用于管状产品的尤其现场非破坏性检查的装置和方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及W非破坏性方式检查管状的钢件的装置和方法。
【背景技术】
[0002] 通常的是，在运些部件的制造之后，特别是在生产线自身处，检查运些部件W检测 缺陷的存在。检查通常是借助于自动检查机器进行的。运样的机器特别地考虑到所谓的 "在线"检查，在运种情形下每个生产的部件相对于检查机器在部件的纵向运动。所述机器 可W是各个类型的，特别地，超声波的，傅科电流的，或者磁通泄漏的。
[0003] 生产中使用的大部分的检查机器包括相对于所述部件螺旋运动的一个或多个检 查探针。由此，所述部件沿着它的周边和它的长度被扫描。最经常的，探针被布置在所述部 件的外部处，尤其是由于节省时间、人机工程学W及检查机器的低成本的原因。通过运样的 扫描，可获得检查部件中的缺陷的真实绘制：将得到与所述部件有关的每个缺陷的位置数 据。
[0004] 通常，缺陷会出现在管状的部件中和/或发展。特别地，运包含疲劳裂缝或腐蚀、 腐蚀区域、或由于氧化物形成在内表面上引起的所述部件的减小的厚度、还或者是由于侵 蚀引起的厚度减小的区域。有必要检测运样的缺陷W便执行所述部件的诊断。
[0005] 经常地，管状件被彼此组装W便在现场形成相对较大尺寸和/或复杂几何形状的 结构。例如，可能会是钻杆、管道、发电装置、金属结构、施工现场机械及其他重型工业车辆、 或气缸。
[0006] 有必要检查运些结构的管状件W便检测在使用期间产生的缺陷，和/或监视缺陷 的发展。此外，会希望在管状件已经被组装在一起之后，或至少在它们的使用之前核查运些 管状件，W便检测在组装期间产生的任何缺陷，和/或由于该组装引起的先前存在缺陷的 负面的发展。可取的是，使用非破坏性方法，且该方法可被实施而不用拆卸所述结构。
[0007] 在部件的外表面上的缺陷、瑕疵或恶化可通过简单的方法例如外观检查进行检 测。
[0008] 位于产品的内表面上或在它的厚度中的缺陷要难发现得多。
[0009] 不像在生产期间发生的，一旦部件被现场安装，在大多数情况下，实际上不可能通 过螺旋运动使它们相对于检查探针运动：管状件通常被彼此固定并且最终结构的足印或它 的几何结构都妨碍探针围绕所述部件的旋转的任何运动。尤其是每当管状件被组装成结构 或面板形状时的情况下，在运种情况下所述部件W非常靠近在一起的方式彼此并排布置。 特别地热交换器、蒸汽发生器中使用的薄膜管、或管道的弯曲或弓形部分就是运种情况。
[0010] 具有内探针尤其是旋转的内探针的检查装置可运动到管状件内。运些装置在使用 中是十分不切实际的：不得不拆卸一部分的管状结构W便插入它们和/或提供进入端口。 此外，运些装置有卡在所述结构内的倾向。然后需要定位所述装置，并且将所述结构拆卸直 到可W接触到它们。此外是较长的检查时间，运是由于需要在所述结构中的来回往返，W及 导引和禪合位于所述部件内的任何装置的困难。
[0011] 除此之外，有必要具备现场在管状件的外部上的检查技术，尤其是使得能够绘制 所述结构的图。基于超声波的技术是优选的，因为运些波容易在部件中传播，即使当部件具 有显著的厚度，达到几百毫米时。
[0012] 在具有大的约束的足印或复杂的几何形状的结构中可W围绕所述管状件并且沿 着它们的长度移动便携式超声波探针，W覆盖所述结构的每个部件的整个周边。然而，运导 致非常长的检查时间。需要提供每个超声波探针和被检查的部件之间的禪合介质，例如水 或凝胶。
[0013] 最经常地，使用有机玻璃波导管，或者其他刚性材料之一。该解决方案几乎不适合 于恶化的表面，例如可在已运行中的部件上发现的那些表面。
[0014] 除了其缓慢之外，运些技术要求相对于被检查的部件的周边位移，尤其是手动位 移，其遭受了有效地覆盖整个被检查区域并且允许正确的可跟踪性的实际困难。W恒定的 扫描增量，同时在部件的纵向上并且沿着它们的周边来手动执行规则的运动是困难的。结 果，实际上不可能从检查的结果实现绘制图。实际上，检查员愿意例如通过标记来粗略地指 示可疑区域。运使得一定时间内的任何可跟踪性复杂化。
[0015] 从US7, 975, 549B2得知一种装置，用于部件的非破坏性检查，所述部件具有至少 部分地弯曲的外表面，其尤其是用于航空制造中的纵梁。所述器械包括形状与所述纵梁相 对应的壳体，使所述器械相对于所述部件稳定的机械导引件，超声波转换器，例如压电超声 波转换器，所述超声波转换器包括沿着圆弧规则分布的多个基本换能器，W及插入在所述 转换器和所述部件之间的波导管。所述波导管具有形状与所述圆弧相对应的第一表面，W 及与该第一表面相对的第二表面，其曲率与所述部件的曲率相对应。每个基本换能器发射 超声波，所述超声波在垂直于所述部件的弯曲表面的方向上传播的。所述基本换能器相继 地，或者W连续的组，被激活，W便扫描出与所述部件的弯曲表面相对应的角扇形。
[0016] 所述纵梁实质上是实屯、部件并且与管状件大不相同。所述器械仅能够检测同时位 于所述纵梁的弯曲部分中且取向为切向于该曲率的缺陷。所述器械能够检测所述纵梁的厚 度中的缺陷，尤其地在工业中称为层状缺陷类型的社制缺陷。然而，它不适合于现场的管状 件的检查，为此人们最感兴趣的是找到内壁上的缺陷和/或实质上径向地取向的缺陷，例 如特别是疲劳裂缝。
[0017] 从US7, 984, 650B2得知一种装置，其机械结构基本上类似于US7, 975, 549B2 中的装置。此类携带式扫描器用于管的现场非破坏性检查，所述管道通过板结合在一起W 形成锅炉面板，所述携带式扫描器包括超声波探针、附连到探针的波导管、W及编码器，该 编码器提供指示探针相对于被检查的管的位置的信号。所述波导管的形状需要每次都适于 所述面板的管的形状。该文献对如何控制探针来检查所述管道没有记载。
[0018] 此外，从美国专利US5, 526, 691得知一种锅炉面板的管道的现场检查的方法，其 特别与腐蚀裂缝的存在有关。所述方法使用了被称为EMAT类型的两个线圈：其中一个线圈 发射一束超声剪切波，该一束超声剪切波的发散角每次确定为所述管道的直径和它们的厚 度的函数，而另一个线圈接收最终的超声波，尤其是由存在的任何缺陷转播的那些超声波。 使用EMT线圈的方法实际上是无用的，运是由于该技术的许多缺陷，例如被检查的部件的 磁化，运是一种会削弱线圈相对于管的位移的强磁性，W及困难的诊断，。该技术尤其不能 够定位缺陷，尤其不能识别由位于内表面处至位于外表面处的缺陷。结果，该技术几乎不适 合于由管状件构造的装置的绘图。
[0019] 从US5, 549, 004得知一种用于锅炉面板的管道的现场检查的装置。所述装置建 议检测所述管的壁面的厚度的减小。所述装置具有在原理上类似于US7, 975, 549B2的机 械结构。文献US5, 549, 004要求发射实质上垂直于被检查的管的表面的（也就是说没有 偏斜地发射）多束超声波。运至少在理论上允许检查60度和70度之间的角度部分。根据 专利申请人的经验，检查的尺度和检测的缺陷的性质在很大程度上是不够的。
[0020] 从US7, 516, 664,得知一种用于检查实屯、复合材料部件的方法，在该方法中发射 的多束超声波借助于多元件传感器偏斜。传输多束纵向超声波到所述部件，使得相对于垂 直于所述部件的分界面边界的方向的倾角在-10°和+10°之间。由此提出了在减小的倾 角范围的一种扫描，W选择允许在复合材料部件中的多孔性或层状的瑕疵的最佳检测的倾 角值。所述方法尤其地对不完美的几何结构的部件的检查是有用的，特别是那些不对称的 并且具有在内弧面和外弧面之间的曲率差的几何结构。它不允许检测在内表面和外表面上 的裂缝，尤其是径向上的裂缝，至少不是W令人满意的方式。
【发明内容】
[0021] 专利申请人已经试着去改善现状。它已经给自己设定了一种方法和装置的目标， 所述方法和装置使得基于管状件的设施的全面现场检查成为可能，尤其是捜寻位于部件的 内表面上、在外表面上或接近运些表面的缺陷。所述方法和所述装置使得可W区别不同的 缺陷并且在部件的横截面和在它们的长度上定位它们。此外，所述装置和所述方法应当允 许产生设施的绘制图，除此之外能够监视缺陷的出现，和/或它们的进展。
[0022] 提出了一种用于检查管状件的装置，所述装置是包括至少一个拖车和导引件的类 型，所述至少一个拖车装配有电声类型的多个基本换能器，所述多个基本换能器沿着至少 第一方向分布，所述导引件能够与被检查的管状件的外表面协作，W便定位拖车W使得所 述第一方向实质上对应于横向于所述管状件的方向。电子控制设备被连接到电声换能器。 所述电子控制设备包括储存一个或多个激励时间定律的存储器，W及一个或多个控制器， 该一个或多个控制器被设计成连续地施加至少一个相应的激励时间定律到沿着第一方向 相互相邻的基本换能器的子组。至少一些激励时间定律被设计成W使得相应的子组的基本 换能器共同地产生沿着一相应的方向传播的超声波的入射束，所述相应的方向相对于垂直 于管状件的外表面的方向倾斜。
[0023] 提出的装置使得可W扫描管状件的横截面的至少一个部分，并且同时检测其内表 面附近或出现在其上的缺陷，W及其外表面附近或出现其上的缺陷。特别地，提出的装置使 得检测径向地延伸的缺陷成为可能，例如特别是裂缝。它的制造成本低于自动化机械。其 检查速度与收益性的需要一致，特别是在复杂形状的部件的情况下。其容易操纵且不笨重， W使得其可容易地在现场使用，在运种情形下所述部件保持为安装状态。
[0024] 还提出了一种用于检测管状件的方法，其中导引件与被检查的管状件的外表面协 作，W便定位至少一个拖车，所述至少一个拖车装配有电声类型的多个基本换能器，W使得 所述换能器沿着管状件的至少一个横向分布，所述方法包括至少一个检查阶段，所述检查 阶段包含连续地施加至少一个激励时间定律到沿着第一方向相互相邻的基本换能器的子 组，W使得每个相应的子组的基本换能器共同地产生沿着一方向传播的超声波的入射束， 所述方向相对于垂直于管状件的外表面的方向倾斜。
【附图说明】
[0025] 本发明的其他的特征和优点将通过细读W下的说明和附图显现，在附图中：
[0026] 图1示意性地示出了基于管状件的设施；
[0027] 图2示出了用于管状件的检查装置的前视图，在图1的设施的一部分上的工作位 置上；
[0028] 图3示出了图2的装置的侧视图；
[0029] 图4示出了沿着线IV-IV截得的图3的装置的截面图；
[0030] 图5示出了第一类型的多元件传感器的透视图；
[0031] 图6示出了例如用于图2到4的装置中的电子控制设备的功能图；
[0032]图7示出了来自多元件传感器的超声波发射，在相对于被检查的部件的工作位 置；
[0033]图8示出了超声波在被检查的部件的表面上的反射和折射；
[0034] 图9示出了超声波在钢中的折射的进展，其为入射角的函数；
[0035] 图10类似于图9,示出了折射角的值；
[0036] 图11A示出了由于第一类型的缺陷的超声波的反射；
[0037] 图11B示出了由于第二类型的缺陷的超声波的反射；
[0038] 图12示出了缺陷的响应振幅的进展，其作为在钢中的折射角的值的函数；
[003引图13示意性地示出了A型扫描的示意图，其示出了超声波的振幅，所述超声波的 振幅作为运些超声波的传输时间的函数而接收；
[0040] 图14示意性地示出了A型扫描的示意图，其示出了超声波的振幅，所述超声波的 振幅作为运些超声波传播的距离的函数而接收；
[0041] 图15示出了根据本发明的第一方面的检查顺序，其借助于多元件传感器；
[0042] 图16示出了B型扫描的示意图，其示出了根据本发明的第一方面的检查顺序的结 果；
[0043] 图17示出了根据本发明的第一方面的C型扫描的示意图，其作为多个检查顺序的 结果；
[0044] 图18示出了与图17的示意图对应的缺陷图；
[0045] 图19示出了基于管状件的设施的一部分的缺陷图；
[0046] 图20示出了根据本发明的第二方面的检查循环；
[0047] 图21示出了根据本发明的第S方面的检查顺序；
[0048] 图22示出了作为图5的传感器的变体的多元件传感器；
[0049] 图23示出了作为图15的顺序的变体的检查顺序；
[0050] 图24示出了作为图5的传感器的另一个变体的多元件传感器。
【具体实施方式】
[0051] 附图包含某一特性的元件，且因此不仅