可挠驱动轴55和探头组件40也对应作轴向和旋转移动。
正齿轮83与固定到环形编码器93轴上的一个齿轮92互相咬合(图5和图7)。该编码器可以是一个电位计，它将产生一个轴85和传感器45的角位置信号指示。插接件60还包括一个直线编码器94(图7)，该编码器也可以是一个带滑动器的电位计，滑动器(图上未表示)靠轴85带的一个支架106卡固住。于是，当轴85轴向移动时，滑动器也移动，以使编码器94产生一个轴85和传感器45的轴向位置信号指示。来自编码器93和94的这些信号经电缆107分别通过导体108和109送到控制和数据处理电路130。此方法将在下面作更详细的说明。
在轴套87的下方，套卡95围绕着轴85并卡住轴，套卡95带有适当的环形密封(未示出)，套卡95靠适当的导管(未示出)经底壁63延伸连到接头96，为了来回传输液体耦合装置110的耦合液，接头96同样也连到导管120上。在套卡95内的轴段85上有一个孔眼(未示出)，以将耦合液引入到空心管轴里，这段导管具有足够长度，以适应轴85的轴向移动。
靠适当的几个风动导管(见图8)通过底壁63中的接头将每个凸轮闸阀组件70与各导管97相连(图5和7)，依次，导管97连到一个控制阀98，控制阀98与阀门99相连，阀门99通过适当的接头连到导管78，通往压缩空气源(图2和7)。控制阀98在底壁63上设一个触发开关98a(图8)，用以有选择地控制向哪个导管97供给空气。当向一根导管97供给空气时，空气被送到气缸71的下端用以伸长滑阀，而当别的导管97供给空气时，空气被送到气缸71的上端，使滑阀撤回。
轴85的下端通过一个合适的接合器100和插座101与一个集流环102相连，在轴85旋转期间，集流环102与电缆54保持电气接触，集流环102借助装在支架106上并可在它那里移动的支架104与一个连接器103相连。连接器103靠一段同轴电缆104a(图7)连到后壁63中的一个插座接头104b上(图5和8)，然后接头104b连电缆105而通往控制箱30。该段电缆104a的末端是一个匹配阻抗105a(图5)。由此可见，各种信号经过同轴电缆105、电缆段104a、集流环102和电缆54在超声波厚度测量元件39和探头组件40间传送。
现在参看图10-12，液体偶合装置110包括一个类似盒状的箱子111，箱子111设一个可拆卸的盖子112，箱子里面装有一个储存容器113，它可做成塑料瓶或类似开关，容器113的上端设有一个开口，以容纳一个三通接头114。导管115从容器113的底部附近延伸，通过接头114，直到泵116的入口。泵116由泵电动机116a驱动，泵116的出口靠一根导管117达到一个三通118上，三通118依次经过盖112中的一个接头119连到导管120，通往插接件60。为了防止倒流，最好该泵装有逆止阀。
另一个导管121从三通118延伸到起动电磁阀122的出口，阀122出口连到导管123，导管123通过接头114延伸到容器113的底部。另一个导管124从接头114延伸到盖112上的一个排气接头125，用以排出容器113的空气。在盖112上还设有一个电气接线柱126，通过此接线柱126将用以使阀门122带电的各导体128和用以使泵马达116a通电的各个导体127相连。这些导体127和128构成了在液体偶合装置110和控制箱30的控制和数据处理电路130之间延伸的电缆129的一部分。
在操作中，当需要将耦合液输送到插接件60时，关闭阀门122，起动泵116，将液体从容器113打到插接件60。在超声波探伤期间，停止泵116，阀门122即保挤关闭。为了回收耦合液，打开阀门122，依靠重力耦合液即流回容器113中。
现在参照图13A和13B对控制和数据处理电路进行说明。为了看电路图，先应将图13A和13B接合好。控制和数据处理电路130包括缓冲放大器131和132。每个缓冲放大器最好为单一增益工作放大器电路，该放大器的输入分别与来自插接件60中的旋转编码器93和直线编码器94的输出处延伸来的导体108及109相连。来自超声波厚度测量元件39的一个厚度指示信号，通过导体133供给双倍放大加法器134的双倍增益输入端，加法器134的外侧输入端与缓冲放大器132的输出相连，加法器134的输出被加到一个具有b、C极的三极双投选择开关的C极的固定接点上，更具体说，选择开关L135具有一组可动接点136a、136b和136c，第一组固定接点137a、137b、137c及第二组固定接点138a、138b和138c。在正常工作时，可动接点136a-c分别与固定接点137a-c相接。
可动接头136a-c也分别与电缆139的(见图2)各个导体相连，电缆139从控制和数据处理电路130延伸至控制箱30的示波器31上。更具体说，可动接点136a连到示波器31的回扫熄灭电路，可动接点136b和136c分别与示波器31的水平和垂直输入相连。固定接点137a与包括两个运算放大器的闭锁电路150的输出相连，150的两个输入与缓冲放大器131的输出相连，也连到固定接点137b上。
于是可见，在选择开关135处于如图13a和13b的正常位置时，来自于旋转编码器93的相当于传感器45的水平位置的信号经缓冲放大器131和开关135的“b”极送到示波器的水平输入。闭锁电路150根据由旋转编码器产生的锯齿波电压的角位置信号工作，同时产生一个闭锁脉冲。该脉冲经开关135“a”极加到示波器31，以消除示波器显示的回扫线。来自直线编码器94的表示传感器45的轴向或垂直位置信号，首先在加法器中与来自超声波厚度测量元件39的厚度信号的两倍相加，后经开关135的“C”极加到示波器的垂直输入上。
为了以后使用，位置和厚度信号还同时被储存在磁带录音器158中。这样，缓冲放大器131和132的输出及导体133上的厚度信号分别加到工作放大器电路140、141、142的输入上，140、141、142的输出端子143、144、145经电缆157(图2)分别与磁带录音机158的输入相连。
本发明的一个重要方面是示波器31上显示的是来自存储在磁带录音器158上的信号，而不是直接来自从插接件60和超声波厚度测量元件39接收来的信号。这样，切换选择开关135的可动接点136a-C就分别地与固定接点138a-C相接触。接点138C与工作放大器加法器149的输出相连，149的输入分别与工作放大器电路147和148的输出相连，后者的输入端是双倍放大的输入端。接点138b连到工作放大器电路146的输出端;接点138连到闭锁电路151的输出端;151的输入与工作放大器电路146的输出相连;工作放大器电路146、147、148经导体161、162、163分别地连到磁带录音器158的输出上，导体161、162、163分别传送角度和径向位置信号以及厚度信号。导体161、162、163成了在磁带录音器158和控制及数据处理电路130(见图2)之间延伸的电缆160的一部分。传送到示波器31的水平和垂直信号也可由导体164和164a传送至一台X-Y绘器159上(见图2)。
控制和数据处理电路130还包括一个马达控制电路152，电路152上的输出端子153通过电缆107将电源加到插接件60中的驱动装置80的齿轮马达81上。马达控制电路152包括双极、双投开关35，此开关装在控制箱30(见图3)的前板上。开关35偏向正常关断(OFF)位置并可分别上下移动到前行(FWD)及反向(REV)位置，用以控制齿轮马达81的转动方向和操作探头组件40插入或退出。
控制电路140还通过单极、单投开关36和37分别向电磁阀127和128的输出端供电，经电缆129分别地控制电磁阀127和128及液体偶合装置110的泵电动机116a。安培计32、33和34分别与输出端子153、127和128串联，用以指示齿轮马达81、电磁阀122和泵马达116a上的电流。同样，在每个激励电路中连接发光二极管155，当这些电路通电时有一个直观指示。B+和B-通过电源线路158为控制和处理电路130的工作放大器供电，158通过一个“开-关”电源开关38与117伏交流线路相连，在电源的两输出端子上跨接一个发光二极管155以提供接通电源的指示。最好电源156对马达控制电路152的输入端也提供24伏直流电源。
现在再看图15，参照它对检查系统20的工作进行说明。图15是一幅经检查系统20对一根管子26伤区作探伤后在示波器31上描绘的管子蚀损曲线图。插接件60及有关的探头装置20由一个工作人员通过人孔23带进蒸汽发生器的一次小室21里，检查系统的剩余部分放在蒸汽发生器一次小室21的外边，例如在一辆相应的监测拖车中，与插接件60通过图20所示的电缆线相连。
按常规，管壁上可能的蚀损区已用其它探伤技术定好位置。对于已给定的管道26，要选择好足够长度的可挠驱动轴55，以使能达到管壁预定的伤区位置邻近的探伤区。当适当长度的挠性驱动轴已与轴85连接好，且在可挠驱动轴的未端已装上探头装置40时，将探头装置40插入所选的管子26中，并用人将它向管子26中推进，直到全部长度进入管子26，然后，人为地将插接件向上抬，进入选择的管子26，插到轴85的上端部位置，插接件60定位以使凸轮定位膨胀套管74的上端分别地被纳入邻近的管子26，如图4所示。直至定位凸台76靠压在管板25的底表面上，插接件外壳62上的触发开关98a即动作，按上面所知的方法，将压缩空气供至凸轮闸阀气缸71的下端，滑阀72伸长使回转爪75张开，插接件60在管板25处固定紧。
由此可见，当探头组件40插进管子26时，定心环48有弹性地可动地与管子26的内表面接触，以保持传感器45在管子26的中心，同时，密封90与管子周围的内表面也有弹性可滑动地接合，从而，提供了一种可滑动的液体紧密封。当探头组件40插进管子26时，传感器45定位，以使其通过窗口46发射超声波和接收基本上平行于发射轴的反射波，该发射轴大体上沿管子26的径向排列。当插件安装就位时，工作人员撤离蒸汽发生器21，且剩下的探伤操作是由控制箱30遥控进行。
遥控工作人员首先投入控制箱30上的开关38，使控制和数据处理电路130通电，然后，将开关36和37接通，给管子26供耦合液。一般，耦合液用润滑剂或不带润滑剂的水，因为超声波必须有传递媒介，而用水作媒介比空气更容易耦合、损失更少。闭合开关37，电磁阀122关闭，合开关36，泵电动机116a带电、泵116起动，于是经导管115、泵116、导管117、三通118、接头119、导管120、接头96，耦合液从存储容器113打进插接件60。然后，液体通过插件壳62中的一根导管输送到围绕轴85的套壳95，再通过轴85上的相应开口并由此经轴85、可挠驱动轴55和探头组件40的管形元件41流动，通过管形元件中的出口溢进管子26中。管子26中注入足够的液体，即从密封90至预期的伤区之上的部分完全注满。一旦管子26注满到足够高的液位，可停止泵马达，由于泵的单向特性，电磁阀也随之关闭，从而防止耦合液逆向流回容器113中。
接着，正式进行探伤测试。工作人员将选择开关35向上移至前行FWD位置，使齿轮马达81通电。轴85渐渐上升进入管子26中，直至轴85已完全伸长，最好可挠驱动轴55的长度选择好，以致插接件60定位如图4的位置时，可挠驱动轴55在管子26中被充分延伸，传感器45将固定在伤区的上端，正好在可能的管子伤区28的位置的上部。
如果想得到一个直接检测实时结果，将选择开关135放置在图13A和13B所示的正常位置，使位置和厚度信号直接送到示波器31上。如果需要，还可送至X-Y绘迹器159。然后，使超声波厚度测量元件通电，用以将高电压脉冲通过电缆105传输到插接件60，并从这里经过电缆104a和54传输到探头组件40中的传感器45。这些脉冲使传感器45发射出一预定功率和频率、幅向指向管壁27的超声波。
从管壁27的内外表面反射的所有超声波信号返回传感器并转换成电信号。该电信号沿电缆54、104和105，传输到超声波厚度测量元件39。从管壁27的内外表面来的两个反射信号恰好按管壁27的厚度成正比的周期及时相分开。该超声波厚度测量单元39包括一个接收回路，它及时地将两个反射信号之差转换成表示管壁厚度的电压值，导体133上的表示管壁厚度的电压值输到(见图2和13b)控制和数据处理电路130。
接着开始探伤扫描，工作人员将选择开关向下拨到反向位置，使齿轮马达81带电，以使轴85退到插接件60中，因为轴85在撤回时正在螺旋形地转动，因此从传感器发射的超声波描绘一张沿管壁27向下的螺旋线轨迹。最好在探伤工作开始前，对检查系统20作完校正，使旋转编码器93和直线编码器94处于相对于图15中曲线的左上角位置，此位置代表角和轴位移为零。关于以下内容将在图15上注示出，水平轴代表角和园周位移，而垂直轴代表轴和垂直位移加管壁厚度。图的上部对应管子26的顶部，图的下部对应管子的底部。
来自旋转和直线编码器93和94的轴向和角位置信号经电缆107送至控制和数据处理电路130。靠导体将角位置信号加到缓冲放大器131输入端，131的输出加到工作放大器140的输入端，也经开关135的“b”极加到示波器31的水平输入端。缓冲放大器131的输出还加到闭锁电路150的两个工作放大器上，工作放大器产生一个闭锁信号，通过选择开关135的“a”极加到示波器31的闭锁输入端，每当传感器45转完360°时，该闭锁电路130即产生一个闭锁脉冲，以对示波器31提供对回扫的闭锁。靠导体109将轴向位置信号加到工作放大器132的输入端，放大器132的输出传送到加法器134的输入，加法器的另一个输入具有2倍增益，是来自加在导体133上，从厚度测量元件39来的厚度信号，加法器134的输出代表着轴位置信号和两倍的厚度信号，经选择开关135的“C”极加到示波器31的垂直输入上。
参看图15，示波器屏幕上的轨跡表示管壁27正常未减薄的厚度在屏幕的上部从左向右移动，只要厚度保持不变，轨跡将是一系列直线。每条直线说明传感器45转动一个360°，而直线之间间隔代表传感器45在变转时的轴向移动量。而示波器已示出的轨跡线166基本上呈水平线，这可作以下的简单说明实际上，这些轨跡线从左到右向下略有倾斜，以至每条轨跡的左手端与在先的右手端的轨跡电平相同。示波器31是一种存储式示波器，所以轨跡可在屏幕上保持住，以允许较长时间观看其整个曲线165。
当超声波束遇到管壁27厚度变薄的区域，示波器轨跡会出现167所表示的向下倾斜情况，该倾斜的垂直程度正比干管壁减薄的量值，即蚀损28的深度，倾斜的水平范围正比于蚀损的园周范围。于是，当传感器45在整个伤区移动完毕时，示波器屏幕上即得到一幅描绘伤区28的图168。参看图15的实例，绘出的伤区是深度从顶到底逐渐增加，上部伤区蚀深为D1，而下部蚀深为D2，伤区最大的园周宽度为H，其垂直或轴向范围为V。伤区蚀深是被放大了的，因为，在加法器134的输入端已将厚度幅值放大了一倍，以便更容易观察其管壁的蚀损情况。
也可以将示波器的视图换成数据表示，其数据也可以记录在磁带录音器158上，作为以后观察和进一步处理用。在此，需要指出，为了适合于磁带录音器158的输入量程，一般为±8伏，各缓冲放大器的输出和导体133上的厚度电压还分别地加到工作放大器140、141和142，以放大和修正角的和轴向的位置电压值及厚度电压值。然后，工作放大器电路140、141和142的输出经电缆157加到磁带录音器的输入端。
当要显示示波器31上储存的数据时，将选择开关135向下移到它的磁带位置，在那位置上，可动接点136a-C分别地与固定接点138a-C相接触，录音机158经过电缆160(包括导体161、162、和163)、传送分别载有角度和轴向的位置信号及厚度信号的存储数据。运转播放出所储存的数据。这些信号分别加到工作放大器电路146、147和148的输入，该电路146、147、148之设计系用以保证使储存的数据电压值与原始数据相同。放大器电路146的输出经选择开关135的“b”极加到示波器31的水平输入端，还加到闭锁电路151的每个放大器上，以上面所介绍的关于闭锁电路150的同样方式，该闭锁电路150的放大器产生回扫闭锁脉冲，经开关135的“a”极加到示波器的闭锁输入端。放大器电路147的输出加到加法器149的一个输入端，加法器149的另一个输入端接受放大器电路148的输出。加法器149与加法器134具有相同的功能，它的输出经开关135的“C”极加到示波器的垂直输入端。
探伤完毕时，将开关35移回OFF位置，使齿轮马达断电，此时轴85应在完全退出的位置。如果按反顺序进行探伤，即轴85向上螺旋式前进。插接件60停止运行前，轴85并不会退出。然后，动作开关37，切断电磁阀122电源，使耦合液依靠重力，从管子26经探头组件40中的出口43、管形元件41、可挠驱动轴55、驱动轴85、支架95、导管120、阀门122和导管123排回到容器113中。当耦合液从管子26和插接件60排出时，打开开关38，以切断控制和数据处理电路130电源。
工作人员然后重新进入一次小室24，投入插接件壳62上的搬扭开关98a，使凸轮滑阀72撤回，然后，从管板25和管子26拆去插接件60和连带的探头组件40。通过加上或拆去一些节段调节可挠驱动轴55的长度，使它适合于正在被探伤的管子26的另一个伤区或其它的一些管子26。再重复以上过程，将插接件60装在下一个要探伤的位置处。
示波器31上所显示的曲线，如图15所示，构成一幅准三维的管子蚀损图，此模拟显示为数据翻译提供了一种便利的形式，但如果需要，可以用一个计算机终端175(图2)(或实时或延时线后)对数据进行计算机分析，为了产生一幅真实的三维轮廓线图，该图本身主要是对管子26上损伤的材料体积进行计测。为了对从磁带录音机接收到的数据进行处理，用一个计算机程序做那样的进一步数据处理，它将已数据化了并存储在某存储器中的记录下来的数据，用某种语言名字表达出来，使这种数据能识别出诸如行列、体积、蒸汽发生器号码等等。
已发现的探伤系统20能对0.043英寸薄的管壁的管子分辨出相当于0.0005英寸深的管壁蚀减量，这说明本发明对先前的系统不能可靠地检测管壁不均匀度少于管壁厚度的10%这一点有了相当大的改进。
从前面所述可知，这里提供了一种改进的探伤系统，该系统利用超声波技术，其特点是灵敏度高、精度高，并能给出管子变薄范围及处理数据的精确图示以对材料蚀损的体积量进行测量。
申请号85105453文件名称 页 行 补正前 补正后说明书 1 6 ……正方间隔…… ……方形间隔……2 22 ……幅射轴移动…… ……幅射轴线移动……3 20 图5…… 图15……3 24 ……如图所示…… ……如图1所示……3 24 ……发生器， ……发生器21，6 20 ……方式移动…… ……方式配合……7 16 ……内径大得多…… ……内径稍大……8 16 ……滑阀，…… ……滑阀72，……8 16 ……当别的导管97供 ……当向导管97之一给…… 供给……9 9 ……122的出口， ……122的入口，9 14 ……导体128…… ……导体127……导体127…… 导体128……9 19 ……122即保挤…… ……122保持……11 5 ……的可动接点…… ……其可动接点……11 11 ……148经导体…… ……148的输入端经导体……11 16 ……绘器…… ……绘迹器……11 25 ……电磁阀 (删去)11 26 ……电磁阀127 ……电磁阀12212 1 和128…… (删去)12 11 ……26伤区…… ……26探伤区……12 12 ……装置20由…… ……装置40由……12 13 ……小室21里…… ……小室24里……
权利要求
1.一个测量核动力蒸汽发生器中热交换管的管壁蚀减范围的测量系统包括带有传感装置和控制装置的超声波装置；所述的传感装置响应该控制装置的操作而发射超声波和接收基本平行于发射轴的反射波，其特征为上述传感装置受驱动装置的驱动而在一根管子内沿着所选择的探伤区运动，且带着与管子成径向排列的发射轴线转动，以便使该发射轴沿着管壁描绘出螺旋形线迹；所述的控制装置响应来自管壁的内和外表面反射的超声波而产生一指示管壁厚度的厚度信号；产生位置信号的装置，用于分别指示出上述传感装置在管内的轴向和角度位置；以及数据处理装置，用于响应上述厚度和位置信号而产生沿着所选择的探伤区包括其整个周圈上的管壁厚度的线迹，由此而绘出一张该探伤区内管壁厚度图。
2.按照权利要求
1的系统，其特征为，所述的数据处理装置包括有加法装置，用于把厚度信号加到轴向位置信号上。
3.按照权利要求
2的系统，其中所述的数据处理装置包括为了把该厚度信号的幅值在加到该轴向位置信号之前放大一倍的装置。
4.按照权利要求
2的系统，还包括有显示装置，被连接来用作接受上述的角位置信号和上述加法装置的输出而显示出管壁厚度图形的。
5.按照权利要求
2的系统，还包括有存储装置，用于存储上述的厚度和位置信号。
6.按照权利要求
5的系统，其中所述的数据处理装置包括为了将存储的厚度信号加到存储的轴向位置信号上的第二加法装置;为了传送该存储的角位置信号和第二加法装置的输出到显示装置上的装置。
7.按照权利要求
1的系统，还包括有计算机装置，它籍存储程序的操作对所述的位置和厚度信号进行运算而产生一个三维的轮廓图，指示出管壁蚀损的面积和算出由此而损耗的材料容积。
8.按照权利要求
2的系统，其特征为，有一个存储着耦合液的容器，通过它超声波能以较低的衰耗而传播;为将一定量的耦合液从上述容器中送到管子中的装置，用以将探伤区的管段和传感装置的四周充满该液体，以便容易地在传感装置和管壁间传输超声波;用以产生分别指示传感装置在管内的轴向和角度位置的信号装置。
9.按照权利要求
8的系统，其特征为，所述的耦合液包括水。
10.按照权利要求
8的系统，其特征为，所述的为传输用的装置包括有，一个驱动液体的泵，以便把耦合液从容器中驱动到管内;一个控制耦合液从管内流到容器中的闸阀。
11.按照权利要求
10的系统，进一步的特征为，设有控制该泵和闸阀的装置，该泵和闸阀是并联地接在该容器和管子之间，当泵运行时间阀关闭，而闸阀被打开时泵停止驱动。
12.按照权利要求
11的系统，其特征为，所述的管形元件的外直径基本上小于相关连的蒸汽发生器管子的内直径;该探头装置包括有载在管形元件上的定心装置，以便准确地将该管形元件定位在蒸汽发生器管内并与管子同轴。
13.按照权利要求
12的系统，其特征在于，上述的定心装置包括许多有弹性的环形定心元件，它们被装在所述的管形元件上并在纵向相互分隔，并被加工成能与蒸汽发生器管壁滑动配合而将管形元件定位在蒸汽发生器管内的中心位置。
14.按照权利要求
13的系统，其特征为，所述的每一个定心元件具有许多幅向向外伸开的弹性爪，排列成与相关的蒸汽发生器管子的内表面作滑动配合。
15.按照权利要求
14的系统，还包括布置在上述的驱动轴和管形元件内的电气连接器，用于连接传感装置与控制装置。
专利摘要
一个测量核动力蒸汽发生器中热交换管的探伤区内管壁蚀减范围的测量系统，利用一个超声波装置在受蚀的管内作螺旋形移动，该管内充以一种液体(如水)以使超声波的衰耗最小。设有控制装置与超声波装置相配合而制出反应探伤区内管壁厚度的图象。
文档编号G01N29/04GK85105453SQ85105453
公开日1987年1月21日 申请日期1985年7月17日
发明者伯纳德·阿洛伊修斯·布里尔, 沃伦·罗伯特·琼克, 约翰·肯尼思·怀特, 伊费蒂克哈·阿米德·拉纳, 布鲁斯·瓦尼·彼维拉克, 弗兰克·威廉·科普·伊尔, 布鲁斯·约塞弗·塔思萨克 申请人:西屋电气公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan