[發(fā)明專利]基于臨界折射縱波法的管道軸向殘余應(yīng)力檢測的環(huán)形陣列換能器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110283044.6
• 申請日: 2011-09-22
• 公開（公告）號: CN102393266A
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐春廣;郭軍;潘勤學(xué);肖定國;楊向臣;徐浪;李驍;宋文濤
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號: G01L1/25
• 分類號: G01L1/25
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一、技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于臨界折射縱波法的管道軸向殘余應(yīng)力檢測的環(huán)形陣列換能器。此裝置可實現(xiàn)環(huán)形管道的在線檢測，具有靈敏度高、使用高效方便等特點，特別適合一些大型輸油管道的檢測。

二、背景技術(shù)

隨著世界石油工業(yè)的發(fā)展，管道輸送量越來越大，輸送壓力也越來越高，故對輸油管道強度的要求也相應(yīng)提高了。螺旋焊縫是輸油管道的薄弱部位，由于焊接過程中的約束和局部加熱、冷卻的收縮效應(yīng)及金屬組織的變化因素，使輸油管必然產(chǎn)生殘余應(yīng)力。在輸油管道投入使用后，所有螺旋焊縫都要經(jīng)受輸油管運輸介質(zhì)時所產(chǎn)生的種種運行應(yīng)力、殘余應(yīng)力及迭加力的作用，當(dāng)焊縫存有缺陷時，可加速裂紋迅速擴展，致使輸油管道的承載能力、使用性能下降，特別是對油管的低溫脆斷有很大的影響。國內(nèi)、外已有不少管段在水壓試驗和使役期間油管突然撕裂的事例，因此引起有關(guān)專家及工程技術(shù)人員的重視。為此測定輸油管道的實際殘余應(yīng)力對減少事故發(fā)生是十分必要的。

傳統(tǒng)的X射線法所測殘余應(yīng)力是表面10μm深度內(nèi)的殘余應(yīng)力的平均值，而且產(chǎn)生輻射對人體有害。而鉆孔法和切塊分離法檢測殘余應(yīng)力都屬于有損檢測，應(yīng)變片制作粘貼繁瑣，這使大型管道應(yīng)力的在線檢測受到極大的局限，因此，研究具有高靈敏度、可在線、高效地檢測管道應(yīng)力技術(shù)具有重要的現(xiàn)實意義。

臨界折射縱波法檢測應(yīng)力是通過聲時法測得應(yīng)力值的，能夠測量表面深度一個波長左右的平均應(yīng)力值。但是對于大型長管道，這種檢測方法效率太低。

而基于臨界折射縱波法的管道軸向殘余應(yīng)力檢測的環(huán)形陣列換能器，能夠一次測量沿管道周向的多個點的軸向應(yīng)力值，實現(xiàn)高效的應(yīng)力在線檢測。

三、發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于臨界折射縱波法的管道軸向殘余應(yīng)力檢測的環(huán)形陣列換能器。采用若干對換能器(根據(jù)不同管道半徑而定)的一發(fā)一收模式，解決了大型環(huán)形管道的應(yīng)力的高效檢測問題。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

通過精確計算第一臨界角，使換能器與有機玻璃楔塊接觸切面成第一臨界角裝配。每個有機玻璃楔塊采用小接觸面積的一發(fā)一收模式，里面裝配的兩換能器嚴(yán)格保證間距固定不變的同時，沿周向陣列這樣的一發(fā)一收模式若干對，再裝配到固定軟套里。軟套的頂部對應(yīng)的開若干對圓孔，便于將發(fā)射線和接收線引出。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：采用一條起固定作用的軟套，軟套里面沿管道圓周均布若干對換能器，并且使每對換能器在有機玻璃楔塊里沿軸向的距離保持固定，這樣可快速方便測量沿環(huán)形管道周向的軸向應(yīng)力場分布。而且固定軟套的一端安裝有3排應(yīng)力扣，另一端根據(jù)管道半徑不同開不同距離的3排孔，這樣可以根據(jù)不同半徑的管道，將應(yīng)力扣扣進不同距離的3排孔中，都能保證恒定的預(yù)緊力，繼而使所有的有機玻璃楔塊底部的凹臺與管道能接觸很好。

四、附圖說明

圖1壓電換能器、有機玻璃楔塊裝配的截面圖

1-環(huán)形管道?2-有機玻璃楔塊?3-壓電換能器(發(fā)射)

4-引線孔?5-固定螺釘?6-固定軟套?7-壓電換能器(接收)

圖2固定軟套三維圖

圖3換能器和有機玻璃楔塊裝配三維圖

圖4陣列換能器工作三維圖

五、具體實施方式

下面對本發(fā)明的具體實施方式進行詳細說明：

如圖4所示環(huán)形陣列換能器主要包括固定軟套、壓電換能器、有機玻璃楔塊、傳輸線、螺釘?shù)葞讉€部分。采用一條起固定作用的軟套，軟套內(nèi)圈有若干個階梯凹槽，將若干個已按第一臨界角裝配換能器的有機玻璃楔塊通過螺釘裝配到軟套的階梯凹槽中，再把整條軟套環(huán)繞環(huán)形管道纏繞，用鎖緊扣將固定軟套扣在管道外壁，這樣使若干對換能器可沿周向一一對應(yīng)，且每個有機玻璃楔塊能很好地與管道外壁相接觸。

如圖2所示的固定軟套三維圖，固定軟套的一端有螺釘鉚住一個鎖緊扣，該鎖緊扣的頭部引出3排平行卡銷，可繞鎖緊扣頭部的固定軸轉(zhuǎn)動；固定軟套的另一端對應(yīng)的開一系列的3排孔，這樣可根據(jù)不同管道半徑，加一定的預(yù)緊力將3排卡銷插入到不同的3排孔中，將固定軟套很好地、緊貼管道外壁。

1、實際測量時，因為管道表面光潔度、粗糙度等影響，管道會有微小變形，會引起變形區(qū)耦合情況較差，導(dǎo)致聲時測誤差很大。如圖3所示，在超聲聲束傳播方向，有機玻璃楔塊底部加工出一方形凹面，使凹面的曲率半徑接近環(huán)形管道的曲率半徑，而且凹面面積要略大于聲束投影在底面的面積，這可在不影響超聲聲束能量的前提下減少楔塊與板材接觸面積，減小板材變形引起的誤差。