钢管焊缝自动超声波检测的水柱耦合监视装置及设计方法
【专利摘要】一种钢管焊缝自动超声波检测的水柱耦合监视装置及设计方法，装置至少包括三个单体水柱耦合监视装置，检测水柱通道和耦合监视水柱通道成V型设置，其底部相交于水柱出水口；检测水柱通道和耦合监视水柱通道均与水柱进水口连通；αl＝αl′；至少一个单体水柱耦合监视装置中的αl＝18.9°；并且至少一个单体水柱耦合监视装置中的αl＝23.4°；并且至少一个单体水柱耦合监视装置中的αl＝25.5°。本发明利用声波反射原理，通过增设耦合监视探头实现耦合监视；在本发明技术的基础上，在结合现有技术中采集、处理、储存和显示装置，可以使检测结果和探头耦合监视显示在一起，并与检测结果共同永久性保存，具有良好的追溯性。
【专利说明】钢管焊缝自动超声波检测的水柱耦合监视装置及设计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及油气输送钢管焊缝检测设备【技术领域】，尤其是涉及一种钢管焊缝自动超声波检测的水柱耦合监视装置及设计方法。
【背景技术】
[0002]随着油气输送钢管口径、厚壁和钢级不断提高，特别是厚壁钢管(如中国石油的西气东输三线管道工程项目、中海石油的南海荔湾3-1项目和黄岩项目等)在工程项目中的广泛应用，目前已批量使用的直缝埋弧焊钢管Φ1219πιπιΧ33πιπι Χ80和Φ762πιπιΧ31.8mmX70、螺旋埋弧焊钢管Φ1219ι?πιΧ18.4mm X80及电阻焊钢管Φ323ι?πιΧ17.5mm X65，应用的油气输送钢管焊缝超声波或自动超声波检测规范或标准有IS010893-11、EN10246-9、SY/T6423.2、IS03183、API SPEC5L, GB/T9 71K DNV-OS-FIOI 等，均未考虑钢管焊缝自动超声波检测永久记录问题，更未考虑探头耦合监视永久记录。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于设计一种新型的钢管焊缝自动超声波检测的水柱耦合监视装置及设计方法，解决上述问题。
[0004]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:
[0005]一种钢管焊缝自动超声波检测的水柱耦合监视装置，包括至少三个单体水柱耦合监视装置，每个所述单体水柱耦合监视装置均包括支撑架、检测探头、耦合监视探头、检测水柱通道、耦合监视水柱通道、水柱出水口和水柱进水口 ；所述支撑架的底部设置有钢管匹配接触面，所述钢管匹配接触面上设置所述水柱出水口 ；所述检测水柱通道和所述耦合监视水柱通道成V型设置，其底部相交于所述水柱出水口 ；所述检测水柱通道和所述耦合监视水柱通道均与所述水柱进水口连通；
[0006]经过所述水柱出水口的中心的所述钢管匹配接触面的垂线与所述检测水柱通道中心线之间的夹角为Ci1，经过所述水柱出水口的中心的所述钢管匹配接触面的垂线与所述检测水柱通道中心线之间的夹角为CI1'，且CI1= CI1';
[0007]所述检测水柱通道的上端设置所述检测探头，所述耦合监视水柱通道的上端设置所述耦合监视探头；所述检测探头的沿所述检测水柱通道对准所述水柱出水口的中心，所述耦合监视探头的沿所述耦合监视水柱通道也对准所述水柱出水口的中心；
[0008]至少一个所述单体水柱耦合监视装置中的a i = 18.9° ;并且至少一个所述单体水柱耦合监视装置中的a i = 23.4° ;并且至少一个所述单体水柱耦合监视装置中的α χ=25.5。。
[0009]包括三个单体水柱耦合监视装置。
[0010]所述水柱进水口上设置有进水开关。
[0011]所述钢管匹配接触面为圆弧面。
[0012]还包括相互通过探头线连接的信号采集处理装置、显示装置和信号保存装置，所述检测探头和所述耦合监视探头均通过探头线连接到所述信号采集处理装置。
[0013]一种钢管焊缝自动超声波检测的水柱耦合监视装置的设计方法，其特征在于，包括步骤如下:
[0014]第一步，确定水柱耦合检测中的声波倾斜入射到界面时的反射、折射原理:
[0015]当超声纵波L倾斜入射到水/钢界面时，除在水中产生反射纵波L'和在钢中产生折射纵波L"外，还会在钢中产生折射横波S ;各种反射波和折射波方向符合反射、折射定律:
【权利要求】
1.一种钢管焊缝自动超声波检测的水柱耦合监视装置，其特征在于:包括至少三个单体水柱耦合监视装置，每个所述单体水柱耦合监视装置均包括支撑架、检测探头、耦合监视探头、检测水柱通道、耦合监视水柱通道、水柱出水口和水柱进水口 ；所述支撑架的底部设置有钢管匹配接触面，所述钢管匹配接触面上设置所述水柱出水口 ；所述检测水柱通道和所述耦合监视水柱通道成V型设置，其底部相交于所述水柱出水口 ；所述检测水柱通道和所述耦合监视水柱通道均与所述水柱进水口连通； 经过所述水柱出水口的中心的所述钢管匹配接触面的垂线与所述检测水柱通道中心线之间的夹角为CI1，经过所述水柱出水口的中心的所述钢管匹配接触面的垂线与所述检测水柱通道中心线之间的夹角为Ci1'，且Ci1= α/ ； 所述检测水柱通道的上端设置所述检测探头，所述耦合监视水柱通道的上端设置所述耦合监视探头；所述检测探头的沿所述检测水柱通道对准所述水柱出水口的中心，所述耦合监视探头的沿所述耦合监视水柱通道也对准所述水柱出水口的中心； 至少一个所述单体水柱耦合监视装置中的O1= 18.9° ;并且至少一个所述单体水柱耦合监视装置中的a i = 23.4° ;并且至少一个所述单体水柱耦合监视装置中的α χ =25.5°。
2.根据权利要求1所述的钢管焊缝自动超声波检测的水柱耦合监视装置，其特征在于:包括三个单体水柱耦合监视装置。
3.根据权利要求1所述的钢管焊缝自动超声波检测的水柱耦合监视装置，其特征在于:所述水柱进水口上设置有进水开关。
4.根据权利要求1所述的钢管焊缝自动超声波检测的水柱耦合监视装置，其特征在于:所述钢管匹配接触面为圆弧面。
5.根据权利要求1所述的钢管焊缝自动超声波检测的水柱耦合监视装置，其特征在于:还包括相互通过探头线连接的信号采集处理装置、显示装置和信号保存装置，所述检测探头和所述耦合监视探头均通过探头线连接到所述信号采集处理装置。
6.一种根据权利要求1至5任意之一所述的钢管焊缝自动超声波检测的水柱耦合监视装置的设计方法，其特征在于，包括步骤如下: 第一步，确定水柱耦合检测中的声波倾斜入射到界面时的反射、折射原理: 当超声纵波L倾斜入射到水/钢界面时，除在水中产生反射纵波L'和在钢中产生折射纵波L"外，还会在钢中产生折射横波S ;各种反射波和折射波方向符合反射、折射定律:Sin^l _ Shi'-、' _ SinljIl __ Sini\.Qi Cll C11 Cs(I) 式中=C11为水中波速； C12、Cs为钢中纵波、横波波速； α 1> a ^为纵波入射角、反射角； β P I为横波折射角； 由于在同一介质中纵波波速不变，因此α 1 = α / ;又由于在同一介质中纵波波速大于横波波速，因此β ) β s ;第一临界角a 1:由⑴式可得sina1/c11= sinβ1/C12，当C12>CU时，β P Ci1，随着^的增加，β !也增加，当α χ增加到一定程度时，β i = 90°，这时所对应的纵波入射角称为第一临界角，用α I表示；通过计算可知，纵波入射到水/钢界面时，第一临界角α ι=14.5° ； 第二临界角α π:由(I)式可得sina1/c11= sinβ1/C12，当CsX>11时，PsSa1，随着a i的增加，β s也增加，当a !增加到一定程度时，β s = 90°，这时所对应的纵波入射角称为第二临界角，用a π表示；通过计算可知，纵波入射到水/钢界面时，第二临界角a π=27.3° ;第二步，确定水柱耦合探头的入射角、反射角及折射角的选择: 纵波入射到水/钢界面时，当入射角选择在第一临界角a i与第二临界角a π之间即.14.5°~27.3°时，钢中没有折射纵波，只有折射横波； 油气输送钢管焊缝自动超声波检测中水柱耦合法检测应用的是将入射纵波在水/钢界面经过反射在水中反射纵波和经过折射在钢中折射横波； 由于油气输送钢管焊缝自动超声波检测中水柱耦合探头常用折射角为45°、60°和.70°，因此，常用水柱耦合探头的折射角、反射角和入射角选择如下表；
【文档编号】G01N29/04GK103983696SQ201410240366
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月30日 优先权日:2014年5月30日
【发明者】黄磊, 赵新伟, 李记科, 王长安, 杨专钊 申请人:北京隆盛泰科石油管科技有限公司