端部外加厚无缝钢管的探检装置和探检方法
【专利摘要】本发明公开了一种端部外加厚无缝钢管的探检装置和探检方法。所述探检装置包括控制器，以及沿端部外加厚无缝钢管行进方向依次设置的第一辊道输送机构、光电检测器、第一机架组件、探伤机构、第二机架组件和第二辊道输送机构；控制器与第一辊道输送机构和第二辊道输送机构相连，用于控制第一辊道输送机构和第二辊道输送机构中V型辊道的转速；控制器还与光电检测器以及第一机架组件和第二机架组件的驱动机构相连；用于根据光电检测器发送的时刻数据来控制每一驱动机构的工作状态。本发明提供的探检装置能够满足API标准的要求，并且性能可靠，检测结果精准。
【专利说明】
端部外加厚无缝钢管的探检装置和探检方法
技术领域
[0001] 本发明涉及探检技术领域，特别是涉及一种端部外加厚无缝钢管的探检装置和探 检方法。
【背景技术】
[0002] 无缝钢管端部经过外加厚工艺处理后，其头端和尾端外径膨大，形成端部外加厚 无缝钢管。膨大区域长度通常在254.00mm到273.05mm之间，其结构如图1所示，其包括管体 11和设置于管体两端的加厚端12(即上述外径膨大段），端部外加厚无缝钢管产品结构大纲 如表1:
[0003] 表1端部外加厚无缝钢管产品结构大纲
[0005] 依API标准，必须对端部外加厚无缝钢管进行全管体、全长无损探伤检测。其目的 是发现无缝钢管制造过程及后续外加厚过程中产生的诸如裂纹、折叠、分层和夹杂等各种 缺陷;探检设备多种多样，目前我们使用的是非接触旋转体超声探伤机。端部外加厚无缝钢 管穿过此探伤机的探检区域时，为保证探伤机检测功能的有效性，必须对端部外加厚无缝 钢管的运动姿态提出严格要求：
[0006] 1，端部外加厚无缝钢管穿过探检测区域时，钢管走行线速度必须保持恒定。
[0007] 2,端部外加厚无缝钢管穿过探检测区域时，管体中心线必须保持稳定，偏差在任 何点应<0.3(mm)〇
[0008] 但是现有的探检装置难以满足上述要求，造成检测不可靠，检测结果不准确等不 良影响。
【发明内容】
[0009] 为了解决以上技术问题，本发明提供一种端部外加厚无缝钢管的探检装置和探检 方法。
[0010] -方面，本发明提供一种端部外加厚无缝钢管的探检装置，其包括控制器，以及沿 所述端部外加厚无缝钢管行进方向依次设置的第一辊道输送机构、光电检测器、第一机架 组件、探伤机构、第二机架组件和第二辊道输送机构；
[0011]所述第一辊道输送机构和第二辊道输送机构均包括若干并列设置的V型辊道；
[0012]所述第一机架组件和第二机架组件均包括若干并列设置的机架;每一所述机架均 包括沿竖直方向相对设置的上辊道和下辊道，以及与所述上辊道相连的驱动机构，所述上 辊道沿竖直方向位置可调，所述驱动机构驱动上辊道上提或下落；
[0013] 所述探伤机构包括:探伤机底座，以及设置于所述探伤机基座上的非接触式旋转 探伤机；
[0014] 所述光电检测器设置于所述第一辊道输送机构和第一机架组件之间的预设位置， 用于检测所述端部外加厚无缝钢管的头端和尾端到达所述预设位置的时刻；
[0015] 所述控制器与所述第一辊道输送机构和第二辊道输送机构相连，用于控制所述第 一辊道输送机构和第二辊道输送机构中V型辊道的转速；
[0016] 所述控制器还与所述光电检测器以及第一机架组件和第二机架组件的驱动机构 相连;用于根据所述光电检测器发送的时刻数据来控制每一驱动机构的工作状态。
[0017] 进一步地，所述第一辊道输送机构中V型辊道的个数为三个。
[0018] 进一步地，所述三个V型辊道间距相等。
[0019]进一步地，所述第二辊道输送机构中V型辊道的个数为三个。
[0020] 进一步地，所述三个V型辊道间距相等。
[0021] 进一步地，所述第一机架组件中机架的个数为两个;所述第二机架组件中机架的 个数为两个。
[0022] 进一步地，所述第一机架组件和第二机架组件沿所述探伤机构的两侧对称设置。
[0023] 另一方面，本发明还提供一种端部外加厚无缝钢管的探检方法，其包括：
[0024] 采用上述任意一项所述的探检装置，使所述端部外加厚无缝钢管依次通过第一辊 道输送机构、第一机架组件、探伤机构、第二机架组件和第二辊道输送机构；
[0025] 所述控制器根据第一预设规则控制所述第一辊道输送机构和第二辊道输送机构 中V型辊道的转速；
[0026] 所述控制器以所述光电检测器发送的第一时刻为起始时间点，根据第二预设规则 控制所述第一机架组件和第二机架组件中的驱动机构驱动相应上辊道的下落时刻;所述第 一时刻为端部外加厚无缝钢管的头端到达所述预设位置的时刻；
[0027] 所述第一预设规则包括:n= (9554 ? 14 X VI)/{[cos( Zabd/2) X (D2/2) ]/tg( Z abd/2) + (R/2)});其中，n为V型辊道的转速;VI为端部外加厚无缝钢管的预设线速度；Zabd 为V型辊道的V型角度;D2为加厚端外径;R为V型辊道的内直径；
[0028] 所述第二预设规则包括:Tx = [ (Lx+HX 0.001 )/Vl]_tl;其中，Tx为驱动机构驱动 相应上辊道的下落时刻;Lx为预设位置到相应的上辊道轴心的水平距离;H为端部外加厚无 缝钢管的管体端到加厚消失处长度;tl为上辊道的下落时间。
[0029] 进一步地，控制器以所述光电检测器发送的第二时刻为起始时间点，根据第三预 设规则控制所述第一机架组件和第二机架组件中的驱动机构驱动相应上辊道的上提时刻； 所述第二时刻为端部外加厚无缝钢管的尾端到达所述预设位置的时刻；
[0030] 所述第三预设规则包括:T ' x= [ (Lx-HX 0 ? 001)/VI ]-t2;其中，T ' x为驱动机构驱 动相应上辊道的上提时刻;Lx为预设位置到相应的上辊道轴心的水平距离;H为端部外加厚 无缝钢管的管体端到加厚消失处长度;t2为上辊道的上提时间。
[0031] 进一步地，所述VI为0.6m/s。
[0032] 本发明提供一种端部外加厚无缝钢管的探检装置，该探检装置中的辊道输送机构 采用V型辊道，以避免管体在运动中因磕碰而引起的跳动，保证钢管走行线速度恒定且中心 线的偏差在允许范围之内；同时，配合采用机架组件，当钢管的管体头端到达相应的机架 时，该机架中的上辊道从初始位置向下压靠在端部外加厚无缝钢管的管体上，协助它以恒 定速度和规定中心线精度穿过探检区域;进一步地，当钢管的管体尾端达到相应的机架时， 该机架中的上辊道离开钢管回到初始位置，以进一步协助它以恒定速度和规定中心线精度 穿过探检区域;控制器一方面控制V型辊道的转速，以保证端部外加厚无缝钢管能够以预设 的恒定速度行进。另一方面还与光电检测器和机架中的驱动机构相连，用于精准控制驱动 机构的动作，以保证机架组件中的上辊道能够压靠在端部外加厚无缝钢管的指定位置，进 而保证检测的可靠性。综上所述，本发明提供的探检装置能够满足API标准的要求，并且性 能可靠，检测结果精准。
[0033] 本发明还提供一种端部外加厚无缝钢管的探检方法，采用该探检方法能够利用转 速模型和动作时刻模型纠偏相应工艺参数;保证端部外加厚无缝钢管以稳定运动姿态穿过 非接触旋转体超声探伤机的探检区域，力促探伤机检测功能的有效性;满足了 API标准所规 定的针对端部外加厚无缝钢管必须经过全管体、全长无损探伤检测的要求。
[0034] 转速模型与动作时刻模型建立后，探检范围110%覆盖且探伤机年检测端部外加 厚无缝钢管的能力满足设计要求：以外径等于73.02mm、壁厚等于5.51mm、定尺长度长等于 9.75m、单重等于10.89kg/m的无缝钢管为例，年检测端部外加厚无缝钢管的能力卡可以达 至 IJ20000 吨。
【附图说明】
[0035] 图1为端部外加厚无缝钢管的部分结构示意图；
[0036] 图2为本发明实施例提供的端部外加厚无缝钢管的探检装置的结构示意图；
[0037] 图3为本发明实施例提供的端部外加厚无缝钢管的探检装置中V型辊道的结构示 意图；
[0038] 图4为端部外加厚无缝钢管与V型辊道的接触面示意图。
[0039] 附图标记说明：
[0040] 1-端部外加厚无缝钢管；11-管体；12-加厚端;201-V型辊道;21-第一辊道输送机 构;22-第二辊道输送机构;301-上辊道;302-下辊道;31-第一机架组件;32-第二机架组件； 42-探伤机底座;41-非接触式旋转探伤机;5-光电检测器。
【具体实施方式】
[0041] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和【具体实施方式】 对本发明作进一步的详细说明。
[0042]请参考图2,该图示出了本发明实施例提供的端部外加厚无缝钢管的探检装置，其 包括控制器，以及沿端部外加厚无缝钢管1的行进方向依次设置的第一辊道输送机构21、光 电检测器5、第一机架组件31、探伤机构、第二机架组件32和第二辊道输送机构22;其中， [0043]第一辊道输送机构21和第二辊道输送机构22均包括若干并列设置的V型辊道201; [0044]第一机架组件31和第二机架组件32均包括若干并列设置的机架;每一所述机架均 包括沿竖直方向相对设置的上辊道301和下辊道302,以及与上辊道301相连的驱动机构（图 中未示出）；该上辊道301沿竖直方向位置可调，驱动机构驱动上辊道301上提或下落；
[0045] 探伤机构包括:探伤机底座42,以及设置于该探伤机基座上的非接触式旋转探伤 机41;
[0046] 光电检测器5设置于所述第一辊道输送机构21和第一机架组件31之间的预设位 置，用于检测端部外加厚无缝钢管1的头端和尾端到达所述预设位置的时刻；
[0047] 控制器与第一辊道输送机构21和第二辊道输送机构22相连，用于控制第一辊道输 送机构21和第二辊道输送机构22中V型辊道201的转速；
[0048] 控制器还与光电检测器5以及第一机架组件31和第二机架组件32的驱动机构相 连;用于根据光电检测器5发送的时刻数据来控制每一驱动机构的工作状态。
[0049] 本实施例提供的探检装置中，第一辊道输送机构21、光电检测器5和第一机架组件 31设置在探伤机构的进料侧，第二机架组件32和第二辊道输送机构22设置在探伤机构的出 料侧。
[0050] 第一辊道输送机构21和第二辊道输送机构22作为钢管动力传动机构，用于将端部 外加厚无缝钢管1送入和送出。请参见图3,上述两个辊道输送机构中的辊道均采用V型辊道 201，可以避免管体11在运动中因磕碰而引起的跳动，保证钢管走行线速度恒定且中心线的 偏差在允许范围之内。
[0051 ]进一步地，上述第一辊道输送机构21中V型辊道201的个数为三个。更优选地，所述 三个V型辊道201间距相等。
[0052]类似的，上述第二辊道输送机构22中V型辊道201的个数优选为三个。所述三个V型 辊道201间距相等。
[0053]第一机架组件31和第二机架组件32用于进一步保障钢管以恒定速度和规定中心 线精度穿过探伤机构的探检区域。具体而言，当钢管的管体11头端到达相应的机架时，该机 架中的上辊道301从初始位置向下压靠在管体11头端上，协助它以恒定速度和规定中心线 精度穿过探检区域;进一步地，当钢管的管体11尾端离开相应的机架时，其上辊道301可以 向上运动至初始位置，即脱离钢管，等待下一次动作。
[0054] 上辊道301的上下运动的动力源为驱动机构。驱动机构由控制器控制动作。具体 的，控制器还与光电检测器5相连，光电检测器5可以检测到钢管头端和尾端通过其的时刻， 控制器以上述时刻为起始时间点，通过预设规则控制驱动机构在指定时刻上提或下落，以 达到上述效果。
[0055]另外，控制器还与上述V型辊道201相连，其可以通过预设规则来控制V型辊道201 的转速，以保证端部外加厚无缝钢管1能够以预设的恒定速度行进。
[0056] 作为本实施例的优选方案，第一机架组件31中机架的个数为两个;第二机架组件 32中机架的个数为两个。更优选的，第一机架组件31和第二机架组件32沿所述探伤机构的 两侧对称设置。
[0057] 本发明实施例提供一种端部外加厚无缝钢管1的探检装置，该探检装置中的辊道 输送机构采用V型辊道201，以避免管体11在运动中因磕碰而引起的跳动，保证钢管走行线 速度恒定且中心线的偏差在允许范围之内；同时，配合采用机架组件，当钢管的管体头端到 达相应的机架时，该机架中的上辊道301从初始位置向下压靠在端部外加厚无缝钢管1的管 体11上，协助它以恒定速度和规定中心线精度穿过探检区域;进一步地，当钢管的管体尾端 达到相应的机架时，该机架中的上辊道301离开钢管回到初始位置，以进一步协助它以恒定 速度和规定中心线精度穿过探检区域;控制器一方面控制V型辊道201的转速，以保证端部 外加厚无缝钢管1能够以预设的恒定速度行进。另一方面还与光电检测器5和机架中的驱动 机构相连，用于精准控制驱动机构的动作，以保证机架组件中的上辊道301能够压靠在端部 外加厚无缝钢管1的指定位置，进而保证检测的可靠性。综上所述，本发明提供的探检装置 能够满足API标准的要求，并且性能可靠，检测结果精准。
[0058]相应的，本发明另一实施例还提供一种端部外加厚无缝钢管的探检方法，其包括：
[0059] 采用上述的探检装置，使端部外加厚无缝钢管1依次通过第一辊道输送机构21、第 一机架组件31、探伤机构、第二机架组件32和第二辊道输送机构22;
[0060] 控制器根据第一预设规则控制第一辊道输送机构21和第二辊道输送机构22中V型 辊道201的转速；
[0061] 控制器以光电检测器5发送的第一时刻为起始时间点，根据第二预设规则控制所 述第一机架组件31和第二机架组件32中的驱动机构驱动相应上辊道301的下落时刻；该第 一时刻为端部外加厚无缝钢管的头端到达预设位置的时刻；
[0062] 上述第一预设规则包括:n= (9554 ? 14 X VI)/{[cos( Zabd/2) X (D2/2) ]/tg( Z abd/2) + (R/2)});其中，n为V型辊道201的转速;VI为所述端部外加厚无缝钢管1预设线速 度；Zabd为V型辊道201的V型角度;D2为加厚端12外径;R为V型辊道201的内直径;请参见图 4〇
[0063] 上述第二预设规则包括:Tx = [ (Lx+HX 0.001 )/Vl]_tl;其中，Tx为驱动机构驱动 相应上辊道301的下落时刻;Lx为预设位置到相应的上辊道301轴心的水平距离;H为端部外 加厚无缝钢管1的管体11端到加厚消失处长度;tl为所述上辊道301的下落时间。如图2所 示，L1为预设位置到第一个机架的上辊道301的水平距离，L2为预设位置到第二机架的上辊 道301的水平距离，L3、L4依次类推。tl为上辑道301下落时间即上辑道301从初始位置下落 至压靠钢管的时间。
[0064] 第一预设规则中，n的单位为r/min，VI的单位为m/s，D2和R的单位为mm。第二预设 规则中，T的单位为s，Lx的单位为m，H的单位为mm。
[0065]根据第一预设规则控制V型辊道201的转速，可以保证钢管的行进线速度为预设值 VI。根据探头晶片的宽度，旋转体探伤机的旋转速度，探伤机的灵敏度和分辨力等条件，该 预设值VI优选为0.6m/s。
[0066]进一步地，控制器以光电检测器5发送的第二时刻为起始时间点，根据第三预设规 则控制第一机架组件31和第二机架组件32中的驱动机构驱动相应上辊道301的上提时刻； 第三预设规则包括:T ' x = [ (Lx-HX 0.001)/VI ]_t2;其中，T 'x为驱动机构驱动相应上辊道 的上提时刻;Lx为预设位置到相应的上辊道轴心的水平距离;H为端部外加厚无缝钢管的管 体端到加厚消失处长度;t2为上辊道的上提时间。
[0067] t2为上辊道上提时间即上辊道由压靠位置上升至初始位置的时间。上述第三预设 规则中，T'的单位为s，L的单位为m。
[0068]采用本发明提供的探检方法，能够利用转速模型和动作时刻模型纠偏相应工艺参 数;保证端部外加厚无缝钢管以稳定运动姿态穿过非接触旋转体超声探伤机的探检区域， 力促探伤机检测功能的有效性;满足了 API标准所规定的针对端部外加厚无缝钢管必须经 过全管体、全长无损探伤检测的要求。
[0069] 转速模型与动作时刻模型建立后，探检范围110%覆盖且探伤机年检测端部外加 厚无缝钢管的能力满足设计要求：以外径等于73.02mm、壁厚等于5.51mm、定尺长度长等于 9.75m、单重等于10.89kg/m的无缝钢管为例，年检测端部外加厚无缝钢管的能力卡可以达 至 IJ20000 吨。
[0070] 转速模型与动作时刻模型的建立方法，可为类似设备的描述与控制，提供新思路。
[0071] 以上对本发明所提供的端部外加厚无缝钢管的探检装置和探检方法进行了详细 介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明 只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和 修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
【主权项】
1. 一种端部外加厚无缝钢管的探检装置，其特征在于，包括控制器，以及沿所述端部外 加厚无缝钢管行进方向依次设置的第一辊道输送机构、光电检测器、第一机架组件、探伤机 构、第二机架组件和第二辊道输送机构； 所述第一辊道输送机构和第二辊道输送机构均包括若干并列设置的V型辊道； 所述第一机架组件和第二机架组件均包括若干并列设置的机架;每一所述机架均包括 沿竖直方向相对设置的上辊道和下辊道，以及与所述上辊道相连的驱动机构，所述上辊道 沿竖直方向位置可调，所述驱动机构驱动上辊道上提或下落； 所述探伤机构包括:探伤机底座，以及设置于所述探伤机基座上的非接触式旋转探伤 机； 所述光电检测器设置于所述第一辊道输送机构和第一机架组件之间的预设位置，用于 检测所述端部外加厚无缝钢管的头端和尾端到达所述预设位置的时刻； 所述控制器与所述第一辊道输送机构和第二辊道输送机构相连，用于控制所述第一辊 道输送机构和第二辊道输送机构中V型辊道的转速； 所述控制器还与所述光电检测器以及第一机架组件和第二机架组件的驱动机构相连； 用于根据所述光电检测器发送的时刻数据来控制每一驱动机构的工作状态。2. 根据权利要求1所述的探检装置，其特征在于，所述第一辊道输送机构中V型辊道的 个数为三个。3. 根据权利要求2所述的探检装置，其特征在于，所述三个V型辊道间距相等。4. 根据权利要求1所述的探检装置，其特征在于，所述第二辊道输送机构中V型辊道的 个数为三个。5. 根据权利要求4所述的探检装置，其特征在于，所述三个V型辊道间距相等。6. 根据权利要求1所述的探检装置，其特征在于，所述第一机架组件中机架的个数为两 个;所述第二机架组件中机架的个数为两个。7. 根据权利要求6所述的探检装置，其特征在于，所述第一机架组件和第二机架组件沿 所述探伤机构的两侧对称设置。8. -种端部外加厚无缝钢管的探检方法，其特征在于，包括： 采用如权利要求1至7任意一项所述的探检装置，使所述端部外加厚无缝钢管依次通过 第一辊道输送机构、第一机架组件、探伤机构、第二机架组件和第二辊道输送机构； 所述控制器根据第一预设规则控制所述第一辊道输送机构和第二辊道输送机构中V型 辊道的转速； 所述控制器以所述光电检测器发送的第一时刻为起始时间点，根据第二预设规则控制 所述第一机架组件和第二机架组件中的驱动机构驱动相应上辊道的下落时刻;所述第一时 刻为端部外加厚无缝钢管的头端到达所述预设位置的时刻； 所述第一预设规则包括:n=(9554.14XVl)/{[cos(Zabd/2)X(D2/2)]/tg(Zabd/2) + (R/2)});其中，η为V型辊道的转速;Vl为端部外加厚无缝钢管的预设线速度；Zabd为V型 辊道的V型角度;D2为加厚端外径;R为V型辊道的内直径； 所述第二预设规则包括:Tx= [ (Lx+HX O. OOl )/Vl ]-tl;其中，Tx为驱动机构驱动相应 上辊道的下落时刻;Lx为预设位置到相应的上辊道轴心的水平距离;H为端部外加厚无缝钢 管的管体端到加厚消失处长度;tl为上辊道的下落时间。9. 根据权利要求8所述的探检方法，其特征在于，控制器以所述光电检测器发送的第二 时刻为起始时间点，根据第三预设规则控制所述第一机架组件和第二机架组件中的驱动机 构驱动相应上辊道的上提时刻;所述第二时刻为端部外加厚无缝钢管的尾端到达所述预设 位置的时刻； 所述第三预设规则包括:T ' X= [ (Lx-H X O . OOl)/Vl ]-t2;其中，T ' X为驱动机构驱动相 应上辊道的上提时刻;Lx为预设位置到相应的上辊道轴心的水平距离;H为端部外加厚无缝 钢管的管体端到加厚消失处长度;t2为上辊道的上提时间。10. 根据权利要求8所述的探检方法，其特征在于，所述Vl为0.6m/s。
【文档编号】G01N29/27GK105911152SQ201610404728
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年6月7日
【发明人】赵亮宇, 郭晓文, 路小龙, 高升宇, 赵海燕, 郭利中, 蔺俐枝, 张海燕, 张玉
【申请人】赵海燕