一種參數可調式爐管蠕變損傷超聲檢測探頭架制造技術

一種參數可調式爐管蠕變損傷超聲檢測探頭架，屬于超聲無損檢測技術領域。由形狀、尺寸相同的上、下圓弧鋼梁及管柱剛性連接構成探頭架架體，管柱上、下端與檢測驅動裝置連接，圓弧鋼梁上對稱分布有四段上下對應的同心圓弧槽型滑道，四個包角調節滑塊通過圓弧槽型滑道與圓弧鋼梁配合，四個安裝限位行走輪的傾角調節塊其寬度與包角調節滑塊相同，其徑向中心對稱線在與包角調節滑道的交點處共軸，兩個有可調滑板的固定超聲探頭的模塊位于上、下鋼梁之間，用以調節彈性密封層的柱面曲率。本發明專利技術可以適應不同尺寸的爐管，大幅度提高檢測效率，并可根據爐管實際使用工況，調整聲束透過路徑，避免盲區，提高對爐管無損評價的準確度。

【技術實現步驟摘要】
一種參數可調式爐管蠕變損傷超聲檢測探頭架
本專利技術屬于超聲無損檢測
，特別是針對高溫爐爐管蠕變損傷超聲無損檢測的探頭架。
技術介紹
高溫爐爐管被廣泛應用于石油化工行業的煉油、合成氨、裂解和甲醇等的裝置中， 其工作過程需承受高溫和高壓的聯合作用，其制作材料多采用奧氏體耐熱鋼。長期服役后， 隨著材料組織的劣化，其持久強度、塑性和韌性等力學性能會隨之逐漸下降，致使管壁內形成蠕變損傷和裂紋，最終引起爐管爆裂失效，輕則影響生產，重則會引起爐膛爆炸，造成重大安全事故。為了保證上述裝置中爐管的安全運行，世界各國均采用超聲無損檢測方法對爐管進行定期檢查。爐管超聲無損檢測的原理是利用超聲波聲束沿管壁弦長方向的傳播，按其能量的衰減幅度以判斷管壁內的蠕變損傷程度。考慮到任何一個加熱爐中爐管的數量少則幾十根，多則幾百根，豎琴式排列，高度達到十幾米，而每次停產的檢測時間又往往只有幾天，這給爐管超聲無損檢測的準確性、速度和效率提出了更高的要求。實際的爐管超聲無損檢測是由驅動裝置帶動超聲探頭架沿爐管軸向自動完成的。探頭架的功能主要是保證超聲探頭與被檢測爐管規格參數(管徑和壁厚)之間具有科學合理的幾何位向關系，以使超聲無損檢測具有最佳的靈敏度和分辨率。在探頭架上，超聲探頭與待測爐管之間附帶有耦合水室及其相應的運動密封層，以減少檢測運動過程中超聲傳播的能量損耗。然而，在石油化工企業中，高溫爐的爐管存在多種規格，對其中每一種規格爐管實施超聲無損檢測時均需專門設計相應的探頭架，這既增加檢測的成本，更不利于檢測工作的及時進行。另外，管式換熱器中的爐管受高溫和高壓的聯合作用，長時間服役后，其管徑會因蠕脹而偏離標稱尺寸，若超聲無損檢測時仍按其標稱尺寸設計探頭架，則造成聲束傳播路徑的偏差，勢必會影響檢測精度，甚至產生漏檢現象。其次，針對某種規格爐管的超聲無損檢測，專門為其設計的探頭架其沿弦長方向穿過管壁的超聲束與管內壁的間距(臨界裂紋深度)均為事先設定值，這意味著該探頭架只能檢測到深度超過上述間距的蠕變裂紋，而實際檢測中經常需要改變上述間距，以判斷爐管的真實損傷程度。現有爐管超聲無損檢測技術的上述弊端長期困擾各個檢測單位，迄今為止尚無很好的解決方案。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種能在一定范圍內參數連續可調的爐管蠕變損傷超聲無損檢測的探頭架。其特點是通過現場測量、確認被測爐管的實際管徑和壁厚，并根據管壁中允許存在的最大裂紋深度確定其聲束弦與管內壁的間距，然后經計算確定探頭架的包角、 傾角和入射角，再將其中的各功能部件調節至相應的角度后實施超聲無損檢測。若經過檢測發現某管壁中確實存在蠕變裂紋，還可以不斷調節、改變聲束弦與管內壁的間距，通過反復檢測最終確定蠕變裂紋的深度。本專利技術的技術方案是根據超聲學的基本原理進行構思和設計的，其專利技術目的是通過以下構件和機構的組合來實現的。I)形狀、尺寸相同的上、下圓弧鋼梁之間由管柱剛性連接構成探頭架架體；管柱上、下端與檢測驅動裝置連接，使探頭架能夠以管柱中心線為軸自由轉動；管柱下端兼作耦合水入口接頭，上端封堵，中心為帶螺紋盲孔；管柱中間部位開有兩個耦合水的出口。2)在架體的圓弧鋼梁上對稱分布有四段上下對應的同心圓弧槽型滑道，滑道中線弧半徑為Rtl，作為調節圓弧包角的滑道；與圓弧滑道同心的圓弧鋼梁外緣刻有計量包角參數α的角度標尺；3)四個沿圓弧的包角調節滑塊通過圓弧槽型滑道與圓弧鋼梁配合，保證其只能沿半徑為Rtl的滑道運動，Rtl為結構設計參數；包角調節滑塊的徑向中心線為包角調節參數α 的指示線；徑向中心線與滑道中線弧的交點為傾角調節的旋轉中心，滑塊以該點為圓心； 按中心線對稱分布的圓弧外緣刻有計量傾角參數Y的角度標尺。4)四個傾角調節塊其寬度與包角調節滑塊相同，其徑向中心對稱線在與包角調節滑道的交點處共軸，軸徑略小于包角滑道槽寬度和包角調節滑塊同心孔徑。該同心軸一端焊接固定于傾角調節塊上，另一端為螺栓結構，穿過包角調節滑塊同軸孔和包角調節滑道槽后，由緊固旋鈕同時固定包角調節滑塊和傾角調節塊的位置或角度；傾角調節塊的徑向中心對稱線作為傾角參數Y指示線，在傾角調節塊徑向中心對稱線的內側外表面安裝有限位行走輪，保證行走輪外緣與待測爐管接觸的母線為超聲探頭發射和接受聲束通過管壁的出入射點，限位行走輪與被測爐管接觸點距上述調節和緊固同心軸中心的間距rA為結構設計參數；在傾角調節塊徑向中心對稱線的外側、以超聲探頭發射和接受聲束通過管壁的出入射點為圓心的圓弧外緣上刻有計量超聲出入射角度參數β的角度標尺，調節塊的板上開有與圓弧外緣同心的圓弧槽型滑道；在傾角調節塊徑向中心對稱線的內側內表面、以超聲探頭發射和接受聲束通過待測管壁的出入射點為圓心安裝有半月形槽式定位軸。5)四個超聲出入射角度調節塊，其徑向中心對稱線的內側是以半月形槽式定位軸為圓心的凹圓弧，其余形狀和尺寸與傾角調節塊相同，在其弧形外緣刻有調節出入射角度參數β的指示線；在傾角調節塊圓弧滑道槽的相應位置焊接固定有帶螺紋滑道軸，滑道軸穿過傾角調節塊滑道槽后由緊固旋鈕固定超聲出入射角度的調節位置。6)兩個固定超聲探頭的模塊位于上、下鋼梁之間，其兩端面通過螺釘分別將上、下出入射角度調節塊連接成一個整體；沿模塊的徑向中心對稱面開有垂直于待測管壁母線的超聲探頭裝配通孔，超聲探頭通過密封法蘭嵌于通孔的外側，探頭發射或接受面朝向被測爐管，控制超聲探頭的嵌入深度，使之聚焦點或線恰好位于被測管外壁的超聲束出入射點或母線；超聲探頭發射或接受面與待測管外壁之間的圓柱 空間為探頭耦合水室，其側面開有入水口和排氣口，入水口通過伸縮軟管與管柱中部的耦合水出口相連；該模塊面向被測管壁的側面為圓柱曲面，其上附帶彈性密封層和表面的耐磨層；模塊的兩個徑向側面安裝有可調節滑板，用以調節彈性密封層的柱面曲率。本專利技術的效果和益處是可以適應不同尺寸的爐管，大幅度提高檢測效率，并可根據爐管實際使用工況，調整聲束透過路徑，避免盲區，提高對爐管無損評價的準確度，保證生產的安全進行。附圖說明圖1(a)是圓弧軌道結構俯視圖。圖1(b)是圓弧軌道結構側視圖。圖2是包角調節機構圖。圖3(a)是出入射角及傾角調節機構俯視圖。圖3(b)是出入射角及傾角調節機構剖視圖。圖4(a)是耦合水室密封及探頭安裝結構剖視圖。圖4(b)是耦合水室密封及探頭安裝結構俯視圖。圖5是按實施例一的數據和要求確定探頭架的各角度參數示意圖。圖6是按實施例二的數據和要求確定探頭架的各角度參數示意圖。圖中1探頭架的圓弧鋼梁；2連接上下圓弧鋼梁的空心管柱；3探頭架下支點轉軸兼耦合水入口接頭；4帶螺紋盲孔，用作探頭架上支點轉軸；5圓弧鋼梁上的同心圓弧槽型滑道；6兩個耦合水出口；7計量包角參數α的角度標尺；8包角調節滑塊；9包角調節參數α的指示線，A點傾角調節的回轉中心；10傾角調節塊；11傾角調節塊回轉軸，同時兼作包角調節的滑動軸和兩種調節的緊固螺栓；12緊固旋鈕；13計量傾角參數Y的角度標尺；14以待測管壁入(或出)射點圓心的半月形槽式定位軸；15探頭架的限位行走輪；16入(或出)射角度調節的滑道槽；17調節傾角參數Y指示線；18計量入(或出)射角度參數β的角度標尺；19入(或出)射角度調節塊；20入(或出)射角度調節的緊固螺栓；21入(或出)射角度本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種參數可調式爐管蠕變損傷超聲檢測探頭架，其特征在于：（1）形狀尺寸相同的上、下圓弧鋼梁之間由管柱剛性連接構成探頭架架體，探頭架能夠以管柱中心線為軸自由轉動；管柱上、下端與檢測驅動裝置連接，管柱下端兼作耦合水入口接頭，上端封堵，中心為帶螺紋盲孔；管柱中間部位開有兩個耦合水的出口；（2）在架體的圓弧鋼梁上對稱分布有四段上下對應的同心圓弧槽型滑道，滑道中線弧半徑為R0，作為調節圓弧包角的滑道；與圓弧滑道同心的圓弧鋼梁外緣刻有計量包角參數α的角度標尺；（3）四個沿圓弧的包角調節滑塊通過圓弧槽型滑道與圓弧鋼梁配合，保證其只能沿半徑為R0的滑道運動；包角調節滑塊的徑向中心線為包角調節參數α的指示線；徑向中心線與滑道中線弧的交點為傾角調節的旋轉中心，滑塊以該點為圓心；按中心線對稱分布的圓弧外緣刻有計量傾角參數γ的角度標尺；（4）四個傾角調節塊其寬度與包角調節滑塊相同，其徑向中心對稱線在與包角調節滑道的交點處共軸，軸徑小于包角滑道槽寬度和包角調節滑塊同心孔徑；該同心軸一端固定于傾角調節塊上，另一端為螺栓結構，穿過包角調節滑塊同軸孔和包角調節滑道槽后，由緊固旋鈕同時固定包角調節滑塊和傾角調節塊的位置或角度；傾角調節塊的徑向中心對稱線作為傾角參數γ指示線，在傾角調節塊徑向中心對稱線的內側外表面安裝有限位行走輪，保證行走輪外緣與待測爐管接觸的母線為超聲探頭發射和接受聲束通過管壁的出入射點，限位行走輪與被測爐管接觸點距上述調節和緊固同心軸中心的間距rA為結構設計參數；在傾角調節塊徑向中心對稱線的外側、以超聲探頭發射和接受聲束通過管壁的出入射點為圓心的圓弧外緣上刻有計量超聲出入射角度參數β的角度標尺，調節塊的板上開有與圓弧外緣同心的圓弧槽型滑道；在傾角調節塊徑向中心對稱線的內 側內表面、以超聲探頭發射和接受聲束通過待測管壁的出入射點為圓心安裝有半月形槽式定位軸；（5）四個超聲出入射角度調節塊，其徑向中心對稱線的內側是以半月形槽式定位軸為圓心的凹圓弧，其余形狀和尺寸與傾角調節塊相同，在其弧形外緣刻有調節出入射角度參數β的指示線；在傾角調節塊圓弧滑道槽的相應位置焊接固定有帶螺紋滑道軸，滑道軸穿過傾角調節塊滑道槽后由緊固旋鈕固定超聲出入射角度的調節位置；（6）兩個固定超聲探頭的模塊位于上、下鋼梁之間，其兩端面通過螺釘分別將上、下出入射角度調節塊連接成一個整體；沿模塊的徑向中心對稱面開有垂直于待測管壁母線的超聲探頭裝配通孔，超聲探頭通過密封法蘭嵌于通孔的外側，探頭發射或接受面朝向被測爐管，控制超聲探頭的嵌入深度，使之聚焦點或線恰好位于被測管外壁的超聲束出入射點或母線；超聲探頭發射或接受面與待測管外壁之間的圓柱空間為探頭耦合水室，其側面開有入水口和排氣口，入水口通過伸縮軟管與管柱中部的耦合水出口相連；該模塊面向被測管壁的側面為圓柱曲面，其上附帶彈性密封層和表面的耐磨層；模塊的兩個徑向側面安裝有可調節滑板，用以調節彈性密封層的柱面曲率。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳軍，譚家隆，李萍，林莉，
申請(專利權)人：大連理工大學，
類型：發明
國別省市：