用于金屬性能的無損控制的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及冶金產(chǎn)品的，特別是具有長外形的冶金產(chǎn)品的無損檢測領(lǐng)域，所述長 外形一般情況下在從幾米到幾十米的范圍內(nèi)。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了更好地理解本發(fā)明，將在大體管狀產(chǎn)品的情況下，特別是管，作為冶金產(chǎn)品的 實例進行描述。然而，本發(fā)明旨在具有更廣泛的應(yīng)用。
[0003] 大長度管被廣泛使用?？赡鼙惶峒暗膽?yīng)用領(lǐng)域?qū)嵗衅渲惺褂缅仩t管的電力生 產(chǎn)、其中使用管用于鉆井、開采和運輸（管線）的石油和天然氣采收、或毫無疑問地可能在 土建工程中的或毫無疑問地汽車和航空業(yè)中的機械施工。
[0004] 如大多數(shù)冶金產(chǎn)品，管易遭受與制造相關(guān)的工藝缺陷，例如鋼材中的夾渣材料、或 缺少材料。通常鋼基體中的任何不均勻性被視為缺陷，其易遭受削弱工作中的管道的機械 強度。
[0005] 由于該原因，金屬管在它們制造后立即進行檢查，不僅探測其中的任何缺陷，而 且，如果可以的話，確定用于評估這些缺陷的危險性的信息，特別是尺寸、深度、位置、本質(zhì) 或毫無疑問地方位。
[0006] 當(dāng)制造一批管時，期望盡可能可靠地間可能多地檢查。該領(lǐng)域的某些參與者，例如 申請人，分別檢查每一根制備的管。
[0007] 管的檢測代表一個制造步驟，其與更多傳統(tǒng)成型步驟具有相同地位。
[0008] 由于它們對生產(chǎn)率有影響，所以實施的檢測方法應(yīng)經(jīng)濟和快捷，并仍保持可靠。實 際的自動檢測方法也正在研究。
[0009] 特別地，使用利用超聲波的檢測技術(shù)。發(fā)射的超聲波以及形成的回波被研究，尋找 那些不能表征管的幾何形狀的信息。夾渣材料或缺少材料造成波形傳播媒介中的變化，并 且由于該原因，在它們被超聲波撞擊時產(chǎn)生回波。
[0010] 由缺陷產(chǎn)生的回波強度取決于該聲波撞擊它的角度。對于超聲波在管道中的任意 傳播方向，理論上可探測對應(yīng)取向的缺陷，即垂直于傳播方向的缺陷，但具有約1或2度的 量級的偏差。
[0011] 實際上，缺陷不是絕對縱向或橫向的，只是反射或多或少沿這些方向中的一個或 另一個方向的回波。例如，當(dāng)缺陷響應(yīng)于具有對應(yīng)方向的發(fā)射，產(chǎn)生具有高于限定閾值的強 度的回波時，缺陷定性為縱向的。該閥值通過使用具有標(biāo)準(zhǔn)化的位置（深度和方向）和尺 寸的槽口的校準(zhǔn)而確定。所述缺陷的取向可以等同于其最大反射面。
[0012] 檢測的持續(xù)時間理論上取決于超聲波經(jīng)過管、往返所需的時間，并在某種程度上 取決于處理捕獲的返回信號所需的時間。
[0013] 為了滿足有關(guān)生產(chǎn)率和安全的要求，限制超聲波發(fā)射數(shù)并僅尋找以某些偏斜角取 向的缺陷已經(jīng)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)做法。
[0014] 傳統(tǒng)地，所述目的是采用最寬偏斜角探測缺陷，缺陷大體上平行于所述管母線取 向。
[0015] 本領(lǐng)域中最近的開發(fā)目標(biāo)朝向檢測方法，其在限制發(fā)射的數(shù)量以保證檢測率可以 接受時，所述方法也能探測具有不同取向的缺陷。
[0016] US5 473 943公開了一種超聲波檢測裝置，所述裝置包括九個超聲波傳感器或換 能器，其圍繞待測試管分布。這種類型的裝置可用于探測關(guān)于彼此沿九個不同方向的缺陷。 可檢測的方向的數(shù)量仍受到傳感器數(shù)量的限制。而且，這個裝置僅能用于檢查管的一個狹 窄區(qū)域，這就意味著管必須關(guān)于傳感器非常緩慢地前進，或傳感器的數(shù)量必須加倍。較低的 前進速率與生產(chǎn)需要不相匹配，同時增加傳感器的數(shù)量會引起成本和調(diào)節(jié)等問題。
[0017] 一些最近的開發(fā)使用稱為"相控陣"傳感器的超聲波傳感器，其也被稱為"多元線 性換能器"。這些傳感器包括多個壓電元件形式的電聲換能器，其沿主方向分布在該傳感器 的有效面上。作為示例，這些換能器可能采用一種方式處置，該方式關(guān)于彼此對齊并形成有 時稱為"換能器條"的形式。具有此類分布的傳感器被稱為是"一維"的。該換能器以某種 方式按順序一個接著一個被激發(fā)，以便組合產(chǎn)生的超聲波以形成偏轉(zhuǎn)的波束，所述波束可 以聚焦（焦點在所述傳感器的前面），這意味著可以關(guān)于在相應(yīng)方向上存在的缺陷來檢查 管。
[0018] 還已知的是，超聲波檢測裝置包括一維相控型傳感器，其中，基本換能器圍繞待測 管分布。這種類型的裝置可用于使用幾乎所有傾角探測缺陷，但僅用于管的減小的橫截面 中。因為一次僅可檢查具有很小縱向范圍的區(qū)域，因此它必須被以低的管前進速度操作。結(jié) 果是該檢查持續(xù)時間對于工業(yè)應(yīng)用來說太長而不可行。此外，所述被討論的裝備根據(jù)待檢 測管的直徑而需要不同的傳感器。
[0019] WO2003/050527公開了用于冶金產(chǎn)品的無損檢測裝備，其中，使用了一維相控陣 類型觸感器。一旦每個換能器元件被激發(fā)，則處理電路分析管關(guān)于該單次發(fā)送的綜合響應(yīng)， 該單次發(fā)送在本領(lǐng)域中被稱為發(fā)射。始于沿該管橫向方向的一個發(fā)射，它不僅能夠確定垂 直于該方向的缺陷的存在，也能確定相對于該垂直方向具有在正負(fù)10°范圍內(nèi)的傾角的缺 陷的存在。
[0020] 實際上，使用了三個傳感器：兩個傳感器專用于探測縱向取向的缺陷或具有相對 于該縱向在正20°到負(fù)20°范圍內(nèi)的傾角的缺陷，一個補充傳感器用于探測橫向于管取 向的缺陷和/或用于測量管的厚度。
[0021] 所述被討論的裝備大致地令人滿意。
[0022] 它可以用于關(guān)于存在沿有限數(shù)量的方向取向的缺陷而檢測管。為了關(guān)于具有任意 方向的缺陷的存在而檢測管，必須加倍傳感器的數(shù)量或關(guān)于管改動傳感器的取向許多次， 每次為了對準(zhǔn)不同的方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0023] 申請人試圖改善現(xiàn)有的狀態(tài)。
[0024] 提出的用于檢測冶金產(chǎn)品的一種裝置，其包括超聲波傳感器，該傳感器包括多個 基本換能器，所述多個基本換能器能獨立于彼此操作，并以二維模型分布，第一電子部件， 其能根據(jù)對應(yīng)于沿瞄準(zhǔn)線的超聲波發(fā)射的至少一個時間規(guī)律激發(fā)基本換能器中的每一個， 第二電子部件，其能處理由每一個基本換能器捕獲的信號的至少一部分。每一個時間規(guī)律 被設(shè)置為使得對應(yīng)的發(fā)射產(chǎn)生超聲波束，該超聲波束沿所述瞄準(zhǔn)線隨著距離超聲波傳感器 的增加的距離而大體發(fā)散。
[0025] 用于檢測冶金產(chǎn)品提出的方法包括提供超聲波傳感器，其包括多個基本換能器， 所述多個基本換能器能被獨立于彼此操作，并根據(jù)二維模型分布，激發(fā)基本換能器中的每 一個以產(chǎn)生對應(yīng)于沿所述瞄準(zhǔn)線隨著距離所述超聲波傳感器的增加的距離而大體發(fā)散的 超聲波束的超聲波發(fā)射，以及處理由基本換能器中的每一個捕獲的信號的至少一部分。
[0026] 與傳統(tǒng)方法和裝置相反，傳統(tǒng)的方法和裝置試圖將超聲波束沿檢查瞄準(zhǔn)線偏轉(zhuǎn)和 聚焦，所提出的裝置發(fā)射超聲波，其關(guān)于所述瞄準(zhǔn)線發(fā)散。
[0027] 對于瞄準(zhǔn)特定線的發(fā)射，更更廣的區(qū)域由該發(fā)射所形成的超聲波覆蓋。
[0028] 該更廣的"聲透射"區(qū)域可以被用于探測缺陷，所述缺陷相比于傳統(tǒng)裝置關(guān)于所述 瞄準(zhǔn)線間具有更大的偏斜。
[0029] 所提出的裝置可在有限次激發(fā)的單個傳感器的輔助下用于探測處于任意偏斜的 缺陷，同時保持良好的檢測率。
[0030] 特別地，在單個傳感器和有限數(shù)量的發(fā)射的輔助下，可能探測橫向缺陷，也被稱為 "周向"，即垂直于管的母線延伸的缺陷，沿所述母線延伸的縱向缺陷，和與待檢測管的母線 成任何角度的缺陷。
[0031] 在生產(chǎn)力和可靠性方面的收獲是巨大的。
【附圖說明】
[0032] 本發(fā)明的其他特性和優(yōu)點通過查看下面的詳細(xì)描述和附圖中而變得顯而易見，附 圖中：
[0033] 圖1以前視圖示意性圖顯示了一種用于管的無損檢測裝置；
[0034] 圖2以側(cè)視圖圖示了圖1的裝置；
[0035] 圖3以前視圖顯示了在圖1的裝置中使用的電聲傳感器；
[0036] 圖4以沿線IV-IV的剖視圖圖示了圖3的傳感器；
[0037] 圖5圖示了圖3的所述電聲傳感器的控制和處理電子部件的結(jié)構(gòu)圖；
[0038] 圖6A圖示了示出空間中的超聲波束的發(fā)射方向的示意圖；
[0039] 圖6B圖示了示出基本換能器陣列的示意圖；
[0040] 圖7A和7B分別圖示了用于多元件矩陣電聲傳感器的第一和第二延遲表；
[0041] 圖8圖示了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的第一變形形式的相對于待檢測管道處于工 作位置中的基本換能器陣列的透視圖，和顯示出用于縱向發(fā)射的應(yīng)用到這些換能器的延遲 值的條形圖；
[0042] 圖9A獨立地圖示了以透視圖顯示的圖8中的圖表；
[0043] 圖IOA以側(cè)視圖圖示了圖9A的條形圖；
[0044] 圖IlA以前視圖圖示了圖9A的條形圖；
[0045] 圖12類似于圖8，用于橫向發(fā)射；
[0046] 圖13A類似于圖8，用于傾斜發(fā)射；
[0047] 圖14以透視圖顯示了處于不同視角的圖13A的圖表；
[0048] 圖9B、10BU1B和13B分別類似于圖9A、10AU1A和13A，用于所述第一實施例的第 二變形形式；
[0049] 圖15和16類似于圖7A和7B，用于不同激發(fā)情況；
[0050] 圖17、18A和18B顯示了分別顯示了用于參考裝置、根據(jù)本發(fā)明第一實施例的裝 置、和根據(jù)本發(fā)明第二實施例的裝置的"聲透射"圖；
[0051] 附件A. 1以表格的形式表明對應(yīng)于本發(fā)明第一實施例的第一變形形式的延遲值；
[0052] 附件A. 2以表格的形式表明對應(yīng)于本發(fā)明第一實施例的第二變形形式的延遲值；
[0053] 附件A. 3以表格的形式表明不同發(fā)射方向的延遲值的換位法則；
[0054] 附件A. 4以表格的形式表明對應(yīng)于本發(fā)明第二實施例的延遲值；
[0055] 附件A. 5為地址矩陣，用于電聲傳感器的基本換能器。
【具體實施方式】
[0056] 所述附圖和附件包括了具有一定性能的元件。因此，它們不僅可以作為本發(fā)明的 描述，適當(dāng)時，也可用于限定本發(fā)明。
[0057] 現(xiàn)在參考圖1和圖2。
[0058] 超聲波檢測設(shè)備包括支撐待檢測的金屬管3的工作臺1，和應(yīng)用于所述管3的外周 表面連接到控制和處理電子器件6的超聲波傳感器5。超聲波傳感器5在本領(lǐng)域中有時也 被稱為換能器。
[0059] 對于檢測，傳感器5與管3相對于彼此螺旋狀地移動。這里，管3關(guān)于工作臺1根 據(jù)圍繞對應(yīng)于管3的縱向軸線的螺旋運動移位，而傳感器5關(guān)于工作臺1保持在位。工作 臺1可提供有旋轉(zhuǎn)滾筒，其關(guān)于管3的縱向軸線傾斜
[0060] 在一個變形形式中，管3可在傳感器5沿工作臺1的縱向方向滑動時僅旋轉(zhuǎn)運動。 該傳感器可以安裝在載體上，該載體可關(guān)于工作臺1移動。根據(jù)又一個變形形式，傳感器5 可以關(guān)于管3轉(zhuǎn)動，同時管3關(guān)于工作臺1平移。
[0061] 傳感器5和管3之間的相對螺旋運動意味著，整個管3可以使用一個傳感器5檢 測，傳感器5具有與管3的周長比較減小的尺寸?；蛘撸赡芴峁┐罅總鞲衅?，其繞管3以 環(huán)布置，并且可實行發(fā)射序列，這在管3關(guān)于傳感器5滑動時確保覆蓋率。
[0062] 聯(lián)接介質(zhì)或聯(lián)接劑，例如凝膠形式的，可以介于傳感器5和管3的外周表面之間。 在一個變形形式中，該設(shè)備可以包括充滿水或任何其他液體聯(lián)接介質(zhì)的盒，管3和傳感器5 浸沒在水或任何其他液體聯(lián)接介質(zhì)中。
[0063] 現(xiàn)在參見圖3和4。
[0064] 它們顯示了馬賽克類型的傳感器7,其可被用做圖1和2的設(shè)備中的傳感器5。馬 賽克傳感器在本領(lǐng)域中有時也被稱為"多元件換能器"。
[0065] 所述傳感器7包括由壓電材料形成的多個條9,在這種情況下，以規(guī)則方式分布為 陣列。如圖所示，傳感器7對應(yīng)于被本領(lǐng)域中一般稱為"多元件陣列換能器"的傳感器。 [0066] 所述條9被嵌入到由電惰性聚合材料行成的基體11中。所述條9電學(xué)上和聲學(xué) 上彼此獨立。每個條9可能