信號放 大器和聲發(fā)射數(shù)據(jù)采集卡，其中：
[0048] 所述聲發(fā)射傳感器采集大變形管道環(huán)焊縫在彎曲過程中產(chǎn)生的聲發(fā)射彈性波并 轉(zhuǎn)化為電壓信號，之后輸出電壓信號至所述信號放大器進行信號放大，經(jīng)信號放大器輸出 的信號傳輸至所述聲發(fā)射數(shù)據(jù)采集卡進行信號數(shù)字轉(zhuǎn)換，聲發(fā)射數(shù)據(jù)采集卡輸出的數(shù)字信 號傳輸至計算機，再由設(shè)置在計算機中的聲發(fā)射信號處理系統(tǒng)進行聲發(fā)射信號特征參數(shù)提 取和分析、波形和頻譜分析、彎曲開裂的裂紋源定位分析。
[0049] 在上述技術(shù)方案中，采用信號傳輸線纜進行聲發(fā)射傳感器、信號放大器和聲發(fā)射 數(shù)據(jù)采集卡的連接。
[0050] 在上述技術(shù)方案中，在管道環(huán)焊縫的兩側(cè)等距離的位置對稱設(shè)置聲發(fā)射傳感器， 優(yōu)選距離環(huán)焊縫lm處對稱設(shè)置且沿每側(cè)的管道環(huán)向均勻固定3個聲發(fā)射探頭，聲發(fā)射探頭 的環(huán)向間距為120°。
[0051] 在上述技術(shù)方案中，采用聲發(fā)射系統(tǒng)中常用的磁性夾具進行聲發(fā)射探頭和管道的 固定，為了降低信號衰減，所述聲發(fā)射傳感器和被測試件之間涂有耦合劑。
[0052] 在上述技術(shù)方案中，聲發(fā)射傳感器和信號放大器的數(shù)量一致，聲發(fā)射數(shù)據(jù)采集卡 數(shù)量為一個，即每個聲發(fā)射傳感器都采用獨立的信號放大器進行放大，然后匯總到一個聲 發(fā)射數(shù)據(jù)采集卡中。
[0053] 進行環(huán)焊縫彎曲試驗時，待測管線的環(huán)焊縫位于彎曲壓頭中央位置，并與彎曲壓 頭工作面相接處。
[0054] 通過上述技術(shù)方案既可以實現(xiàn)對彎曲試驗中力學(xué)信號、形變信號，還可以針對聲 信號進行采集和分析：
[0055] (1)聲發(fā)射傳感器布置：使用磁性夾具將聲發(fā)射傳感器等距的固定于管道環(huán)焊縫 的兩側(cè)（距離環(huán)焊縫lm)，沿每側(cè)的管道環(huán)向均勻固定3個聲發(fā)射探頭，聲發(fā)射探頭的環(huán)向 間距為120°，為了降低信號衰減，所述聲發(fā)射傳感器和被測試件之間涂有耦合劑。
[0056] (2)聲發(fā)射傳感器靈敏度測試：在靠近聲發(fā)射傳感器的位置進行斷鉛測試，保證 聲發(fā)射傳感器接收到的聲發(fā)射信號幅值達(dá)到90dB以上。
[0057] (3)聲發(fā)射檢測參數(shù)設(shè)置：設(shè)置信號放大器放大倍數(shù)為40dB，采樣頻率2MSPS，門 檻值為45dB，另外，還可以基于環(huán)境噪聲需設(shè)置最佳的數(shù)字濾波范圍進行濾波，本實施例中 暫不進行設(shè)置。
[0058] (4)建立聲發(fā)射定位模型：由于大變形管道壁厚在2_20mm范圍之內(nèi)，壁厚比管道 的環(huán)向周長和管道長度要小的多，屬于小壁厚管道，因此選擇二維平面定位模式；在聲發(fā)射 檢測系統(tǒng)中建立管道模型，并在管道模型上布置聲發(fā)射傳感器，確保建立的管道模型尺寸 以及聲發(fā)射傳感器的位置與實際情況一致。大變形焊接管道彎曲開裂聲發(fā)射檢測定位三維 模型和二維展開模型分別如附圖所示，中間位置為焊縫，標(biāo)有數(shù)字的點的位置為聲發(fā)射傳 感器的位置。
[0059] (5)聲發(fā)射信號傳播速度計算：選擇較遠(yuǎn)的兩個聲發(fā)射傳感器，如附圖中1號傳感 器與4號傳感器或2號傳感器與5號傳感器或3號傳感器與6號傳感器，通過以下公式斷 鉛模擬裂紋源來測試聲速，進行10次測試，計算平均值并輸入聲發(fā)射系統(tǒng)。
[0060] V-τ
[0061] 其中，S(m)為傳感器間距離，2000mm;v(m/s)為聲發(fā)射信號在管道中的傳播速度； t(s)為聲發(fā)射信號從一個傳感器到達(dá)另一個傳感器的時間。結(jié)果表明，管線鋼X65的聲發(fā) 射信號的平均傳播速度是4492mm/s。
[0062] (6)大變形管道環(huán)焊縫彎曲開裂在線檢測：對環(huán)焊縫施加彎曲載荷，在線實時采 集并分析整個彎曲過程中的聲發(fā)射信號?；诼暟l(fā)射特征參數(shù)如幅值、能量、有效值RMS、信 號強度對開裂過程進行實時監(jiān)測并對開裂程度進行評估，如附圖8-11所示。聲發(fā)射信號特 征參數(shù)能夠?qū)崟r指示大變形管道環(huán)焊縫在彎曲開裂過程中的彈塑形變形過程、彎曲裂紋萌 生的起始時刻、以及裂紋擴展直至斷裂的全過程。通常聲發(fā)射信號幅值的大小可以反映開 裂的程度。當(dāng)聲發(fā)射信號幅值低于65dB時，管道環(huán)焊縫發(fā)生顯著的彈塑形變形；當(dāng)聲發(fā)射 信號幅值發(fā)生急劇突變并超過70dB時，裂紋開始萌生并擴展；當(dāng)聲發(fā)射信號幅值連續(xù)超過 85dB時，裂紋失穩(wěn)擴展，預(yù)示發(fā)生嚴(yán)重的斷裂。
[0063] (7)大變形管道環(huán)焊縫彎曲開裂的定位監(jiān)測
[0064] 管道環(huán)焊縫在彎曲過程中裂紋萌生和擴展的聲發(fā)射定位結(jié)果如圖12-13所示，箭 頭所指的定位點指示的是裂紋可能出現(xiàn)的位置?？梢钥闯隽鸭y主要分布于管道的環(huán)焊縫承 受最大彎曲拉應(yīng)力的位置，這與有限元應(yīng)力分析的結(jié)果相一致。之后對聲發(fā)射定位的裂紋 區(qū)域進行切割并進行磁粉檢測和高倍光學(xué)檢測，以對聲發(fā)射定位結(jié)果進行復(fù)檢。大量的實 驗結(jié)果表明，在聲發(fā)射定位裂紋的區(qū)域都發(fā)現(xiàn)有大量的裂紋存在，而在聲發(fā)射裂紋定位點 以外的區(qū)域卻沒有發(fā)現(xiàn)裂紋。因此，基于聲發(fā)射技術(shù)對大變形管道環(huán)焊縫彎曲裂紋進行在 線實時檢測和開裂定位是完全可行的。
[0065] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請將聲發(fā)射動態(tài)無損檢測技術(shù)首次應(yīng)用于大變形管道環(huán)焊 縫彎曲開裂的在線檢測、開裂程度評估、損傷源定位，實現(xiàn)了在線實時檢測和評估大變形管 道環(huán)焊縫彎曲開裂的目的，其效果具體包括如下幾個方面：
[0066] 1.實現(xiàn)了在線、動態(tài)、實時檢測大變形管道環(huán)焊縫彎曲開裂的目的，整個檢測過程 中無需終止試驗過程。
[0067] 2.通過建立聲發(fā)射信號與裂紋萌生和擴展尺寸的映射關(guān)系，有助于解決聲發(fā)射 信號定量評估彎曲開裂程度的問題，為聲發(fā)射技術(shù)在線評估彎曲開裂程度建立了很好的基 礎(chǔ)。
[0068] 3.不受被檢管道材料的限制，可以檢測金屬材料、陶瓷材料、復(fù)合材料、高分子材 料等。
[0069] 4.可以在惡劣復(fù)雜的工況條件使用，操作人只要在安全、適宜的環(huán)境下遠(yuǎn)程操控 即可。
[0070] 5、檢測自動程度高，操作簡單，檢測效率較高，可大幅降低勞動強度。
[0071] 6、本檢測設(shè)備耗能低，攜帶方便，便于作業(yè)現(xiàn)場的檢測。
[0072] 以上對本發(fā)明做了示例性的描述，應(yīng)該說明的是，在不脫離本發(fā)明的核心的情況 下，任何簡單的變形、修改或者其他本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠不花費創(chuàng)造性勞動的等同替換均 落入本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1. 大變形管道環(huán)焊縫彎曲試驗機，其特征在于，包括基座、固定臺、導(dǎo)軌、矯正壓頭、彎 曲壓頭、絲杠和液壓推進器，其中： 導(dǎo)軌設(shè)置在基座的中央位置，在基座的兩側(cè)固定設(shè)置固定臺，用于與待測管線通過固 定法蘭進行固定相連；矯正壓頭和彎曲壓頭設(shè)置在導(dǎo)軌中，且能夠沿著導(dǎo)軌進行移動，矯正 壓頭和彎曲壓頭的工作面相對；絲杠的一端與彎曲壓頭固定連接，另一端與矯正壓頭連接， 并可通過矯正壓頭外側(cè)的絲杠螺母調(diào)整彎曲壓頭和矯正壓頭之間的距離，以適應(yīng)不同管徑 的待測管線在兩個壓頭之間進行安裝和測試；在彎曲壓頭的外側(cè)與液壓推進器的推進桿固 定相連。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大變形管道環(huán)焊縫彎曲試驗機，其特征在于，液壓推進器與 液壓控制器相連。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大變形管道環(huán)焊縫彎曲試驗機，其特征在于，矯正壓頭的工 作面為平面；在上述技術(shù)方案中，彎曲壓頭的工作面為凸面，具有不同曲率半徑，與待測管 線產(chǎn)生一個或者兩個接觸位置，以形成三點或者四點彎曲；在彎曲壓頭的兩側(cè)與液壓推進 器的推進桿固定相連，以使液壓推動力能夠平均作用；彎曲壓頭和矯正壓頭組成的壓頭組， 作用于待測管線的中央位置。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大變形管道環(huán)焊縫彎曲試驗機，其特征在于，在基座上設(shè)置 標(biāo)尺，標(biāo)尺沿著待測管線的徑向和軸向進行設(shè)置，以測量待測管線的長度、彎曲試驗時的徑 向彎曲量、彎曲壓頭和矯正壓頭的行走距離。5. 如權(quán)利要求1一4之一所述的大變形管道環(huán)焊縫彎曲試驗機的使用方法，根據(jù)待測 管線的管徑大小，通過絲杠螺母和絲杠調(diào)整彎曲壓頭和矯正壓頭之間的距離，以使其能夠 容納待測管線，且彎曲壓頭的工作面與待測管線相接觸，通過固定法蘭將待測管線的兩端 與固定臺固定相連。再通過液壓推進器的推進桿推動彎曲壓頭前進，以實現(xiàn)待測管線的彎 曲；彎曲試驗后，通過推動干的拉伸以使彎曲壓頭后退，利用矯正壓頭對待測管線進行回 復(fù)。在測試過程中，通過傳感器采集液壓信號，以得到力學(xué)信號；通過標(biāo)尺采集形變信號。6. 根據(jù)權(quán)利要求1一4之一所述的大變形管道環(huán)焊縫彎曲試驗機，其特征在于，在所述 彎曲試驗機上設(shè)置聲發(fā)射系統(tǒng)，包括發(fā)射采集裝置，所述聲發(fā)射采集裝置包括聲發(fā)射傳感 器、信號放大器和聲發(fā)射數(shù)據(jù)采集卡，其中： 所述聲發(fā)射傳感器采集大變形管道環(huán)焊縫在彎曲過程中產(chǎn)生的聲發(fā)射彈性波并轉(zhuǎn)化 為電壓信號，之后輸出電壓信號至所述信號放大器進行信號放大，經(jīng)信號放大器輸出的信 號傳輸至所述聲發(fā)射數(shù)據(jù)采集卡進行信號數(shù)字轉(zhuǎn)換，聲發(fā)射數(shù)據(jù)采集卡輸出的數(shù)字信號傳 輸至計算機。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的大變形管道環(huán)焊縫彎曲試驗機，其特征在于，采用信號傳輸 線纜進行聲發(fā)射傳感器、信號放大器和聲發(fā)射數(shù)據(jù)采集卡的連接。8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的大變形管道環(huán)焊縫彎曲試驗機，其特征在于，在管道環(huán)焊縫 的兩側(cè)等距離的位置對稱設(shè)置聲發(fā)射傳感器，優(yōu)選距離環(huán)焊縫lm處對稱設(shè)置且沿每側(cè)的 管道環(huán)向均勻固定3個聲發(fā)射探頭，聲發(fā)射探頭的環(huán)向間距為120°。9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的大變形管道環(huán)焊縫彎曲試驗機，其特征在于，聲發(fā)射傳感器 和信號放大器的數(shù)量一致，聲發(fā)射數(shù)據(jù)采集卡數(shù)量為一個，即每個聲發(fā)射傳感器都采用獨 立的信號放大器進行放大，然后匯總到一個聲發(fā)射數(shù)據(jù)采集卡中。10.如權(quán)利要求6所述的大變形管道環(huán)焊縫彎曲試驗機在大變形管道環(huán)焊縫彎曲開裂 在線檢測中的應(yīng)用，其特征在于，采用聲發(fā)射動態(tài)無損檢測方式。
【專利摘要】本發(fā)明公開大變形管道環(huán)焊縫彎曲試驗機及其方法，導(dǎo)軌設(shè)置在基座的中央位置，在基座的兩側(cè)固定設(shè)置固定臺，矯正壓頭和彎曲壓頭設(shè)置在導(dǎo)軌中，絲杠的一端與彎曲壓頭固定連接，另一端與矯正壓頭連接，在彎曲壓頭的外側(cè)與液壓推進器的推進桿固定相連，在彎曲試驗機上設(shè)置由聲發(fā)射傳感器、信號放大器和聲發(fā)射數(shù)據(jù)采集卡組成的聲發(fā)射系統(tǒng)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明既可以實現(xiàn)對彎曲試驗中力學(xué)信號、形變信號，還可以針對聲信號進行采集和分析。
【IPC分類】G01N29/04, G01N3/20
【公開號】CN105424502
【申請?zhí)枴緾N201610012558
【發(fā)明人】徐連勇, 韓永典, 荊洪陽, 趙雷
【申請人】天津大學(xué)
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2016年1月5日