聚烯烃复合管接头超声波周向自动检测装置及检测方法
【专利摘要】本发明涉及电熔接头超声波检测领域，旨在提供聚烯烃复合管接头超声波周向自动检测装置及检测方法。该超声波周向自动检测装置包括超声波检测仪、探头、探头夹持装置、编码器、内卡箍、外卡箍、小齿轮、步进电机和控制模块；该检测方法用于对被测管的接头进行检测，最后通过超声波检测仪形成C扫描图像显示。本发明采用相控阵聚焦技术，可解决声波衰减过多使回波太弱的问题；选取了专门的耦合剂，在接触法检测时达到界面声传递耗损最小，甚至达到无耗损；研制了专门的扫查装置，能形成实时C扫描图像。
【专利说明】聚烯烃复合管接头超声波周向自动检测装置及检测方法
【技术领域】
[0001]本发明是关于电熔接头超声波检测领域，特别涉及聚烯烃复合管接头超声波周向自动检测装置及检测方法。
【背景技术】
[0002]管道输送是一种经济、安全的运输方式，在石油、电力、煤炭、化工以及城市供水等各个部门得到广泛的应用。目前我国使用的传统管材主要有金属管和聚烯烃管两大类。由于材料自身的特点，金属管强度具有钢度高、连接技术成熟等优点，但存在易生锈、易腐蚀等缺点；聚烯烃管具有柔性大、耐腐蚀等优点，但存在强度低、刚度低等缺点。为了克服上述管道存在的固有缺陷，各国都在积极探索开发增强的聚烯烃复合管。聚烯烃复合管具备了金属管道和聚烯烃管道各自的优点，既能够承受较高工作压力，又非常耐腐蚀，使用寿命长，同时还保持和聚烯烃管类似的柔韧性和可熔接性。
[0003]聚烯烃复合管的连接技术是其能否成功应用的关键。因为聚烯烃复合管连接时无法把两个管端的增强材料连接起来形成力的传递结构，而聚烯烃复合管通常又是应用于高工作压力，保证接头的密封性更不容易。聚烯烃复合管的连接方法通常有机械压紧方式和非机械压方式两大类。其中非机械压紧方式通常应用于大直径聚烯烃复合管的连接，非机械压紧方式一般采用焊接连接。聚烯烃复合管非机械压紧方式一般采用热熔对接加增强型电熔套筒连接。电熔套筒材料大多采用聚乙烯材料。由于接头在连接过程中有可能存在各种缺陷，使接头成为聚烯烃复合管系统最薄弱的环节使。目前大多数聚烯烃复合管管道系统失效为接头的泄漏失效。目前聚烯烃复合管管焊接接头的质量控制主要依赖规范的焊接操作，但多种因素造成了焊接过程中难免出现缺陷。超声波检测作为一种非破坏性、内部可探测性检测技术逐渐成为聚烯烃复合管管接头重要的检测方法。传统的聚烯烃复合管管接头超声波检测多为人工操作，劳动强度大，且检测结果受人为因素影响较大。同时由于聚烯烃复合管电熔套筒的规格尺寸与聚烯烃复合管管道有很大区别，通常采用特殊加长增厚的电熔套筒，电阻丝布丝宽度很大，如果采用扫描手工检测，既化费时间，又得不到整个熔合面的质量信息。
【发明内容】
[0004]本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供能实现聚烯烃复合管管接头周向自动检测的装置及检测方法。为解决上述技术问题，本发明的解决方案是:
[0005]提供聚烯烃复合管接头超声波周向自动检测装置，包括超声波检测仪，还包括探头、探头夹持装置、编码器、内卡箍、外卡箍、小齿轮、步进电机和控制模块；外卡箍套在内卡箍上，且内卡箍的外圆周上设有大齿轮构造，探头夹持装置和步进电机分别安装在外卡箍上，步进电机与小齿轮连接，小齿轮与内卡箍上的大齿轮啮合；探头和编码器安装在探头夹持装置上，并能沿着探头夹持装置的轨道滑动，探头和编码器用于采集信号并将信号传输至超声波检测仪；所述控制模块包括相互连接的步进电机驱动器、PLC控制器和电源开关，步进电机驱动器和所述步进电机相连，PLC控制器用于判断外卡箍的转动圈数并控制电源开关的开关情况，电源开关用于控制步进电机驱动器的启动与关闭。
[0006]作为进一步的改进，所述电源开关能进行手动操作。
[0007]作为进一步的改进，所述编码器为轮式编码器。
[0008]提供基于所述的超声波周向自动检测装置的检测方法，用于对被测管的接头进行检测，被测管的超声纵波声速为1800?2400m/s，具体方法包括:先将耦合剂涂在被测管外壁上，再将超声波周向自动检测装置中的内卡箍安装在被测管外壁上，开启电源开关，超声波周向自动检测装置自动检测完成，并通过超声波检测仪形成C扫描图像显示。
[0009]作为进一步的改进，所述耦合剂是由甘油、水玻璃、消泡剂和水混合配制而成的稠状耦合剂，耦合剂的声速为1800?2110m/s。
[0010]作为进一步的改进，所述C扫描是指:轴向采用超声相控阵电子线扫描，周向采用步进电机驱动的机械扫查，超声波检测仪对轴向电子线扫描、周向机械扫查的位置信息和探头接收的超声波信号进行处理，并在超声波检测仪的显示器上形成实时C扫描图像。
[0011]作为进一步的改进，超声波周向自动检测装置能实现投影扫描，使探头位置与被测管中的缺陷在接头中的位置形成一一对应关系。
[0012]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0013]1、采用相控阵聚焦技术，可解决声波衰减过多使回波太弱的问题，针对聚乙烯材料特有的声学特性；
[0014]2、选取了专门的耦合剂，使其声速、声阻抗与被测管材料相匹配，在接触法检测时达到界面声传递耗损最小，甚至达到无耗损；
[0015]3、结合聚烯烃复合管管接头周向检测的需求，研制专门的扫查装置，纵向采用电子线扫查技术，周向采用机械扫查技术，直至整个熔合面检测完成；
[0016]4、扫描时，按规划好的路径作空间扫描，超声波检测仪主机对电子线扫查、周向机械扫查的位置信息和探头接收的超声波信号进行处理，在其显示器上能形成实时C扫描图像。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明中的机械运动部件装配示意图。
[0018]图2为本发明的电路原理图。
[0019]图中的附图标记为:1内卡箍；2小齿轮；3步进电机；4外卡箍；5探头夹持装置；6轮式编码器；7探头。
【具体实施方式】
[0020]在此需要强调的是，本发明所述各模块均为电路逻辑的集合，而非虚拟功能模块。其具体实现是本领域常见技术手段，本领域技术人员通过对本发明的阅读，根据其掌握的常规技术手段完全可以再现。本发明中不存在任何方法特征，即便在没有电路图的基础上本领域也是可以实施的。
[0021]下面结合附图与【具体实施方式】对本发明作进一步详细描述:
[0022]聚烯烃复合管接头超声波周向自动检测装置包括超声波检测仪、探头7、探头夹持装置5、轮式编码器6、内卡箍1、外卡箍4、小齿轮2、步进电机3和控制模块。如图1所示，外卡箍4套在内卡箍I上，且内卡箍I的外圆周上设有大齿轮构造，探头夹持装置5和步进电机3分别安装在外卡箍4上，步进电机3与小齿轮2连接，小齿轮2与内卡箍I上的大齿轮啮合，探头7和轮式编码器6安装在探头夹持装置5上，探头7和轮式编码器6用于采集信号并将信号传输至超声波检测仪。超声波检测仪能形成C扫描图像显示，所述C扫描是指:轴向采用电子扫描，周向采用机械扫查，并记录位置信息和超声信息，经处理后形成实时扫查图像。所述控制模块包括相互连接的步进电机驱动器、PLC控制器和电源开关，步进电机驱动器和所述步进电机3相连，PLC控制器用于判断外卡箍4的转动圈数并控制电源开关的开关情况，电源开关用于控制步进电机驱动器的启动与关闭，且能进行手动操作。具体的电路原理如图2所示。
[0023]基于上述的超声波周向自动检测装置的检测方法，用于对被测管的接头进行检测，被测管的超声纵波声速在1800?2400m/s范围内。检测方法具体包括:先将耦合剂涂在被测管外壁上，再将超声波周向自动检测装置中的内卡箍I安装在被测管外壁上，外卡箍4套合在内卡箍I上，然后连接步进电机3和小齿轮2，并将步进电机3安装在外卡箍4上，小齿轮2与内卡箍I上的大齿轮啮合；开启电源开关，步进电机3驱动小齿轮2转动，小齿轮2带动外卡箍4绕内卡箍I转动，同时带动探头夹持装置5绕被测管外壁转动，安装于探头夹持装置5上的探头7和轮式编码器6采集信号并将信号传输至超声波检测仪。PLC控制器控制步进电机驱动器实现周向扫查，并通过轮式编码器6记录周向扫查位置信息。PLC控制器判断外卡箍4沿被测管外壁转动一圈后，自动切断电源开关，实现被测管的周向扫查。检测过程中如需紧急制动，切断电源开关，外卡箍4停止转动，扫查停止。超声波检测仪主机对电子线纵向扫查、周向机械扫查的位置信息和探头7接收的超声波信号进行处理，在其显示器上形成实时C扫描图像，并把数据存储在内部或外部的存储器里。可采用专用软件来实现C扫描中相控阵电子扫查和周向机械扫查的同步和精度控制、超声信息与位置信息的一致性控制，从而保证检测结果的可靠性。超声波周向自动检测装置能实现投影扫描，使探头7位置与被测管中的缺陷在接头中的位置形成一一对应关系。
[0024]所述耦合剂是根据被测管，即聚烯烃复合管材料的声学特性而制作的特定的耦合齐U，使其声速、声阻抗与被测管材料相匹配，在接触法检测时达到界面声传递耗损最小，甚至达到无耗损。因为聚烯烃复合管典型热塑性塑料的超声纵波声速在1800m/s?2500m/s范围内，声阻抗在1.8 X 106kg/m2.s?2.9 X 106kg/m2.s范围内，因此有可能配制出一种特定的耦合剂，使其声速和声阻抗与被测管的热塑性塑料相接近。目前的耦合剂是采用一定比例的由甘油、水玻璃、消泡剂和水混合配制而成的稠状耦合剂，经测定，其声速范围为1800?2110m/s，接近热塑性塑料的声速，具体配置比例视被测管材料的声学性能而定。
[0025]最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
【权利要求】
1.聚烯烃复合管接头超声波周向自动检测装置，包括超声波检测仪，其特征在于，还包括探头、探头夹持装置、编码器、内卡箍、外卡箍、小齿轮、步进电机和控制模块；外卡箍套在内卡箍上，且内卡箍的外圆周上设有大齿轮构造，探头夹持装置和步进电机分别安装在外卡箍上，步进电机与小齿轮连接，小齿轮与内卡箍上的大齿轮啮合；探头和编码器安装在探头夹持装置上，并能沿着探头夹持装置的轨道滑动，探头和编码器用于采集信号并将信号传输至超声波检测仪；所述控制模块包括相互连接的步进电机驱动器、PLC控制器和电源开关，步进电机驱动器和所述步进电机相连，PLC控制器用于判断外卡箍的转动圈数并控制电源开关的开关情况，电源开关用于控制步进电机驱动器的启动与关闭。
2.根据权利要求1所述的超声波周向自动检测装置，其特征在于，所述电源开关能进行手动操作。
3.根据权利要求1所述的超声波周向自动检测装置，其特征在于，所述编码器为轮式编码器。
4.基于权利要求1所述的超声波周向自动检测装置的检测方法，用于对被测管的接头进行检测，被测管的超声纵波声速为1800?2400m/s，其特征在于，具体方法包括:先将耦合剂涂在被测管外壁上，再将超声波周向自动检测装置中的内卡箍安装在被测管外壁上，开启电源开关，超声波周向自动检测装置自动检测完成，并通过超声波检测仪形成C扫描图像显示。
5.根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于，所述耦合剂是由甘油、水玻璃、消泡剂和水混合配制而成的稠状耦合剂，耦合剂的声速为1800?2110m/s。
6.根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于，所述C扫描是指:轴向采用超声相控阵电子线扫描，周向采用步进电机驱动的机械扫查，超声波检测仪对轴向电子线扫描、周向机械扫查的位置信息和探头接收的超声波信号进行处理，并在超声波检测仪的显示器上形成实时C扫描图像。
7.根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于，超声波周向自动检测装置能实现投影扫描，使探头位置与被测管中的缺陷在接头中的位置形成一一对应关系。
【文档编号】G01N29/04GK103512954SQ201310466694
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年10月9日 优先权日:2013年10月9日
【发明者】郑津洋, 郭伟灿, 施建峰, 徐平 申请人:浙江大学