專利名稱：一種管道壁厚的檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及超聲波檢測(cè)技術(shù)，具體為一種利用超聲波技術(shù)測(cè)量管道 壁厚，特別是高溫高壓管道壁厚的檢測(cè)裝置，國(guó)際專利主分類號(hào)擬為
Int. Cl. G01B 7/00 (2006. 01)。
背景技術(shù)：
管道壁厚涉及其應(yīng)用的安全性，因此無(wú)論是在生產(chǎn)過(guò)程還是使用過(guò)程中， 管道壁厚的檢瀾都具有重要意義。相對(duì)而言，使用過(guò)程中的管道壁厚檢測(cè)具 有更重要的意義，且技術(shù)難度更大。
目前，高溫高壓管道經(jīng)常采用的壁厚在線檢測(cè)裝置有兩種， 一種是電阻 腐蝕探針，另一種是超聲波測(cè)厚儀。第一種裝置需在高壓管道上開孔以安裝 電阻腐蝕探針，但需要測(cè)厚部位多為彎頭、三通等特殊部位，這些的部位開 孔會(huì)對(duì)構(gòu)件的強(qiáng)度造成較大的負(fù)面影響。超聲波測(cè)厚儀是目前最為理想的測(cè) 厚裝置，但對(duì)于高溫管道的檢測(cè)則需在管道壁厚的測(cè)點(diǎn)位置設(shè)置保溫盒，測(cè) 量時(shí)打開保溫盒，比較麻煩，同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)高溫管道壁厚的測(cè)量，還需要價(jià) 格較貴的高溫探頭和高溫耦合劑。
中國(guó)專利CN2235603Y提出了利用測(cè)量桿及超聲波探頭對(duì)高爐爐襯進(jìn)行壁 厚在線監(jiān)測(cè)的裝置。該裝置的金屬測(cè)量桿插入高溫爐襯隨爐襯一同腐蝕，利 用超聲波探頭測(cè)量測(cè)桿的長(zhǎng)度變化，進(jìn)而得到爐襯厚度的變化，然而這一裝 置不能直接應(yīng)用于高溫高壓管道的壁厚檢測(cè)上，主要原因仍然是高壓管道的 開孔問(wèn)題。
多項(xiàng)美國(guó)專利(US4783997、 US7080556、 US5951163)提出了利用超聲波 緩沖桿(Buffer Rod)測(cè)量高溫物體的裝置。這些裝置主要用來(lái)檢測(cè)管道或 設(shè)備中的高溫流體，緩沖桿主要用作超聲導(dǎo)波桿，并提出涂層可有效減少超 聲波的蔓延回聲(trailing echoes),提高信噪比，同時(shí)提出具有錐度的緩 沖桿具有更佳的導(dǎo)波性能。但這些裝置中的緩沖桿有的需要探入容器內(nèi)部才 能對(duì)設(shè)備內(nèi)的高溫流體進(jìn)行監(jiān)測(cè)，也涉及開孔問(wèn)題；有的則需要在緩沖桿與 高溫物體間增加特殊的耦合裝置才能實(shí)現(xiàn)測(cè)量，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。

實(shí)用新型內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種管 道壁厚的檢測(cè)裝置。該檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，檢測(cè)應(yīng)用時(shí)不需要在 管道上打孔，既不影響管道的強(qiáng)度，又能利用一般超聲波探頭及耦合劑進(jìn)行 管道壁厚檢測(cè)，特別適用于高溫高壓管道壁厚的檢測(cè)。
本實(shí)用新型解決所述檢測(cè)裝置技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是設(shè)計(jì)一種管道壁 厚的檢測(cè)裝置，它包括信號(hào)采集裝置和超聲波檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述的 信號(hào)采集裝置包括測(cè)量桿和階梯形超聲波探頭，在測(cè)量桿的一端用螺釘固裝 有探頭定位塊，探頭定位塊開有探頭孔；超聲波探頭的大直徑端安裝在所述 的探頭孔中，并與測(cè)量桿的端面貼合；探頭壓緊塊采用螺紋方式安裝在探頭 定位塊上，探頭壓緊塊開有中心階梯孔，其內(nèi)安裝有彈簧，彈簧的一端安裝 在所述的中心階梯孔內(nèi)，另一端安裝在超聲波探頭的階梯臺(tái)上，并將探頭的 大直徑端壓緊貼合在與測(cè)量桿的接觸端面上；超聲波探頭的小直徑端穿過(guò)彈 簧，伸出在探頭壓緊塊之外；所述測(cè)量桿的另一端用于安裝在被檢測(cè)的管道 上。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型管道壁厚的檢測(cè)裝置使用的零部件少，測(cè) 量桿也無(wú)需特殊材料，檢測(cè)應(yīng)用時(shí)無(wú)需在管道檢測(cè)部位開孔，因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 成本低廉，易于實(shí)現(xiàn)，不會(huì)影響管道的強(qiáng)度，也無(wú)需設(shè)置保溫盒、無(wú)需高溫 探頭與高溫耦合劑，因此特別適用于高溫高壓管道壁厚的檢測(cè)。便于推廣應(yīng) 用。


圖1是本實(shí)用新型(高溫高壓)管道壁厚的檢測(cè)裝置一種實(shí)施例的整體 形狀結(jié)構(gòu)示意圖2是本實(shí)用新型(高溫高壓)管道壁厚的檢測(cè)裝置一種實(shí)施例的探頭壓 緊塊形狀結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例及其附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的管道壁厚檢測(cè)裝置(簡(jiǎn)稱檢測(cè)裝置，參見(jiàn)圖1、 2)，它 包括信號(hào)采集裝置和超聲波檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述的信號(hào)采集裝置包括測(cè)量桿5和階梯形超聲波探頭(簡(jiǎn)稱探頭)10，在測(cè)量桿5的一端用沉頭螺 釘8固裝有探頭定位塊7，探頭定位塊7開有探頭孔14;超聲波探頭10的大 直徑端安裝在所述的探頭孔14中，并與測(cè)量桿5的一個(gè)端面(圖1所示為上 端面)貼合；探頭壓緊塊9采用螺紋方式安裝在探頭定位塊7上，探頭壓緊 塊9開有中心階梯孔15，其內(nèi)安裝有彈簧11，彈簧11的一端安裝在所述中 心階梯孔15內(nèi)的階梯臺(tái)上，另一端安裝在所述探頭10的階梯臺(tái)上，并將探 頭10的大直徑端壓緊貼合在與測(cè)量桿5的接觸端面上；所述探頭10的小直 徑端(即引線端)穿過(guò)彈簧ll，伸出在探頭壓緊塊9之外；所述測(cè)量桿5的 另一端用于安裝在被檢測(cè)的管道上。所述測(cè)量桿5實(shí)施例采用圓柱體設(shè)計(jì)。
本實(shí)用新型的檢測(cè)裝置的進(jìn)一步特征在于所述測(cè)量桿5的中部外套有冷 卻組件，包括一個(gè)套筒4及與其兩端配套的端蓋2和壓蓋1，在壓蓋1和端蓋 2之間放置密封圈3，端蓋2與套筒4焊接，擰緊壓蓋1可實(shí)現(xiàn)冷卻組件的密 封及軸向定位；套筒4的筒壁上設(shè)置冷卻水的進(jìn)水管接口 6和出水管接口 6'; 冷卻組件與外接的冷卻水管路循環(huán)系統(tǒng)(圖中沒(méi)畫出)組成測(cè)量桿5的冷卻 裝置。所述的冷卻水循環(huán)使用，利用循環(huán)冷卻水對(duì)測(cè)量高溫高壓管道時(shí)的測(cè) 量桿5進(jìn)行冷卻。外接的冷卻水管路循環(huán)系統(tǒng)為現(xiàn)有技術(shù)。這種帶有冷卻裝 置的檢測(cè)裝置特別適用于高溫高壓管道壁厚的檢測(cè)。
本實(shí)用新型所述的冷卻裝置為可拆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，且可根據(jù)被測(cè)管道13的溫 度高低、循環(huán)冷卻水的溫度等，更換適當(dāng)長(zhǎng)度的套筒4，以使冷卻裝置獲取適 當(dāng)?shù)膫鳠崦娣e。當(dāng)然，所述測(cè)量桿5也應(yīng)在滿足在測(cè)厚范圍的前提下適當(dāng)加 長(zhǎng)。此外，所述冷卻裝置的安裝位置可沿測(cè)量桿5的軸向適當(dāng)調(diào)整，以適應(yīng) 管道保溫層12厚度的需要。
本實(shí)用新型的冷卻裝置由于需從測(cè)量桿5端部裝入，因此測(cè)量桿5端部 與探頭10的貼合，不能直接采用螺紋壓蓋壓緊探頭(如CN2235603Y文獻(xiàn)中 描述的那樣)，因此增加了探頭定位塊7。探頭定位塊7先與測(cè)量桿5端部靠 沉頭螺釘8定位固定連接，然后再利用探頭壓緊塊9及彈簧11壓緊探頭10。
本實(shí)用新型檢測(cè)裝置應(yīng)用時(shí)，可設(shè)計(jì)測(cè)量桿5材料與被測(cè)管道13的材料 相同，并把該測(cè)量桿5的一端(沒(méi)有安裝探頭定位塊7等零部件的光頭端) 直接垂直焊接在被測(cè)管道13的管壁檢測(cè)點(diǎn)上，以進(jìn)行管道厚度檢測(cè)。超聲波 檢測(cè)管道的厚度本身為現(xiàn)有技術(shù)。
為了提高測(cè)量桿5的信噪比，本實(shí)用新型可在測(cè)量桿5的表面噴涂覆層 材料。所述的覆層材料是指在測(cè)量桿5表面用熱噴涂的方式噴涂一層功能材 料，該覆層材料與測(cè)量桿5材料應(yīng)具有相近的聲阻，不同的聲速，如碳鋼測(cè) 量桿5的表面可噴涂不銹鋼涂層。
本實(shí)用新型裝置的設(shè)計(jì)原理是使不易直接接觸的被測(cè)物體(特別是高溫 高壓管壁)產(chǎn)生突出物，且使突出物成為被測(cè)物體的一部分；該突出部分厚 度(長(zhǎng)度)已知，同時(shí)該突出部分又能被冷卻并成為易于接觸的表面。為此 本實(shí)用新型檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)測(cè)量桿5的材料與被測(cè)管道材料相同，并直接焊接 在高溫高壓管道13的管壁檢測(cè)部位上，且對(duì)測(cè)量桿5進(jìn)行同時(shí)冷卻，因此本 實(shí)用新型檢測(cè)裝置就可以利用一般的超聲波探頭及耦合劑較好地實(shí)現(xiàn)特別是 對(duì)高溫高壓管道壁厚的測(cè)量(包括在線檢測(cè))。
還應(yīng)當(dāng)指出，在常溫管道檢測(cè)時(shí)，本實(shí)用新型裝置及方法同樣可行。此 時(shí)，不需設(shè)置冷卻裝置。此外，本實(shí)用新型還適用于溫度雖然不高但壓力很 大等危險(xiǎn)及不易近距離接觸的管道在線檢測(cè)場(chǎng)合。
使用本實(shí)用新型檢測(cè)裝置檢測(cè)時(shí)，與所述測(cè)量桿5選擇的材料有關(guān)，因 為超聲波的傳播速度取決于測(cè)量桿5選擇的材料。在檢測(cè)時(shí)，通過(guò)測(cè)量?jī)x器 對(duì)本實(shí)用新型制作的測(cè)量桿5的材料進(jìn)行標(biāo)定，定出超聲波的速度后，在測(cè) 量?jī)x器上即可直接測(cè)出被測(cè)量對(duì)象的總長(zhǎng)度(即總厚度)。
(高溫高壓)管道13的壁厚H可按下述公式(1)計(jì)算
H = L - h
其中，L為測(cè)量桿5的長(zhǎng)度與被測(cè)管道13壁厚的總厚(長(zhǎng))度；h為測(cè) 量桿5的長(zhǎng)度。
很明顯，將總長(zhǎng)度L去掉已知的測(cè)量桿5的長(zhǎng)度h之后，所得到的就是 所需要的被測(cè)管道13的壁厚。
本實(shí)用新型未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。
下面給出本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，但本實(shí)用新型不受實(shí)施例的限制。 實(shí)施例1
將測(cè)量桿5的下端部焊接在一塊平面圓板(模擬管道)上，測(cè)量桿5與 圓板均采用20鋼為原料制作，測(cè)量桿5的直徑19mm,長(zhǎng)度150咖，表面噴涂 1Crl8M9Ti不銹鋼涂層，涂層厚度0. 5mi。經(jīng)過(guò)標(biāo)定，逸定超聲波的速度為 5800米/秒；采甩精密卡尺測(cè)量所選用的圓板厚度為15.7毫米，用相同材質(zhì)
的焊條將測(cè)量桿5焊在圓板上，焊后測(cè)量桿上端面至圓板上表面的距離為 151.4mm (含1.4mm的焊縫)。用沉頭螺釘8將探頭定位塊7固定在測(cè)量桿5 端部的4 6毫米處，探頭10放在探頭定位塊7的中心階梯孔15中，并與測(cè) 量桿5的上端部貼合。探頭壓緊塊9采用螺紋固定在探頭定位塊7上，固定 在探頭壓緊塊9上的彈簧11將探頭10壓緊貼合在測(cè)量桿5的上端面上。
采用超聲波測(cè)厚儀測(cè)得總長(zhǎng)度L為167. 2mm，而測(cè)量桿5的長(zhǎng)度h已知為 151.4mm，根據(jù)公式(1)，因此可得知圓板厚度(管道壁厚)H為15.8毫米， 與原始測(cè)量數(shù)據(jù)僅誤差0. lram。
實(shí)施例2
以實(shí)施例1為基礎(chǔ)，并在測(cè)量桿5的中部安裝冷卻組件；其套筒5為外 徑57mm，壁厚3. 5mm的無(wú)縫鋼管，配置端蓋2和壓蓋1，并在套筒5的筒壁 上設(shè)置冷卻水的進(jìn)水管接口 6和出水管接口 6'，且外接冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，冷 卻長(zhǎng)度設(shè)計(jì)50mm;通入冷卻水后，利用電加熱將所述圓板加熱至500'C,冷 卻水流量25mVh，此時(shí)測(cè)得測(cè)量桿5的端面溫度為40℃;為了標(biāo)定該溫度環(huán) 境下系統(tǒng)的聲速，調(diào)定聲速，使所測(cè)的H值為15.7mm (余同實(shí)施l)。然后對(duì) 具有相同尺寸焊接的測(cè)量桿，但圓板厚為19.5mm的另一套檢測(cè)裝置等同地安 裝水循環(huán)冷卻系統(tǒng)及加熱系統(tǒng)，實(shí)施過(guò)程和條件同上，測(cè)得圓板厚度為 19. 6ram，與原始測(cè)量數(shù)據(jù)也僅誤差0. lmm。
權(quán)利要求1.一種管道壁厚的檢測(cè)裝置，它包括信號(hào)采集裝置和超聲波檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述的信號(hào)采集裝置包括測(cè)量桿和階梯形超聲波探頭，在測(cè)量桿的一端用螺釘固裝有探頭定位塊，探頭定位塊開有探頭孔；超聲波探頭的大直徑端安裝在所述的探頭孔中，并與測(cè)量桿的端面貼合；探頭壓緊塊采用螺紋方式安裝在探頭定位塊上，探頭壓緊塊開有中心階梯孔，其內(nèi)安裝有彈簧，彈簧的一端安裝在所述的中心階梯孔內(nèi)，另一端安裝在超聲波探頭的階梯臺(tái)上，并將探頭的大直徑端壓緊貼合在與測(cè)量桿的接觸端面上；超聲波探頭的小直徑端穿過(guò)彈簧，伸出在探頭壓緊塊之外；所述測(cè)量桿的另一端用于安裝在被檢測(cè)的管道上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道壁厚的檢測(cè)裝置，其特征在于所述測(cè)量 桿的中部外套有冷卻組件，包括一個(gè)套筒及與其兩端配套的端蓋和壓蓋，在 壓蓋和端蓋之間放置密封圈，端蓋與套筒焊接，擰緊壓蓋可實(shí)現(xiàn)冷卻組件的 密封及軸向定位;套筒的筒壁上設(shè)置冷卻水的進(jìn)水管接口和出水管接口；冷 卻組件與外接的冷卻水管路循環(huán)系統(tǒng)組成測(cè)量桿的冷卻裝置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的管道壁厚的檢測(cè)裝置，其特征在于所述 測(cè)量桿為圓柱體。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種管道壁厚的檢測(cè)裝置。該檢測(cè)裝置包括信號(hào)采集裝置和超聲波檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于信號(hào)采集裝置包括測(cè)量桿和階梯形超聲波探頭，在測(cè)量桿的一端固裝開有探頭孔的探頭定位塊；探頭的大直徑端安裝在探頭孔中，并與測(cè)量桿的端面貼合；開有中心階梯孔的探頭壓緊塊安裝在探頭定位塊上，探頭壓緊塊內(nèi)安裝有彈簧，彈簧的一端安裝在所述的中心階梯孔內(nèi)，另一端安裝在探頭的階梯臺(tái)上，并將探頭的大直徑端壓緊貼合在與測(cè)量桿的接觸端面上；探頭的小直徑端穿過(guò)彈簧，伸出在探頭壓緊塊之外；測(cè)量桿的另一端用于安裝在被檢測(cè)的管道上。該檢測(cè)裝置零部件少，無(wú)需特殊材料，檢測(cè)時(shí)無(wú)需在管道上開孔，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，易于推廣應(yīng)用。
文檔編號(hào)G01B17/02GK201075001SQ20072009606
公開日2008年6月18日 申請(qǐng)日期2007年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月23日
發(fā)明者濤 于, 揚(yáng) 張, 李金紅, 胡小松, 蘇秀蘋, 赤俊祥, 斌 趙, 高炳軍 申請(qǐng)人:河北工業(yè)大學(xué)