专利名称：一种在线管道探伤装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在线管道探伤装置。更具体地说是利用漏磁探伤方法对生产、力口工和安装现场的铁磁性工业管件和在线的石油、化工、锅炉工业管道的质量进行实时检测的一种信号检测装置，通过检测以确定这些工业管道在运行过程中是否安全。
背景技术：
铁磁性管件用于形成石油、化工、锅炉工业管道，是在高承压、承重和高扭力状态运行，同时长期受到腐蚀性气体、液体和固体的连续作用。若管道内含缺陷，可能造成管道断裂、泄漏、爆炸和环境污染等重大事故。
目前的石油、化工、锅炉等在线工业管道一般是经过几年的运行后，定期停产检修，停产检修也是通过局部采样检测或者更换这些管道。现有的涡流探伤仪的探伤原理是铁磁性管件在通过涡流探伤仪时，受到交变磁场磁化，在金属管件外表面形成涡流。当铁磁性管件中有裂纹等缺陷时，涡流回路的电流受到管件表面缺陷的影响而发生变化，与涡流垂直的交变磁场也发生变化，检测线圈发现该变化磁场，从而探测到缺陷的存在。停产检修中采用的涡流探伤仪存在如下不足I、由于采用交流磁化，形成的涡电流具有集肤效应，因此涡流只在铁磁性管道的浅外表流动，管道内部或内壁存在的缺陷不会影响涡流，显然涡流探伤仪只能检测铁磁性管道外表面缺陷。但实际上，铁磁性管道内部缺陷对于铁磁性管道的安全起着关键的作用。2、由于目前的涡流检测设备与管道的间距需要很精确的定位，不能沿着在线工业管道自动爬行，因而不能对在线工业管道的可靠检测；停产检修中采用的常规的超声检测方法由于声干涉、耦合剂和通道数等限制，只能进行局部的抽样检测，且检测速度低、漏检严重。美国TUBSC0PE公司是最著名的管件探伤设备生产公司，生产的管件检测设备占领30%以上国际市场。但由于他们的设备专门对生产和加工中的铁磁性工业管件高速检测，体积庞大、重量笨重，需要安装在专用的管道生产和加工车间，管道需要从现场远途调运到车间才能检测，不能对在线工业管道的可靠检测。中国专利申请号00254294. 3公开了一种钢管漏磁探伤装置，其将漏磁探头和磁化装置固定在输送钢管的输送道上，由钢管做螺旋前进运动来完成钢管外表面的扫查。其不足之处在于，需要由专门的驱动装置来驱动钢管旋转前进，不适用于在线管道的无损检测。对于在线管道的无损探伤，以美国TUBSC0PE公司为代表，能生产一种沿管道内腔爬行的探伤装置，该探伤装置在空气流或油、水流体的推动下在管道内穿行和探伤。但是在管道内穿行的探伤装置遇到管道转角、变形或有泥沙堆积部分时很容易卡阻，只能对大直径输送管道进行在线探伤。此外，美国OEM公司能生产一种沿独立管件外表面移动的探伤装置，他们先将探头贴合在管件外表面，然后将圆形磁化线圈套在管件上，与贴合在管件上的探头一起移动探伤。由于圆形磁化线圈只能从管件端头套在管件上，该装置只能检测拆下的一根一根管件，不能进行在线检测。因此，目前还缺少对石油、化工、锅炉等在线工业管道的可靠检测方法和设备。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可以方便地在被检测管道上安装或卸下的探伤装置，无须拆下或断开管道，适用于在线工业管道的质量检测。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是一种在线管道探伤装置，包括磁化机构、探头和爬行机构，磁化机构包括两组铁磁性圆环、U形柱和线圈；每组铁磁性圆环包括2个半圆环形的铁磁性件与2块半圆环形的非磁性端板；2个铁磁性件分别固定在2块非磁性端板的内侧面；2块非磁性端板的一端铰接，另一端通过锁扣连接，使2个半圆环形的铁磁性件的内凹相对构成一组闭环的铁磁性圆环；两组铁磁性圆环相互平行设置且间隔设定的间距；U形柱为铁磁性材料，U形柱的开口两端分别与两组铁磁性圆环的外径连接，线圈环绕在U形柱中部，线圈包括直流电输入端与直流电输出端；探头与铁磁性圆环连接；爬行机构与非磁性端板固定连接。作为优选，爬行机构包括主动轮辊、被动轮辊和减速电机；主动轮辊装在主动轮辊支架上，主动轮辊支架通过螺栓固定在一组铁磁性圆环的非磁性端板的外侧；主动轮辊与减速电机同轴并由减速电机驱动；所述被动轮辊装在被动轮辊支架上，被动轮辊支架通过螺栓固定在另一组铁磁性圆环的非磁性端板外侧。作为优选，包括至少2只所述主动轮辊，相邻的2只主动轮辊的对称中心线构成的夹角小于180度；包括至少2只所述被动轮辊，相邻的2只被动轮辊的对称中心线构成的夹角小于180度。作为优选，主动轮辊安装位置位于一组铁磁性圆环的上部；被动轮辊安装位置位于另一组铁磁性圆环的上部；U形柱设置在两组平行设置的铁磁性圆环的下方。作为优选，探头通过探头撑杆与非磁性端板连接，探头撑杆具有弹性；复数个探头沿非磁性端板周向均匀分布构成覆盖环形一周的探头阵列。作为优选，探头撑杆包括长撑杆与短撑杆；长撑杆与短撑杆相间沿端板周向均匀分布固定在非磁性端板上；设在长撑杆头端的探头与设在短撑杆头端的探头构成双层环形排列，且相邻探头的侧边相互交错；设在长撑杆头端的探头与设在短撑杆头端的探头的信号输出端口采用差分连接形式。作为优选，探头为4只或8只或16只。作为优选，探头为磁敏传感器。作为优选，非磁性端板为铝材或工程塑料。作为优选，半环形铁磁性件及U形柱为DT2或DT3或DT4钢材或任何低含碳钢铁材料制成。与已有技术相比，本发明的有益效果是采用能够张合的磁化机构，打开后可以套在在线管道上，合拢后成为可对铁磁体在线管道径向一周进行磁化的两组环形铁磁体。可以方便地套合在线管道上的任何一处，遇到在线管道直径变化时或者遇到管道接箍时或者行走到管道转角处后也很容易卸下。整个探伤装置结构紧凑、携带方便、操作容易，无须拆下或断开在线管道即可对在线管道质量进行实时监测，大大方便了在线管道的安全检测。
图I是本发明在线管道探伤装置实施例的主视图(闭合状态)。图2是图I的A向剖视图(闭合状态)。图3是本发明在线管道探伤装置实施例的左视图(打开状态)。图4是本发明在线管道探伤装置实施例的探头阵列分布展开图。图5是本发明在线管道探伤装置实施例的工作原理示意图。图中，I-管道，2-右下端板，3-右上端板，4-左下端板，5-左上端板，6_右下磁性件，7-右上磁性件，8-左下磁性件，9-左上磁性件，IO-U形柱，11-线圈，12-右锁扣，13-左锁扣，14-主动轮辊，15-轮辊架，16-减速电机，17-被动轮辊，18-轮辊架，19-短撑杆，20-磁敏传感器，21-长撑杆，22-磁敏传感器，23-铰链，X-缺陷，Y-缺陷。
具体实施例方式本实施例是一种用于检测直径约177. 8mm工业管道的在线管道探伤装置，其由磁化机构、探头和爬行机构组成。在图I中，磁化机构包括左侧铁磁性圆环、右侧铁磁性圆环、U形柱和线圈。其中，两组铁磁性圆环分设在左右两侧。右侧一组铁磁性圆环是半圆环形的右下磁性件6和半圆环形的右上磁性件7构成的。其中下半圆环形的右下磁性件6用螺栓固定在用铝板制成的同样为下半圆环形状的右下端板2的里侧，上半圆环形的右上磁性件7用螺栓固定在用铝板制成的同样上半圆环形状的右上端板3的里侧。右下端板2与右上端板3的一端通过铰链铰接，另一端通过右锁扣12连接构成一个外径为300mm，内径为200mm的铝板圆环，并且使得固定在右下端板上的右下磁性件6和固定在右上端板上的右上磁性件7头尾连接，内凹相对，构成环形的右侧铁磁性圆环。所构成的右侧铁磁性圆环的外径为300mm,内径为200mm,铁磁性圆环的厚度为50mm。在图2和图3中，左侧一组铁磁性圆环是半圆环形的左下磁性件8和半圆环形的左上磁性件9构成的。其中下半圆环形的左下磁性件8用螺栓固定在用铝板制成的同样为下半圆环形的左下端板4的里侧，上半圆环形的左上磁性件9用螺栓固定在用铝板制成的同样为上半圆环形的左上端板5的里侧。左下端板4与左上端板5的一端通过铰链23铰接，另一端通过左锁扣13连接构成一个外径为300mm，内径为200mm的铝板圆环，并且使得分别固定在左下端板的左下磁性件8和固定在左上端板上的左上磁性件9头尾连接，内凹相对，构成环形的左侧铁磁性圆环。所构成的左侧铁磁性圆环外径为300mm,内径为200mm,铁磁性圆环的厚度为50mm。
在图I中，左右两组铁磁性圆环按间距150mm相互平行设置。U形柱10为铁磁性材料，U形柱的开口两端分别与左右两组铁磁性圆环外径的背面固定连接，线圈11环绕在U形柱中部，线圈11具有直流电输入端与直流电输出端，直流电输入端与直流电输出端与直流电连接。
爬行机构由2只主动轮辊、2只被动轮辊和减速电机组成的。2只直径为25mm的主动轮辊14通过轮辊架15固定在右上端板3的外侧面，2只主动轮辊的中心线构成的圆心角为90度，主动轮辊14与安装在右上端板3外侧的375VA/220V、变比为13 I的减速电机16同轴连接，即由减速电机16驱动主动轮辊14转动。同样，2只直径为25mm的被动轮辊17通过轮辊架18固定在左上端板5的外侧面，相邻的2只被动轮辊中心线构成的圆心角为90度(图3)。本实施例的8个探头采用了 8个磁敏传感器。8个磁敏传感器通过撑杆沿周向均匀分布分别固定安装在由左上端板5和左下端板4组成的左侧端板上。其中，磁敏传感器20固定在短撑杆19的头端，短撑杆19的尾端固定在左上端板5的里侧；磁敏传感器22固定在长撑杆21的头端，长撑杆21的尾端固定在左下端板4的里侧；短撑杆与长撑杆因装有弹簧而具有弹性，其通过径向弹性压力使得其头端的磁敏传感器可以紧贴在被检测的管道I的外表面。如图4所不，由于短撑杆与长撑杆间隔排列，分别安装在短撑杆与长撑杆头端的8个磁敏传感器即形成双层错开排列形式，并且相邻的磁敏传感器的侧边相互交错，从而以无缝覆盖方式在被检测管道表面一周构成探头阵列。短撑杆和长撑杆也能用具有弹性的材料制成，如用弹性铜片制成，甚至可用工程塑料制作。为消除由环境干扰和管道表面造成的相关噪声的影响，8只磁敏传感器的信号输出端口采用了差分连接形式。具体如图4所示，编号分别为1、2、3、4的长撑杆头端的探头与编号分别为5、6、7、8的短撑杆头端的探头是相间排列的，将编号I长探头与编号5短探头连接，同样，将编号2长探头与编号6短探头、编号3长探头与编号7短探头、编号4长探头与编号8短探头分别连接，连接后的输出信号可以抵消环境干扰和管道表面造成的相关噪声Zi的影响，只保留非相关信号。如长探头编号I与短探头编号5连接后的输出信号为U^Z1-(UfZ5) = U1-U5，其中U1-U5R表不同位置的I号探头和5号探头采集的非相关信号，而相关噪声信号Z1-Z5 = O。通过上述的差分连接的方式，其所形成的缺陷信号中，可以将管道表面的摩擦、锈蚀和撞击产生的噪声积累消除，大大提高了缺陷信号/噪声信号比。由此提高检测结果的可靠性。8只磁敏传感器输出的检测信号通过信号放大器后能在示波器中观测到被测管道的缺陷信号，也可以通过常规的A/D卡与计算机连接，在计算机显示屏进行缺陷信号的观测。为使得整个探伤装置工作时平稳运行，在整体布局上，主动轮辊14的安装位置位于右侧铁磁性圆环的上部外侧；被动轮辊17的安装位置位于左侧铁磁性圆环的上部外侧；U形柱10与线圈11安装在两组平行设置的铁磁性圆环的下方。上述结构使得本实施例工作时，主动轮辊14、被动轮辊17在被检测管道I的上方与管道表面接触，较重的U形柱10及线圈11位于管道I的下方。由于整体的重心较低，整个探伤装置运行时会更加平稳。 上述U形柱10与铁磁性圆环的连接方法是首先要求U形柱10的两端开口处端面以及左右两侧的下铁磁性圆环的外径连接处弧面光滑、曲率一致。然后从下铁磁性半圆环的内侧径向开孔，同时U型柱两端开口处的端面对应设有螺孔，将螺栓从下铁磁性半圆环内侧穿过下铁磁性半圆环，并且螺栓头部从外侧伸出，与U型柱弧面上所设螺孔螺合。
半圆形铁磁性件及U形柱可以由DT2或DT3或DT4钢材或任何低含碳钢铁材料材料制成。如图5所示，本实施例的工作原理如下先将探伤装置的两组铁磁性圆环打开后扣合在线管道上，由于右下磁性件6、左下磁性件8的下侧弧面分别与铁磁性的U形柱10的两端连接，并且在U形柱10上绕制有线圈11，当对线圈11馈送直流电流时，线圈11生成的磁力线依次通过左侧铁磁性圆环、两组铁磁性圆环之间的管道壁、右侧铁磁性圆环生成一个磁场，并且将中间的在线管道的管壁磁化。当磁场通过这段管道壁的缺陷界面时会发生折射现象，将缺陷X和缺陷Y处的磁场折射到管道的外壁，形成缺陷漏磁场以便被由磁敏传感器组成的探头阵列扫查捕捉，并产生和发送此缺陷信号。由线圈11生成的磁力线通过左侧铁磁性圆环和右侧铁磁性圆环再回到U形柱形成闭合回路。 当探伤装置沿着管道移动时，按照以上原理对在线管道逐段磁化，遇到不同直径的在线管道或者遇到接箍时或者行进到管道转角处可以取下探伤装置，离开在线管道。避免了其他采用套在管道上的同心线圈磁化器必须拆断管道才能取下的不足。本实施例采用管道外爬行机构沿工业管道外壁爬行移动，并且可以调节磁场强度对被检测的在线铁磁性管道进行充分磁化，使管道内、外壁和内部缺陷在管道的外表面产生缺陷磁场，同时用磁敏传感器扫查这些缺陷磁场形成反映缺陷的有无和严重等级的信号。综上所述，本实施例结构紧凑，由于采用开合式结构，可以很容易的在被检测管道上装卸。使用时无须拆卸或断开管道，省时省力，工作效率相应提高，同时也节省了施工成本，提高了经济效益。以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。
权利要求
1.一种在线管道探伤装置，包括磁化机构、探头和爬行机构，其特征在于所述磁化机构包括两组铁磁性圆环、U形柱和线圈；每组铁磁性圆环包括2个半圆环形的铁磁性件与2块半圆环形的非磁性端板；所述2个铁磁性件分别固定在2块非磁性端板的内侧面；2块非磁性端板的一端铰接，另一端通过锁扣连接，使2个半圆环形的铁磁性件的内凹相对构成一组闭环的铁磁性圆环；所述两组铁磁性圆环相互平行设置且间隔设定的间距；所述U形柱为铁磁性材料，U形柱的开口两端分别与两组铁磁性圆环的外径连接，所述线圈环绕在U形柱中部，线圈包括直流电输入端与直流电输出端；所述探头与铁磁性圆环固定连接；所述爬行机构与非磁性端板固定连接。
2.根据权利要求I所述的在线管道探伤装置，其特征在于所述爬行机构包括主动轮辊、被动轮辊和减速电机；所述主动轮辊装在主动轮辊支架上，主动轮辊支架通过螺栓固定在一组铁磁性圆环的非磁性端板的外侧；主动轮辊与减速电机同轴并由减速电机驱动；所述被动轮辊装在被动轮辊支架上，被动轮辊支架通过螺栓固定在另一组铁磁性圆环的非磁性端板外侧。
3.根据权利要求2所述的在线管道探伤装置，其特征在于包括至少2只所述主动轮辊，相邻的2只主动轮辊的对称中心线构成的夹角小于180度；包括至少2只所述被动轮辊，相邻的2只被动轮辊的对称中心线构成的夹角小于180度。
4.根据权利要求3所述的在线管道探伤装置，其特征在于所述主动轮辊安装位置位于一组铁磁性圆环的上部；所述被动轮辊安装位置位于另一组铁磁性圆环的上部；所述U形柱设置在两组平行设置的铁磁性圆环的下方。
5.根据权利要求I所述的在线管道探伤装置，其特征在于所述探头通过探头撑杆与非磁性端板连接，探头撑杆具有弹性；复数个所述探头沿非磁性端板周向均匀分布构成覆盖环形一周的探头阵列。
6.根据权利要求5所述的在线管道探伤装置，其特征在于所述探头撑杆包括长撑杆与短撑杆；长撑杆与短撑杆相间沿端板周向均匀分布固定在非磁性端板上；设在长撑杆头端的探头与设在短撑杆头端的探头构成双层环形排列，且相邻探头的侧边相互交错；设在长撑杆头端的探头与设在短撑杆头端的探头的信号输出端口采用差分连接形式。
7.根据权利要求6所述的在线管道探伤装置，其特征在于所述的探头为4只或8只或16只。
8.根据权利要求7所述的在线管道探伤装置，其特征在于所述探头为磁敏传感器。
9.根据权利要求1-6任何一项所述的在线管道探伤装置，其特征在于所述探头为磁敏传感器。
10.根据权利要求1-8任何一项所述的在线管道探伤装置，其特征在于所述非磁性端板为铝材或工程塑料；所述半环形铁磁性件及U形柱为DT2或DT3或DT4钢材或任何低含碳钢铁材料制成。
全文摘要
本发明公开了一种在线管道探伤装置，包括磁化机构、探头和爬行机构，磁化机构包括两组铁磁性圆环、U形柱和线圈；每组铁磁性圆环由2个半环形铁磁性件与2块半环形的非磁性端板构成，2个半环形铁磁性件分别固定在2块半环形的非磁性端板的内侧面；2块非磁性端板的一端铰接，另一端通过锁扣连接构成一组闭合的环形铁磁性圆环；两组铁磁性圆环设置为相互平行且间隔设定的间距；U形柱为铁磁性材料，U形柱的开口两端分别与两组铁磁性圆环的外径连接，线圈环绕在U形柱中部，线圈包括直流电输入端与直流电输出端；探头与铁磁性圆环固接；爬行机构与非磁性端板固接。本发明能够以扣合安装方式对在线铁磁性管道进行检测，无须拆下或断开在线管道。
文档编号G01N27/83GK102636560SQ20121014075
公开日2012年8月15日 申请日期2012年5月8日 优先权日2012年5月8日
发明者何箭, 何辅云, 陈宋铭, 陈彬 申请人:合肥中大检测技术有限公司, 安徽省雄峰起重机械有限公司