基于超声相控阵的压力管道tofd检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及超声检测技术领域，特别涉及一种超声相控阵和TOFD检测技术 相结合的自动检测装置，适用于压力管道内部的缺陷检测。
【背景技术】
[0002] 随着应用行业与领域的扩展，管道面临越来越复杂、恶劣的服役工况，而管道输送 介质高度危害、储存能量高，安全形势不容乐观。国内外多次发生管道因腐蚀或破裂产生的 恶性事故，造成人们生命和财产的巨大损失。压力事故原因主要有腐蚀、焊接和材料缺陷、 设备故障、违章操作和外力破坏等。其中腐蚀、焊接和材料缺陷破裂引起的事故占据很大的 比例。因此在用的压力管道每隔一定周期应进行定期检验，以检测压力管道的腐蚀、裂纹等 缺陷，将事故消除在萌芽状态。但压力管道定期检验具有不完全同于锅炉和压力容器的技 术与方法。很多管道为埋地敷设，很多管道为管沟敷设，外检测困难。如何实现压力管道不 搭脚手架、不拆保温层、不开挖地面的定期检测，是量多面广的压力管道实行定期检验的关 键。
[0003] 国外在管道内检测方面的研宄开展较早，经过几十年的不断研宄，一些国家研制 出的管道检测器，在检测精度、定位精度、数据处理等方面都达到较高水平，并满足实际需 求。但是国外的相关技术领域的研宄和成果处于严格保密的状态，我国在该方面的研宄起 步较晚，与国外先进水平有较大差距，并且由于技术垄断等方面的因素，国外多数采用提供 技术服务的方式进行销售，而且检测服务的费用非常高。管道内检测是埋地、海底、架空管 道实施检测的首选方法，通过管道机器人能进入人所不及、复杂多变的非结构化管道环境 中，通过携带的无损检测装置和作业装置，完成管道的检测、清扫和维护等任务，降低人工 作业的危险性，减轻人的劳动强度，具有十分重要的意义。
[0004] 对于管道机器人来说，最关键的技术主要是：管道的无损检测技术以及运动能力、 自主导航能力。常用的管道无损检测技术包括：针对铁磁性材料的漏磁通检测法、超声波 检测法、基于激光、红外等光源的成像和视频技术。其中超声法和漏磁法得到了较广泛的应 用。漏磁式管道内检测技术其基本原理是利用永久磁铁磁化管道内壁，管道腐蚀处将有磁 场泄露，传感器检测漏磁信号，并对信号进行处理得到管道腐蚀情况。然而漏磁检测存在着 对被测管道的限制（壁厚不能太厚），抗干扰能力差和空间分辨力低等缺点，且仅适用于材 料近表面和表面的检测。超声波管道内检测主要利用超声探伤原理，通过输送介质从管道 内向管道壁发射超声波，根据回波的时间、大小，检测出探头与管道内壁的距离、管道剩余 壁厚、管道腐蚀缺陷情况等。超声波法检测精度高，可得到定量的检测结果，可直接分辨内 外腐蚀；不同的管道材质对检测结果基本无影响。综合分析，漏磁法和超声法各有优缺点， 但对于输送液体管道而言，超声波检测技术将有广阔的应用前景。管道内检测超声波检测 技术主要有内置旋转式超声波检测和多阵元常规超声检测等；上述方法均采用常规的超声 直探头，不能形成周向的自动电子扫描。
[0005] 超声相控阵和TOFD检测技术是上世纪七十年代提出的数字超声检测技术。超声 相控阵主要特点是采用按一定规律排列的多晶片探头，各晶片的激励（振幅和延时）均由 计算机控制，能产生聚焦波束实现对工件的扫描，并能实现检测结果的成像。相控阵技术可 以通过软件设定，在不移动探头的情况下，仅通过改变软件设置就可以快速改变声束的偏 转角度，实现对工件截面的扫查；可以通过聚焦功能提高检测分辨力、灵敏度和信噪比；相 控阵仪器能够记录和保存检测过程的所有信息数据，还可以从不同投影方向生成s、B、C、D 等多种图形。TOFD即衍射时差法超声检测技术是通过利用从工件内部缺陷（如裂纹）的 "端角"或"端点"处发出的衍射波来检测缺陷的一种超声检测方法。当超声波遇到诸如裂 纹等的缺陷时，将在缺陷尖端产生衍射波，通过探头探测到不同声程和位置的衍射波，进而 可以得到缺陷的高度和深度。TOFD检测在工程应用中具有很多优点；例如：缺陷检出能力 强，定位精度高；检测周期短，检测效率高，安全，环保；检测数据可进行成像处理，检测结 果直观并可数字化永久保存，实现全过程记录。超声相控阵和TOFD检测技术在核电、建筑、 化工、石化、长输管道等工业行业中获得的容器和管道设备中已有应用实例。但将两者结 合应用还没有取得突破性的进展，国内外部分仪器厂商虽然能同时进行超声相控阵和TOFD 检测的仪器设备，但两者工作是独立进行的。至今尚缺少将超声相控阵和TOFD技术融合在 一起的方法，更没有将超声相控阵和TOFD技术结合一起应用于压力管道内检测的方法。 【实用新型内容】
[0006] 本实用新型的目的是克服上述【背景技术】中的不足，提供基于超声相控阵的压力管 道TOFD检测装置，所述检测装置可以用于压力管道内部的缺陷检测，而且具有抗干扰能力 强，检测速度快，结果准确，使用方便的技术特点。
[0007] 本实用新型采用了以下技术方案：基于超声相控阵的压力管道TOFD检测装置，其 特征在于：包括超声检测仪主机、机器人控制模块、检测内部缺陷的两个圆锥形相控阵探头 装置、包含集成相控阵模块和TOFD模块的仪器装置、探头夹持装置、管道爬行机器人、同轴 电缆线、编码器、扶正器、大角度定中器和金属挠管；所述扶正器以及仪器装置安装在金属 挠管上，金属挠管的端部与管道爬行机器人连接，大角度定中器安装在仪器装置上，所述两 个圆锥形相控阵探头装置对称布置在仪器装置上，圆锥形相控阵探头装置的轴线与压力管 道的轴线重合，圆锥形相控阵探头装置的圆锥面上安装有排列成环形相控阵阵列的若干个 压电晶片，所述若干压电晶片均与仪器装置电连接，其中一个圆锥形相控阵探头装置上的 压电晶片发射超声波信号对压力管道进行扫查，超声波信号经压力管道反射后由另一个圆 锥形相控阵探头装置的压电晶片接收；
[0008] 所述若干个压电晶片的长度方向均沿着圆锥面的母线方向，并与压力管道的管壁 呈一定夹角，并采用电子聚焦法则控制各个压电晶片的发射次序，使得发射的超声波在管 道圆周方向上聚焦。
[0009] 所述圆锥形相控阵探头装置通过探头夹持装置固定在仪器装置上。
[0010] 所述仪器装置与超声检测仪主机电连接，管道爬行机器人与机器人控制模块电连 接。
[0011] 本实用新型的有益效果是：
[0012] 1、采用相控阵电子线周向扫描方式，可以避免机械周向扫查引起的探头装置振动 和液体扰动以及电缆线的缠绕问题，减少上述问题对检测产生的干扰。而且电子线周向扫 描比机械周向扫查快上百倍，极大地提高检测效率。
[0013] 2、圆盘相控阵探头装置周向聚焦采用电子聚焦技术，通过电子聚焦法则，其效果 相当于超声波线聚焦，可解决钢/水界面声能损失和声波衰减过多使回波太弱的问题。
[0014] 3、形成实时B扫描、TOFD扫描图像。可以检测某一轴向位置压力管道（包括焊缝） 整个圆周的缺陷，从而判断压力管道系