专利名称：管道超声波测试的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在管道缺陷探测中改进超声波测试装置的定位和使用的装置和设备。本发明发现了用于缝焊管道的特定应用，但应当认识到本发明并非如此局限，它还可以用于挤压管道，不管管道是由钢、钢合金、其它金属还是塑料等制成的。然而，将主要参照它在钢制缝焊管道中的使用描述本发明。在本说明书中，术语“管道”既用于表示管子，又用于表示管道，无论该管子或管道通过缝焊还是挤压等制作而成。
背景技术：
对管道特别是压力管道进行缺陷测试是众所周知的。在这种情况下，管道被用在相对高压的应用中(如油气管线、化学工厂等)。通常需要强制测试管道的缺陷，否则在使用时可能产生泄漏和管道破裂等。从安全和环境观点来看，这种泄漏或破裂可能会产生灾难性后果。
使用管道超声波检验来检查缺陷，特别是在缝焊管道的情况下，是众所周知的。缺陷可能会出现在非焊接管道管壁材料中，但通常都出现在焊缝中或焊缝周围。通常采用超声波测试来探测焊缝中或焊缝周围的缺陷，因为这是最有可能发生事故和破裂的区域。缺陷可能平行于管道纵轴(“纵向缺陷”)、垂直于纵轴(“横向缺陷”)以及在这两个方向之间的方向上(“倾斜缺陷”)发生。超声波检验技术能够对焊接的和非焊接管道中的这些缺陷进行定位和识别。
超声波检验利用通常放置在管道附近的超声波探针，然后该管道会移过该探针。超声波探针通常使用变换器(transducer)，该变换器通常包括安装在塑料支撑上的压电晶体，该压电晶体受电驱动产生振动并提供超声波。在变换器和管道之间放置耦合介质(通常是水)，通常波以一定的角度进入管壁，然后在管壁外径和内径之间反射。可以引入声波以绕管道圆周反射(“圆周测试”)或沿纵向移动通过管道(“轴向测试”)。在任何一种情况下，当超声波啮合缺陷(可包括焊缝)时，它将因此而反射，并向后反射，被变换器接收。因此，变换器既可以作为超声波发生器，又可以作为反射超声波接收器，或者可以提供单独的接收器。
在反射的超声波啮合缺陷而不是容许标准的焊缝的地方时，变换器的控制器可以分析和区分这个反射声波以确定缺陷的存在和位置。
在管道的大规模生产中，特别是生产长管道的情况下，由于管道制作不精密或整个管道长度特别是在焊缝附近差温冷却，致使管道中中产生弯曲、起伏波动和表面不规则。其它管道加工步骤，包括缝焊不规则、钢制作不规则以及管道长度切割处的管道端部的去毛刺，也可能引起缺陷。这种缺陷会干扰公知的超声波检测装置。
比如，在馈送管道通过该超声波装置期间，必须将公知的超声波变换器从切开的管道末端插入，因为不然的话在使用时管道末端会与变换器产生干扰并可能损害变换器。并且，当变换器在管道表面上的相对移动啮合到障碍时，公知的变换器就会遇到困难，再次导致或者检验失败、读数错误、变换器损坏，或者所有这些缺陷。
发明内容
第一方面，本发明提供了一种装置，所述装置用来支撑用于管道超声波缺陷测试的超声波变换器，所述装置包括用于邻近管道定位的变换器定位部件，以将所述变换器定位在所述管道附近；和与所述变换器定位部件相连的引导面，这样，当所述装置相对于所述管道移动时，所述引导面能够啮合并越过所述管道中的障碍以如此相对于装置移动。
要从广义上对术语“障碍”进行解释，它包括管道外表面或管壁等中的表面起伏、管道末端或沿管道的倒角、管道中的外表面缺陷、隆起、曲率和弯曲等，否则这些障碍会妨碍超声波变换器平稳穿过管道表面。
此外，装置与管道之间“相对”运动的含义是指，该装置可沿着管道或在围绕管道移动，或者管道可相对于固定的装置移动，或者这些运动的任何组合。通常，在使用中管道沿纵向移过所述装置，并且通常所述装置绕管道移动。
有利地，本发明允许将超声波变换器(或其它探针)紧密定位到管道外表面，并且保持这种紧密定位，因而提高了超声波信号传播和信号接收的效率，并且最大化了它们之间的耦合。此外，因为引导面可越过初始管道末端的障碍，例如其处的倾斜切口，超声波测试可从管道区段的起始处开始并且连续向右直到管道区段的相反端，因此，可以测试出那些区域中存在的任何缺陷，从而实现管道整个长度的测试。
尽管该装置通常被用于将超声波变换器定位在管道附近，但该装置也可以被用于将对其它探针(如管道厚度探针、温度探针等)定位在管道附近。因此，术语“变换器定位部件”应当被广义地解释为包括允许将使用不同于变换器的探针等位于或定位在管道附近的部件。
优选地，当该装置沿管道纵向地相对移动时，所述引导面向前地定位在所述变换器定位部件中。然而，引导面也可以或者作为选择地定位在变换器定位部件的任一或者两个侧向(侧面)区域(比如，为了使得装置绕着管道相对转动)。引导面也可以向后地定位在变换器定位部件中，比如，该装置沿着管道相对向后返回时(比如，为了复测某个部分)。然而，通常，引导面至少向前地定位在变换器定位部件中，因为这种定位足以允许越过多数管道障碍(包括管道末端处的障碍)。
优选地，使用时所述引导面相对于所述管道纵轴倾斜延伸。在这方面，引导面可以是平面，但也可以被定义为曲面。
优选地，所述引导面定义为(i)在所述变换器定位部件的端部，或者(ii)作为远离所述变换器定位部件延伸的凸缘的一部分。
优选地，在情况(i)中，所述引导面定义为在所述装置使用时的前端处的斜面下切。优选地，在情况(ii)中，所述凸缘远离所述装置使用时的前端并远离所述管道延伸，并且所述引导面定义在面向所述管道凸缘的侧面。优选地，(i)和(ii)中的引导面是平面。因此，引导面可形成在变换器定位部件的一部分上，或者形成在远离变换器定位部件延伸的凸缘或其它元件上。
优选地，变换器定位元件被安置在所述变换器定位部件中，使用时，所述变换器可安装地定位在该元件中。变换器定位元件通常这样安置，使得当变换器定位在其中时，以及当装置相对于管道移动到它的使用位置时，变换器紧靠管道外表面定位。
优选地，所述变换器定位元件侧向环绕所述变换器，并且由抵抗超声波传播通过的材料制造，这样在使用时超声波不会侧向通过所述装置。在这方面，优选地，所述变换器定位元件由聚合材料(比如聚亚安酯)环形成，所述环可定位在所述变换器定位部件的主体中。
优选地，所述变换器定位部件包括使用时弯曲的底面，以在使用时紧密面向所述管道定位。通常，所述曲面通过与所述管道外表面半径紧密匹配的半径限定。另外，这使得变换器和管道之间可以紧密耦合。
通常，该装置适于安装在一种在使用时可沿着和/或绕着和/或朝着/离开所述管道相对移动所述装置的设备中。在这方面，通常，管道被推进到该设备中(被推进穿过变换器支撑装置)。优选地，然后，在使用中该设备向着或者远离管道或者绕着管道移动该装置。然而，如下文所述，还可能出现其它变化。
优选地，可在所述设备中安装多个所述超声波变换器支撑装置。
在第二方面，本发明提供了一种用于将一个或多个超声波变换器支撑装置旋转定位在管道附近以对其进行超声波缺陷测试的设备，所述设备包括绕着所述管道圆周的至少一部分旋转所述装置或每个装置同时将所述装置或各个装置保持在所示管道附近的手段。
有利地，第二方面的设备允许在围绕管道的许多旋转位置处进行管道超声波检测。此外，该设备允许在管道移过其期间通过变换器跟踪管道缝焊(比如，接缝为非线性的地方)。例如，在通常的缝焊管道的超声波检验中，最初一个或多个超声波变换器定位在或靠近管道的上止点，焊缝也理想地与上止点对齐。然而，有时在管道馈送期间，上止点与缝焊对不齐，或者因为管道翘曲或弯曲或接缝卷曲而变得对不齐。有利地，第二方面的设备允许在与对不齐的焊缝对齐的不同旋转位置处对管道进行超声波检验。这允许进行焊缝跟踪并提供了更有效的测试过程。
通常，管道被推进到该设备中，但是也可以沿着管道推进该设备。
优选地，所述装置或每个装置被安装到支架上，并且所述旋转手段部分地整合在所述托架中，使得所述或每个装置可绕所述管道旋转。在支架中安装所述或每个装置提供了如下所述的更好的旋转位置控制。
通常，一对或多对超声波变换器支撑装置安装在所述支架上，并且优选地，所述支架这样配置，使得当给定装置对相对于所述管道(比如纵向或者旋转)移动时，所述对中的每个装置之间的距离基本上被保持。在这方面，当装置啮合表面不规则等时，给定对中的每个装置之间的距离基本上保持恒定(尽管当所述对中的一个装置相对于管道、相对于另一装置升高或降低时，可能出现极小的距离变化)。以这种方式配置支架的优点是，在所述对装置之间可以维持恒定的超声波束路径，因此，实现了超声波测试的高度完整性。
在这方面，在第三方面中，本发明提供了一种用于将一个或多个超声波变换器支撑装置对定位在管道附近以对其进行超声波缺陷测试的设备，所述设备包括用于在使用中维持给定对中的每个装置之间基本恒定距离的手段。
优选地，在第三方面中，所述一个或多个装置对被安装到支架上，并且优选地，所述支架包括第二方面的旋转手段。
优选地，在第二和第三方面中，所述支架包括所述或每个装置(或所述或各个装置对)可枢转地安装在其上的第一安装部件、所述第一安装部件可枢转地安装在其上的中间安装部件，以及铰接所述中间安装部件以绕其枢转的第二安装部件。尽管可以省去中间安装部件，但为了给支架提供额外的旋转运动自由度，通常还是使用它。
优选地，所述或每个装置从上止点位置绕所述管道的旋转通过相对于所述管道侧向移动所述第二安装部件来实现，从而使得所述中间安装部件相对于所述第二安装部件枢转，并引起以下任一或者二者使得所述第一安装部件相对于所述中间安装部件向下枢转；使得所述或每个装置相对于所述第一安装部件向下枢转；因此向下和绕着所述管道移动所述(各)装置，同时保持装置接近所述管道外表面。
优选地，导辊设置在所述第一安装部件的相反端处，以在所述管道和所述或每个装置之间相对移动期间沿着所述管道外表面骑行，同时所述或每个装置定位在所述导辊之间的所述第一安装部件上。因此，当所述第二安装部件相对于所述管道侧向移动时，所述导辊啮合所述管道并使得所述中间安装部件相对于所述第二安装部件枢转。所述导辊还便捷了该设备与管道的快速初始对齐。
优选地，每个导辊都是V型辊，具有在其端部之间绕其延伸的V型圆周凹槽，并且在使用时所述管道容纳在该凹槽中。优选地，每个导辊由弹性体材料制造以便于滚动和侧向啮合所述管道外表面。
优选地，所述或每个装置通过各自的连接臂可枢转地安装到所述第一安装部件，在所述装置和所述管道相对移动期间，所述装置拖在所述连接臂之后。连接臂允许单个装置在装置沿着管道移动或绕管道旋转的相对运动期间枢转运动，并且允许当通过障碍时控制单个装置位移。通常，用于给定装置对的每个连接臂通过螺纹连接可枢转地安装到外螺纹销上，销依次安装到支架的横杆上，这样，每个装置对相对于相同的横杆支撑。优选地，这样配置螺纹，使得当给定装置对相对于管道移动(比如纵向或旋转)时，在所述对中的每个装置之间的距离基本上被保持。这种配置提供了一种手段，通过该手段，所述对中的装置之间可保持恒定的超声波束路径，因此，实现了超声波测试的高度完整性。
优选地，所述第一安装部件通过各自的连接臂对可枢转地安装到所述中间安装部件，在所述装置和所述管道相对移动期间，所述第一安装部件拖在所述连接臂对之后。此外，连接臂对允许第一安装部件在沿着管道移动或绕着管道旋转期间枢转运动，并且允许当穿过障碍时控制多种装置位移。
优选地，所述第二安装部件安装到框架上，所述框架支撑用来相对于所述框架侧向移动所述第二安装部件(并且从而相对于管道移动所述或每个装置)的手段。优选地，所述第二安装部件连接到所述侧向移动手段，所述侧向移动手段依次安装到所述框架。侧向移动手段允许相对于管道相对精细地调节所述或每个设备(比如，在管道移过其期间跟踪焊缝)。通常，当第二安装部件(并且因此所述或每个装置)相对于框架侧向移动时，管道也可选择地相对于所述或每个装置侧向移动。
优选地，所述侧向移动手段包括致动臂，所述致动臂用于沿着所述框架的滑动装置移动所述第二安装部件，从而侧向地在侧面移动所述或每个装置。优选地，所述致动臂是通过位于所述框架的驱动马达旋转的外螺纹杆，所述杆啮合所述第二安装部件引起所述的侧向移动。
优选地，第二方面的设备进一步包括用来相对于所述管道升高或降低所述框架(并因此所述或每个装置)以将所述或每个装置最初定位到所述管道附近(即在馈送管道之前通过该设备)的手段。
优选地，所述升高/降低手段连接并作用在支撑地安装着所述框架的支撑下部结构，所述升高/降低手段依次安装到设备支撑框架上，相对于所述设备支撑框架，所述下部结构可通过升高/降低手段升高或降低。优选地，所述下部结构包括一对相反的横向延伸的导向部件，在所述导向部件中支撑着所述框架的导辊以便于所述设备在所述设备支撑框架中移动。
优选地，所述框架在导辊上的移动由安装在所述框架上的驱动马达啮合穿过所述设备支撑框架的固定杆(比如，外螺纹的)引起。这种运动允许所述或每个装置相对于管道相对粗略的侧向调节(比如，初步将设备定位在待测试的管道上，但是，也可以移动设备使之远离管道(比如，脱机标定、服务/维修、调节等))。
优选地，其中所述升高/降低手段包括两对相反的螺旋千斤顶，每对螺旋千斤顶安装在所述支撑框架上，并且可被各个延伸穿过所述设备支撑框架的马达驱动齿轮杆啮合，其旋转使得每个螺旋千斤顶对升高或降低各自的导向部件，并且从而使得下部结构相对于所述设备支撑框架上下运动(这从而使得支架升高和降低以升高和降低所述或每个装置)。
优选地，多个装置或装置对在所述支架中纵向安置，以在使用中与所述管道纵轴对齐。侧向并排放置的装置对的使用允许对相对的管道的一半进行测试，并且允许对已经定位的缺陷进行检验和比较。许多变换器支撑装置的纵向排列使得能够测试更长长度的管道，使得整个管道的测试更快捷。
优选地，所述设备在使用中它如此适应，使得所述管道可通过所述设备沿纵向馈送，这样，所述或每个装置可与所述管道前端接近，并保持与所述管道接近，直到所述管道的后端移过所述或每个装置。因此，管道的整个长度都能在根据本发明的设备中进行超声波测试。
通常，第二方面的设备中所使用的所述或每个超声波变换器支撑装置为本发明第一方面中定义的装置。
在第三方面，本发明提供了一种用于各种长度管道的超声波缺陷测试布置，包括支撑框架，在所述框架内支撑和移动两个或多个支架，每个支架支撑一个或多个超声波变换器以定位在所述管道附近；和用于将一段管道定位在其中一个支架附近的手段。
有利地，当使用其中一个支架对一段管道区段进行测试时，所述或者其他支架可以作好准备(例如，已经标定的)以探测相同或不同尺寸或类型的管道，或者在不使用时(即，脱机时)可以被检修、修理等。
在这方面，优选地，用来定位所述管道长度的手段包括用以在所述布置中馈送所述管道和支撑所述管道的管道支撑、可在各个支架和所述支撑框架之间操作以将给定支架移动到所述管道支撑中的管道附近的支架移动手段。优选地，该支架移动手段可相对于支撑框架移动支架，并且优选地包括所述导向部件、导辊、框架、驱动马达以及按照本发明第二方面的延伸穿过所述支撑框架的固定杆。
可选地地，用来定位管道长度的手段可相对于框架侧向移动，这样当对齐其中一个支架时，可自由地接近所述或每个支架(比如，用于调节、检修、修理和维护等)。作为进一步的选择，支撑框架和推进手段都能侧向移动。
优选地，所述两个或多个支架在所述支撑框架中彼此平行放置，提供了一种简单构造的布置。在这方面，所述支架移动手段可同时移动所述两个或多个支架，以一个支架接一个支架地改变管道的临近。
通常，第三方面的每个支架为第二方面中定义的支架，第三方面的支撑框架能够支撑第二方面的设备。优选地，在第三方面中提到的一个或多个超声波变换器被定位在第一方面中定义的支撑装置中，每个支架支撑一个或多个这种装置。
尽管其它形式可能落入本发明的范围，但现在还是参照附图仅通过实例来描述本发明的优选形式，其中图1示出了根据本发明的第一超声波变换器支撑装置的沿图2线1-1的剖视图；图2示出了图1所示装置的非剖视俯视图；图3示出了沿图2线3-3的图1和图2所示装置的剖视端视图；图4示出了图1所示装置使用中的侧视图，超声波变换器定位在其上；图5示出了类似于图4的视图，但探针定位在其上(比如管道厚度探针)；图6示出了根据本发明的备选超声波变换器支撑装置的沿图7线6-6的侧视剖视图；图7示出了图6所示装置的非剖视俯视图；图8示出了沿图7线8-8的图6和图7所示装置的剖视端视图；图9示出了根据本发明的用来将一个或多个超声波变换器支撑装置(比如图1到图5)旋转定位到管道附近的设备的正视图；图10示出了图9中设备的一部分细部的正视图，该部分是侧向移动并将托架相对于管道定位在图9的设备中的部分设备；图11示出了图9所示设备的侧视图；图12示出了图11所示部分设备细节的侧视图；图13示出了图9和图11所示设备的俯视图；图14和图15每个分别示出了图9中部分设备的相对于管道P的两个各自旋转的单独位置的细节；图16示出了用于平行支撑图9到图15所示设备的其中两个的装置的正视图；图17示出了图16所示设备的侧视图；图18示出了从18-18观察的图16所示部分装置细节的端视图；图19示出了沿线19-19的图16所示部分装置的剖视端视图；和图20-22示出了图16和图17所示装置的总体正视图、侧视图和俯视图，图示了使用该装置的方式。
具体实施例方式
首先参照图1到图5，以滑板10的形式示出了支撑超声波变换器或其它探针的装置。滑板包括具有弯曲底面14的板12形式的变换器定位部分，该弯曲底面14的形状被确定为可匹配管道的外表面(即，表面半径与管道外表面半径紧密匹配)。
在板12中制作了特定形状的凹槽16，凹槽中配备地容纳了聚合(典型的是聚亚安酯)插入物18，以支撑超声波变换器或其它探针。插入物是环形的，这样当变换器或探针放置到这里时，它从侧面完全包围了变换器或探针。通常聚亚安酯具有70-80硬度计的表面抗力，已经发现这可理想地防止超声波传播通过其，所以，变换器只能从滑板向下(不是向侧面)传播声波并传入管壁。板12中还提供了安装孔20，用以固定地定位变换器组件24(图4)或厚度探针组件26(图5)的螺栓22。插入物18的底面是弯曲的(图3)，可以作为变换器或厚度探针(未示出)的底面，这样它可匹配外部管道表面的曲率。
使用时从板12上向上伸出的安装(比如焊接)物为一对安装指28，每个指都有穿过其的定位孔30。环形轴承组件32(图4和图5)可定位在每个孔30中，以容许在每个滑板安装到定位设备中(如下所述)时滑板可绕轴A(图4和图5)旋转。
根据本发明，使用时滑板10的前沿或前端36上设置了(比如，加工)下切斜面34形式的引导面。在相对的管道/滑板的纵向运动中，斜面34有利于啮合和通过管道中的任何障碍。在图1到图5中，斜面34被示为平面，但只要合适，它也可以是曲面。另外，可以沿着滑板侧向(比如，由图3中虚线38示意性图示的)，甚至在使用时的滑板后缘(后斜面未示出)形成斜面。
使用图1至图5的滑板时，通常不连续长度的管道被推进并穿过装有多个滑板10的超声波测试设备。在管道的连续缝焊中，通过切割连续制作的前移管道产生了不连续长度的管道，并且在切割过程中，通常在切割末端形成斜面，也可能会发生表面变形。当这样的管道进入常规超声波测试设备时，必须将探针升高到管道末端之上，并在其插入位置处降低探针以防止探针损坏和防止不稳定移动等。
然而，根据本发明，管道末端(无论倒角与否)通常在沿着滑板斜面34的某个位置啮合探针，并且沿着该斜面移动直至到达弯曲的底面14，因而实现了平滑过渡，并且有利的是，允许变换器与管道长度的前端接触。因此，这使得管道的整个长度都可以得到测试。此外，当它们啮合到斜面34上时，可以越过任何障碍(比如表面或焊接缺陷、不规则、翘曲和弯曲等)，再次容许滑板相对于管道表面平滑过渡。侧向的或侧斜面38的提供方便了滑板10绕着管道旋转运动，这种旋转运动将在下文描述。
通常滑板10的前端36如图2所示向内逐渐变细，该锥形可用来沿其长度分配滑板的重量。这允许滑板在重力作用下关于它的横向枢轴(见图12)平衡并且旋转其本身，这样它的焊合部位(heal)趋于首先接触推进的管道，从而避免钩住进入管道孔的滑板前端，否则会发生这种情况，并导致组件损坏。
现在参照图6至图8，使用了同样的附图标记来表示类似或同样的部件。图6至图8描述了备选的滑板40，它具有较短的板12’。在该实施例中，以一定角度的延伸部分42形式的凸缘远离板12’突出，并且以延伸部分42的底面44形式提供了引导面。图6表示的是延伸部分42的方向与穿过板12’的纵轴(因此与管道的纵轴)的最佳角度为35°，然而，也可以采用其它角度。底面44的功能类似于图1至图5中滑板的斜面34，因此，穿越障碍的说明同样适用于备选的滑板40。
在备选的滑板40中，安装指28未示出，但如果合适可以提供。可供选择地，变换器组件或其它探针可以通过安装孔20’安装到板12’上，要么该组件或探针不能绕着轴A旋转，要么它们本身是可以旋转的。
现在参照图9到图15，使用同样的附图标记表示类似或同样的部件。图9到图15示出了设备50，该设备用于对图1到图5中多个滑板10绕管道P旋转定位(比如允许焊缝跟踪)。或者变换器组件24或者厚度探针组件26可布置在各个滑板中。
设备50包括托架52形式的支架。托架52包括滑板支架54样式的第一安装部件。每个滑板通过各自的连接臂56(下文中进行了描述，并且参照图12的详细显示)可枢转地安装到支架54。通过连接臂对59、60，滑板支架54依次可枢转地安装到中间框架58样式的中间安装部件。通过相反的铰链装置对63和64，中间框架58可旋转地连接到悬架62样式的第二安装部件。
悬架可在该设备中侧向移动以对滑板的位置进行微调(比如对焊缝偏差做出反应)。在这方面，悬架的侧向移动引起托架52的侧向移动，使得滑板能够绕管道旋转并跟踪偏离的焊缝(如下文所述)。
为了促进和控制悬架62的侧向移动，悬架通过一对滑动连接器67和68可滑动地安装到前后支杆66和66’。悬架62通过驱动杆67沿支杆66侧向左右移动(图9)，其中所述驱动杆67连接到悬架62并且通过驱动马达68和变速箱69侧向左右移动，所述杆还被支撑在轴承70中。在这方面，通常驱动杆67具有外螺纹，这样驱动马达的活动会使变速箱啮合所述杆并移动它，从而移动了悬架。
现在参照图10和图11，描绘了位置变换器组件72，位置变换器能够确定和控制悬架62的精确位置。在这方面，如图11最佳示出的那样，位置变换器组件72位于悬架62后面，并且通过紧接悬架62尾部62’的接头74和75连接。接头74依次连接到在位置探测管78中滑动的杆76上。管78通过接头82连接到支撑臂80，并且管78内安装了用于进行探测的侧向位置变换器，从而控制悬架62的精确侧向位置，并因此控制支架52的精确侧向位置。
再次参照图9和图11，支杆66和66’在其末端通过各自的前后连接器83和84连接到矩形构架86。跟踪轮90从框架向上伸出并分别安装在4个支柱88上。跟踪轮骑在以平行操作方式支撑两个同样设备50的下部结构的部件(下文参照图16到图19进行描述)上并被其支撑。跟踪轮允许设备50在下部结构中侧向移动，侧向移动由作用在穿过推力轴承91的杆上的马达引起(下面在图16到图18中描述)。推力轴承91安装到在柱88之间延伸的框架92上。这种侧向移动允许该设备与管道、与管道馈送设备进行粗略对齐，并且还允许其远离管道移动，以进行设备标定和检修等(见图20)。
现在参照图12(但图9和图11中也有显示)，滑板10通过连接臂56相对于滑板支架54旋转。连接臂的一端包括环93，该环中牢牢地安装了内螺纹衬套94。连接臂的该端旋转并且螺纹啮合安装在支撑98之间的外螺纹销96，所述支撑98依次通过支架100连接到连接柱102。连接柱102依次安装到滑板支架54，如图11所示(注为清楚起见，图9中省略了柱102)。
从图12也可以看出，每个销96上的螺纹是彼此平行的，这样，当每个连接臂56的环93在它们各自的销上旋转时，平行的滑板保持隔开恒定的距离，并且彼此不碰撞。因此，当滑板啮合表面的不规则物等时，给定对中的每个滑板之间的距离基本上保持恒定(当所述对中一个滑板相对于管道、相对于其他升高或降低时，允许极小的距离变化)。以这种方式布置的滑板的优势是，在相邻的滑板之间，超声波束路径保持恒定，因此实现了超声波测试的高度完整性。
每个连接臂56的对面端设置了环104，在环中定位了两个滚柱轴承组件106。支撑螺帽和螺栓装置108穿过环104和滚柱轴承组件106以提供枢轴连接。螺栓108被保持在滑板支撑板110中，从该支撑板侧向伸出两对滑板支撑臂111、112。销114穿过这些支撑臂，布置每个安装指28以定位在臂111或112之间，并通过销114保持。此外，滚柱轴承116定位并保持在每个指28的定位孔30中，使得滑板可绕销114(即绕着轴A)旋转。
因此，可为每个滑板提供高度的枢转和旋转运动，这允许其精确定位在管道外表面附近，并且进一步提高了每个滑板使用时在管道和滑板之间相对运动期间越过障碍的能力。
再次参照图9、图11和图13，一对V型带槽的导辊118安装在滑板支架54的相反端，每个导辊被支撑在一对向下伸出的柱120之间。导辊不仅便于托架与推进管道的初始啮合和对齐，而且便于管道最终与托架脱离。另外，在托架和管道之间相对运动期间，导辊可保持托架对准管道。此外，在托架绕管道旋转期间，导辊连同滑板便捷了托架部件的枢转，如下文参照图14和15的描述。
如图11和13所示，该托架还提供了安装在其自身各个滑板10’上的单个从动厚度探针组件26。使用时，定位该厚度探针以与穿过俯视图中的托架(见图13)的纵轴L对齐，并且在使用中与管道的纵轴对齐。特别参照图13，图中使用了相同的附图标记表示图12中相同的部件，滑板10’连接到托架的连接装置与每个其它滑板10的连接装置相似。然而，连接臂56被沿着销96前移，这样穿过滑板10’的轴A与托架的纵轴L对齐。另外，托架100被安装到专用的支脚122上，该支脚在124处(图11)被栓接到滑板支架54的从动端。这样，厚度探针滑板10’被拖在从动辊118之后。作为测试过程的一部分，提供的厚度探针被用以测量焊缝厚度，以探测任何可能导致管道在使用时出现故障的薄弱或不规则的潜在区域。换句话说，根据本发明的托架52可用于支撑除超声波缺陷测试探针之外的探针和测试装置。
为了在设备粗略移动期间移开支架54使之不妨碍管道等，或者为了在检修等期间使支架倾斜以使变换器通过，辅助马达126可从悬架62伸出，然后在其相反端处连接到固定在其中一个柱102上的凸缘128。
如示出的那样，托架将8个超声波变换器探针定位在管道附近，通常，4个纵向对齐在焊缝一侧，4个纵向对齐在焊缝另一侧。这样，在沿管道的给定位置处，通常，一对变换器被定位在焊缝的两侧。这种安排允许对合理长度的管道(比如，通常主导探针对和从动探针对之间大约有1米的长度)进行快速测试。另外，它允许快速且精确的超声波圆周测试和轴向测试。
现在参照图14和图15，示意性地示出了托架52绕管道P旋转以跟踪偏离的焊缝SW。图14示出了通常处于其垂直取向的托架52(在粗略和精确对准后)。这是当管道焊缝SW位于管道上止点时所采用的托架取向。
现在参照图15，有时焊缝在前进的管道中偏离上止点。这在许多情形下都会发生。例如，操作员供料误差或设备对准误差都会导致偏离。另外，由于管道弯曲或者接缝卷曲，焊缝也会对不齐。在任何情况下，根据本发明的托架都允许超声波变换器支撑滑板10绕管道旋转，以跟踪缝焊并将其保持在给定对超声波变换器之间(如图15所示)。在这方面，悬架62可相对于框架86侧向移动。因为导辊118、滑板10和变换器与管道外表面是摩擦接触，所以它们对侧向运动产生了阻力，该阻力从穿过连接臂56的管道和连接臂对59和60转移到悬架62。因此，在悬架侧向移动期间，滑板保持与管道外表面接触。为了容许这种情形，中间框架58绕着铰链对装置63和64旋转，并且，因为支架倾斜，连接臂对59和60在它们各自的端部旋转，以增加托架的总体长度(如图15所示)。尽管图15中没有特别示出，但为了将滑板维持在管道外表面附近，左侧滑板可以在其各自的连接臂56上向上旋转，右侧滑板可以在其各自的连接臂56上向下旋转。
已经将该设备设计成允许每个滑板对绕管道外表面旋转高达20°，尽管偏离上止点的焊缝偏离几乎不可能会超过20°，但是如果有必要该装置可采取更大的旋转。另外，装置如此设计，使得焊缝跟踪可以被操作员目视控制，或者通过跟踪从焊缝中线偏移的证示线的传感器自动控制。通常，在缝焊中线实际位置精确已知的地方，事先结合焊缝应用该证示线。
现在参照图16到22，图中使用相同的附图标记表示相似或相同的部件，描述了用于两个平行操作的相同设备50的支撑上部结构150。可采用所述支撑上部结构支撑两个以上的设备，但这将在后文中参照两个设备的支撑对其进行说明。支撑上部结构包括下部结构152，该下部结构152用于支撑每个装置50，而且允许相对于管道供料台154(图20)升高或降低每个设备。
下部结构152包括一对相反的沟槽156，每个沟槽用于支撑一对沿着沟槽并在沟槽内滚动的跟踪轮90。如上所述，跟踪轮90允许由左至右地侧向移动每台设备50(图16)以使其中一台设备与管道供应台154对齐，而其他设备脱机以标定和检修等。
如下所述使设备的侧向移动更容易。驱动马达158(图17)安装到伸展在沟槽156之间的横向机架元件160(图16)。从而，驱动马达和齿轮传动安装到从机架元件160(图16)伸出的支承板162上以与驱动杆164齿轮啮合。驱动杆164依次连接到左右设备驱动杆166和167，每个设备驱动杆穿过各自的安装在每个设备50上的推力轴承91。因此，驱动杆164的旋转以及该处设备驱动杆166和167沿相反方向的旋转通过推力轴承91传递使得每个设备50侧向左右移动(即取决于杆的旋转方向)。这样，当驱动马达158开动时，这两个设备可同时移动，尽管每个设备也可以独立操控。例如，每个设备可具有与之相连的自己各自的驱动马达，或者，更优选地，各自的驱动马达可定位在下部结构152远离的相对端处。远离定位可使与超声波变换器的电的/电子干扰最小化，这种干扰在马达与变换器太近时可能发生。
下部结构152能够相对于上部结构150升高或降低以升高或降低设备150。在这方面，上部结构150包括4个支柱170。每个支柱用螺栓172固定在超声波测试设备的底板上。
如图17所示，导架174从每个支柱170向内伸出，每个导架都具有上、下挡板175、176。挡板限定了下部结构152上下运动的范围。在这方面，缓冲垫178安装到每个沟槽156上，并且在下部结构移动的上下界限点啮合挡板175、176。
为了升高和降低下部结构152，上部结构150的各侧设置了两对螺旋千斤顶180，安装的每个螺旋千斤顶从横撑架部件182向下伸出。每对螺旋千斤顶包括其下端连接到下部支撑部件186上的柱塞184，部件186在邻近其末端的沟槽156之间伸展，并连接到所述沟槽。换句话说，上部结构的各侧设置了一对螺旋千斤顶(即，由图16可以看出)，以支撑每个沟槽的相对端并升高和降低它们。
柱塞184在每个螺旋千斤顶180中连同杆188(图16)被驱动。杆188在齿轮传动机架190之间延伸用于每对相反的螺旋千斤顶。此外，当每个柱塞向上拉起时，它伸进螺旋千斤顶的管状延伸壳体192中，并且当下部结构降低时，每个柱塞向下伸出该壳体。
现在参照图16、18和19，用于驱动螺旋千斤顶的驱动马达194悬在一对横梁196之间，每个梁196在横撑架部件182之间延伸并安装到该部件上。马达支臂198对着横梁196，该马达通过支架200安装到该梁的底面。驱动马达通过连接器204啮合到斜接的变速箱202，每个斜接的变速箱通过连接器206、207(图16)依次连接到各自的驱动杆188。在齿轮传动支架190处，连接器206、207被定位在各自螺旋千斤顶的两侧，并将斜接的变速箱连接到螺旋千斤顶，由此连接到驱动杆188。
这样，一对驱动杆伸过上部结构，每个驱动杆在一对相反的螺旋千斤顶之间伸展。每个驱动杆支撑在两个位置208、209处，这在图19中显示的更清楚。在这方面，在每个位置处，杆支撑梁210对着横梁196并在横梁196之间伸展。一对支承轴承211、212安装到杆支撑梁210上，并且杆穿过所述支撑轴承并位于其中而且被旋转支撑。在驱动杆188(图16)的右端，驱动杆通过连接器214连接到各自螺旋千斤顶齿轮传动支架190。
这样，马达194的驱动旋转了斜接的变速箱202，从而旋转了驱动杆188，使得螺旋千斤顶可升高或者降低支撑部件186，并且因此升高或降低了沟槽156。这又依次升高或降低了两个装置50，使得装置可以相对于位于管道供料台154内的管道垂直定位，以粗略地调整该装置以用于不同的管径。
现在参照图20至图21，可以看出，当一个装置(左侧的装置)定位在管道供料站154上方准备在那里接收管道进行超声波测试时，另一装置50(右侧的装置)定位在各自的标定站220上方。在标定站220中，可以标定右侧的装置50以准备接收不同管道进行测试。有利的是，这意味着当在不同尺寸的管道之间进行转换时，这种方式是高效的，没有停机时间。此外，在所示的位置，右侧装置可以得到检修、修理等，这样再次缩短或消除了停机时间。类似地，当左侧的装置50不能使用时，它被定位在其自己的标定站220’上方，然后右侧装置50立刻被定位在管道供料站154上方。
还可以看出，每个标定站都有自己的管道供料机械装置222，以馈送待标定的管道。此外，通常每个标定平台都有安置在其周围的安全罩装置224。
尽管描述了用于两个装置的上部结构，但是该结构可容易地加宽以容纳额外的装置50。
因此，尽管参照许多优选实施方案描述了本发明，但应当理解本发明可以通过许多其它方式具体化。
权利要求
1.一种装置，所述装置用来支撑用于管道超声波缺陷测试的超声波变换器，所述装置包括用于邻近管道定位的变换器定位部件，以将所述变换器定位在所述管道附近；和与所述变换器定位部件相连的引导面，这样，当所述装置相对于所述管道移动时，所述引导面能够啮合并越过所述管道中的障碍以如此相对于装置移动。
2.如权利要求1所述的装置，其中当所述装置沿所述管道纵向相对移动时，所述引导面定位在所述变换器定位部件前方。
3.如权利要求1或权利要求2所述的装置，其中使用时所述引导面相对于所述管道纵轴倾斜延伸。
4.如前述任何一项权利要求所述的装置，其中所述引导面定义为(i)在所述变换器定位部件的端部；或者(ii)作为远离所述变换器定位部件延伸的凸缘的一部分。
5.如权利要求4所述的装置，其中在(i)中，所述引导面定义为在所述装置使用时的前端处的斜面下切。
6.如权利要求4所述的装置，其中在(ii)中，所述凸缘远离所述装置使用时的前端并远离所述管道延伸，并且所述引导面定义在面向所述管道凸缘的侧面。
7.如前述任何一项权利要求所述的装置，其中所述引导面是平面。
8.如前述任何一项权利要求所述的装置，其中变换器定位元件被安置在所述变换器定位部件中，使用时，所述变换器安装定位在该元件中。
9.如权利要求8所述的装置，其中所述变换器定位元件侧向环绕所述变换器，并且由抵抗超声波传播通过的材料制造，这样在使用时超声波不会侧向通过所述装置。
10.如权利要求8或9所述的装置，其中所述变换器定位元件由聚合材料环形成，所述聚合材料环可定位在所述变换器定位部件的主体中。
11.如前述任何一项权利要求所述的装置，其中所述变换器定位部件包括使用时弯曲的底面，以在使用时紧密面向所述管道定位。
12.如权利要求11所述的装置，其中所述曲面通过与所述管道外表面半径紧密匹配的半径限定。
13.如前述任何一项权利要求所述的装置，它适于安装在一种在使用时可沿着和/或绕着和/或朝着/离开所述管道相对移动所述装置的设备中。
14.如权利要求13所述的装置，其中可在所述设备中安装多个所述超声波变换器支撑装置。
15.一种用于支撑超声波变换器的装置，所述装置基本上为此处参照附图描述的装置。
16.一种用于将一个或多个超声波变换器支撑装置旋转定位在管道附近以对其进行超声波缺陷测试的设备，所述设备包括绕着所述管道圆周的至少一部分旋转所述装置或每个装置同时将所述装置或每个装置保持在所述管道附近的手段。
17.如权利要求16所述的设备，其中所述装置或每个装置被安装到支架上，并且所述旋转手段部分地整合在所述托架中，使得所述或每个装置可绕所述管道旋转。
18.如权利要求17所述的设备，其中一对或多对超声波变换器支撑装置安装在所述支架上，并且其中所述支架这样配置，使得当给定装置对相对于所述管道移动时，所述对中的每个装置之间的距离基本上被保持。
19.一种用于将一个或多个超声波变换器支撑装置对定位在管道附近以对其进行超声波缺陷测试的设备，所述设备包括用于在使用中维持给定对中的每个装置之间基本恒定距离的手段。
20.如权利要求19所述的设备，其中所述一个或多个装置对被安装到支架上，并且所述支架包括如权利要求17所述的旋转手段。
21.如权利要求17、18或20所述的设备，其中所述支架包括所述或每个装置可枢转地安装在其上的第一安装部件、所述第一安装部件可枢转地安装在其上的中间安装部件，以及铰接所述中间安装部件以绕其枢转的第二安装部件。
22.如权利要求19所述的设备，其中一个或多个超声波变换器支撑装置对每个都以可维持给定对中的每个装置之间基本恒定距离的方式可枢转地安装在第一安装部件上。
23.如权利要求21或22所述的设备，其中所述或每个装置从上止点位置绕所述管道的旋转通过相对于所述管道侧向移动所述第二安装部件来实现，从而使得所述中间安装部件相对于所述第二安装部件枢转，并引起以下任一或者二者使得所述第一安装部件相对于所述中间安装部件向下枢转；使得所述或每个装置相对于所述第一安装部件向下枢转；因此向下和绕着所述管道移动所述(各)装置，同时保持装置接近所述管道外表面。
24.如权利要求23所述的设备，其中导辊设置在所述第一安装部件的相反端处，以在所述管道和所述或每个装置之间相对移动期间沿着所述管道外表面骑行，同时所述或每个装置定位在所述导辊之间的所述第一安装部件上。
25.如权利要求24所述的设备，其中当所述第二安装部件相对于所述管道侧向移动时，所述导辊啮合所述管道并使得所述中间安装部件相对于所述第二安装部件枢转。
26.如权利要求24或25所述的设备，其中每个导辊都是V型辊，具有在其端部之间绕其延伸的V型圆周凹槽，并且在使用时所述管道容纳在该凹槽中。
27.如权利要求24至26中任何一项所述的设备，其中每个导辊由弹性体材料制造以便于滚动和侧向啮合所述管道外表面。
28.如权利要求21至27中任何一项所述的设备，其中所述或每个装置通过各自的连接臂可枢转地安装到所述第一安装部件，在所述装置和所述管道相对移动期间，所述装置拖在所述连接臂之后。
29.如权利要求21至28中任何一项所述的设备，其中所述第一安装部件通过各自的连接臂对可枢转地安装到所述中间安装部件，在所述装置和所述管道相对移动期间，所述第一安装部件拖在所述连接臂对之后。
30.如权利要求21至29中任何一项所述的设备，其中所述第二安装部件安装到框架上，所述框架支撑用来相对于所述框架侧向移动所述第二安装部件的手段。
31.如权利要求30所述的装置，其中所述第二安装部件连接到所述侧向移动手段，所述侧向移动手段依次安装到所述框架。
32.如权利要求30或31所述的设备，其中所述侧向移动手段包括致动臂，所述致动臂用于沿着所述框架的滑动装置移动所述第二安装部件，从而侧向地在侧面移动所述或每个装置。
33.如权利要求32所述的设备，其中所述致动臂是通过位于所述框架的驱动马达旋转的外螺纹杆，所述杆啮合所述第二安装部件引起所述的侧向移动。
34.如权利要求30至33中任何一项所述的设备，还包括用来相对于所述管道升高或降低所述框架以将所述或每个装置最初定位到所述管道附近的手段，所述升高/降低手段连接并作用在支撑地安装着所述框架的支撑下部结构，所述升高/降低手段依次安装到设备支撑框架上，相对于所述设备支撑框架，所述下部结构可通过升高/降低手段升高或降低。
35.如权利要求34所述的设备，其中所述下部结构包括一对相反的横向延伸的导向部件，在所述导向部件中支撑着所述框架的导辊以便于所述设备在所述设备支撑框架中移动。
36.如权利要求35所述的设备，其中所述框架在导辊上的移动由安装在所述框架上的驱动马达啮合穿过所述设备支撑框架的固定杆引起。
37.如权利要求35或36所述的设备，其中所述升高/降低手段包括两对相反的螺旋千斤顶，每对螺旋千斤顶安装在所述支撑框架上，并且可被各个延伸穿过所述设备支撑框架的马达驱动齿轮杆啮合，其旋转使得每个螺旋千斤顶对升高或降低各自的导向部件，并且从而使得下部结构相对于所述设备支撑框架上下运动。
38.如权利要求17至37中任何一项所述的设备，其中多个装置或装置对在所述支架中纵向安置，以在使用中与所述管道纵轴对齐。
39.如权利要求16至38中任何一项所述的设备，在使用中它如此配置，使得所述管道可通过所述设备沿纵向馈送，这样，所述或每个装置可与所述管道前端接近，并保持与所述管道接近，直到所述管道的后端移过所述或每个装置。
40.如权利要求16至39中任何一项所述的设备，其中所述或每个超声波变换器支撑装置是如权利要求1至15中任何一项所定义的装置。
41.一种用于将一个或多个超声波变换器支撑装置定位在管道附近的设备，所述设备基本上为此处参照附图中的图9至22所描述的设备。
42.一种用于各种长度管道的超声波缺陷测试布置，包括支撑框架，在所述框架内支撑和移动两个或多个支架，每个支架支撑一个或多个超声波变换器以定位在所述管道附近；和用于将一段管道定位在其中一个支架附近的手段。
43.如权利要求42所述的布置，其中用来定位所述管道长度的手段包括用以在所述布置中馈送所述管道和支撑所述管道的管道支撑、可在各个支架和所述支撑框架之间操作以将给定支架移动到所述管道支撑中的管道附近的支架移动手段。
44.如权利要求43所述的布置，其中所述支架移动手段包括所述导向部件、导辊、框架、驱动马达以及如权利要求36中所定义的延伸穿过所述支撑框架的固定杆。
45.如权利要求43或44所述的布置，其中所述两个或多个支架在所述支撑框架中彼此平行放置，这样，所述支架移动手段可同时移动所述两个或多个支架，以一个支架接一个支架地改变管道的临近。
46.如权利要求42至45中任何一项所述的布置，其中每个支架为权利要求17至33中任何一项所定义的支架。
47.如权利要求38至42中任何一项所述的布置，其中所述框架整合或包括权利要求16至37中任何一项所定义的设备。
48.如权利要求42至47中任何一项所述的布置，其中所述一个或多个超声波变换器定位在权利要求1至15中任何一项所定义的支撑装置中，每个支架支撑一个或多个这样的装置。
49.一种用于各种长度管道的超声波缺陷测试的布置，所述布置基本上为此处参照附图中的图16至22所描述的布置。
全文摘要
一种装置(10)，所述装置用来支撑用于管道超声波缺陷测试的超声波变换器，所述装置包括用于邻近管道定位的变换器定位部件(12)，以将所述变换器定位在所述管道附近；和与所述变换器定位部件相连的引导面(14)，这样，当所述装置相对于所述管道移动时，所述引导面能够啮合并越过所述管道中的障碍以如此相对于装置移动。一种用于将一个或多个超声波变换器支撑装置(10)旋转定位在管道附近以对其进行超声波缺陷测试的设备(50)，所述设备包括绕着所述管道圆周的至少一部分旋转所述装置或每个装置同时将所述装置或各个装置保持在所示管道附近的手段(52)。另外，一种用于各种长度管道的超声波缺陷测试布置，包括支撑框架(150)，在所述框架内支撑和移动两个或多个支架(50)，每个支架支撑一个或多个超声波变换器以定位在所述管道附近；和用于将一段管道定位在其中一个支架附近的手段(154)。
文档编号F16M13/00GK1829875SQ200480021853
公开日2006年9月6日 申请日期2004年5月12日 优先权日2003年6月2日
发明者约翰·皮珀 申请人:第一钢铁贸易有限公司