管道补口防腐层无损检测装置制造方法
【专利摘要】本发明是一种输油气管道补口防腐层粘接质量无损检测装置。该检测装置由基础框架、行走机构、吸附机构、传感器夹持机构组成；基础框架是行走机构、吸附机构、传感器夹持机构的载体；行走机构是驱使装置行走的动力部件；传感器夹持机构固定检测传感器；将检测装置吸附于管道补口处的吸附机构的吸附基础安装在补口防腐层（9）两侧，吸附机构的其余部分与基础框架、行走机构共同构成绕管道补口防腐层（9）圆周移动的载体；在基础框架的一端安装有行走机构，传感器夹持机构安装在基础框架的中部及两端。本发明在不破坏补口防腐层的情况下对补口粘接质量、特别是粘接力进行快速扫描测量，检测效率高，自适应能力强，缺陷定量精确。
【专利说明】管道补口防腐层无损检测装置
【技术领域】
[0001] 本发明是一种输油气管道补口防腐层粘接质量的管道补口防腐层无损检测装置， 涉及测量力和管道系统【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 管道补口是两段管道焊接处的防腐作业。在埋地钢质管道的施工过程中，管道补 口是保证管道防腐完整性的重要工序，也是保证整个管道外防腐层质量的关键环节。
[0003] 对于管道补口来说，如果补口材料选择不当、补口施工质量差，管道外防腐层的完 整性将受到破坏。而补口材料的早期失效将导致财力资源的巨大损失。目前，国内3PE防 腐管线几乎全部采用聚乙烯热缩材料进行补口，但在管道安装建设期间和投入运行使用中 均发现了许多质量问题，开挖检测发现补口失效所占比例不小，对管线形成了腐蚀危害风 险。管道补口防腐层质量问题的出现与管道施工期间的质量控制有很大的关系。在管道 补口质量检测中，漏点检测和外观目视检测是必测内容，其中，补口后热收缩套的剥离强度 或者粘接力测试则是抽检方式。GB/T23257-2009 "埋地钢质管道聚乙烯防腐层"标准中规 定，每100个补口至少抽测一个口。这种抽检的方式给管道安全带来了极大的隐患。此外， 此项检测操作人员的个体差异会对检测的准确性产生一定影响，而且粘接力测试具有破坏 性，检测时用刀沿管道环向划开10毫米宽、长度大于100毫米的胶带层，直至管体，然后用 弹簧秤与管壁成90度角拉开。这种破坏性的弹簧秤测试方法测试完毕后需要对测试部位 的防腐层修复，对防腐层的性能具有一定的影响。
[0004] CN1761871A公开了一种管道外壁腐蚀无损检测装置，但用于管道补口防腐层检测 并不高效。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是发明一种用于补口防腐层粘接质量无损检测、在不破坏补口防腐 层的情况下对补口粘接质量、特别是粘接力进行快速扫描测量、检测效率高、自适应能力 强、缺陷定量精确的管道补口防腐层无损检测装置。
[0006] 本发明所述装置由基础框架、行走机构、吸附机构、传感器夹持机构组成。基础框 架是行走机构、吸附机构、传感器夹持机构的载体；行走机构是驱使装置行走的动力部件； 吸附机构是将检测装置吸附于管道补口处的部件；传感器夹持机构是固定检测传感器的部 件，使传感器在检测过程中与管道补口层表面充分的接触。吸附机构的吸附基础安装在补 口防腐层9两侧，吸附机构的其余部分与基础框架、行走机构共同构成绕管道补口防腐层9 圆周移动的载体；在基础框架的一端安装有行走机构，传感器夹持机构安装在基础框架的 中部及两端。
[0007] 本发明装置工作示意图见图1，图中显示了长输油气管道的构成和补口检测装置 各部件的装配关系以及检测时的工作原理。长输油气管道一般由管体敷设3PE防腐层3且 两端无防腐保护的金属管道1两两对接焊接而成，两段管道对接处形成焊缝2。焊接完毕 后，焊缝2两侧无防腐保护的部分通过补口防腐层9进行防腐保护。补口防腐层检测装置 作业时，首先将构成装置吸附机构的导轨箍4固定在补口防腐层9两侧，然后将装置主体横 跨在管道补口处并通过磁轮7吸附在导轨箍4上，最后在驱动轮10的驱动下带动传感器15 对补口防腐层9实施检测。
[0008] 所述基础框架由两块固定板5和一个连接轴6构成，由连接轴6将两块固定板5 连接成"工"字形；固定板5为等腰三角形结构，如图3,固定板5上设有1个滑槽孔al7和 两个装配孔al3 ;连接轴6是不同直径的两种柱状体的组合体，中段的柱状体直径大且设有 装配孔bl9,两端的柱状体直径小且加工有螺纹，可放置在固定板5的滑槽孔al7内实现连 接轴6与固定板5的装配连接，如图4。固定板5是行走机构、吸附机构和连接轴6的固定 基础，行走机构和吸附机构通过装配孔al3与固定板5连接，连接轴6通过滑槽孔17与两 块固定板5连接，如图2。
[0009] 所述行走机构由步进电机8、编码器11和驱动轮10构成。驱动轮10为圆柱形滚 轮，中部设有凹槽27用于整个装置的运行轨迹控制；编码器11与步进电机8组合在一起， 主要用于测量步进电机8的直线位移。行走机构共两组，分别固定在两块固定板5上，互成 对角分布，其中步进电机8和编码器11装配在固定板5外侧，驱动轮10装配在固定板5内 侦牝如图2。
[0010] 所述吸附机构主要由磁轮7、导轨箍4组成。磁轮7是带有磁力的圆柱型滚轮，中 部设有凹槽27 ;导轨箍4是吸附机构的吸附基础，由两片同样尺寸的半圆形钢带24构成， 如图5和图6,钢带24 -端设有固定卡柱25,固定卡柱25为半圆柱体结构，钢带24另一端 设有与钢带末端弧线垂直的对接板28,对接板28上开设有装配孔。两片钢带24对接后同 一端的两个固定卡柱25形成一个完整的圆柱体，圆柱体外套钢圈进行固定连接，另一端的 两个对接板28紧密结合用螺栓实现闭合。钢带24中部设有凸棱26,凸棱26为磁轮7和驱 动轮10提供导向通道，检测装置行走时磁轮7和驱动轮10的凹槽27卡在凸棱26上，限制 检测装置的运动轨迹，避免装置发生偏移。吸附机构共两组，两组导轨箍4分别安装在补口 热收缩套9两侧，两组磁轮7安装在基础框架两侧的固定板5上，与行走机构交叉分布，如 图2。
[0011] 所述传感器夹持机构由导向轴12、弹簧22、传感器容腔块14和传感器15构成。导 向轴12是圆球形体和圆柱体的复合结构，是传感器夹持机构的固定件，如图7,导向轴12上 端的圆柱体是不同直径的两个圆柱体的组合体，直径较大的圆柱体与导向轴12的圆球体 连接，直径较小的圆柱体末端加工有螺纹，主要实现导向轴12与连接轴6的连接，即通过连 接轴6的装配孔bl9将导向轴12固定在连接轴6上；导向轴12下端的球形体部分是衔接 传感器容腔块14的构件，主要为传感器15 -定范围的倾斜运动提供支持，使传感器适应补 口热收缩带9表面起伏不平的状况。传感器容腔块14是构成容纳传感器15的传感器容腔 的基本件，如图8,传感器容腔块14是一种异形件，由上端开设有近似半圆球形开槽16的柱 体和下端开设有矩形开槽18的柱体组合而成，传感器容腔块14下端设有滑槽孔b20,中部 设有装配孔c21，滑槽孔b20为传感器15上下运动提供通道，一个完整的传感器容腔由两个 传感器容腔块14对接而成。传感器15是一矩形体结构的补口热收缩套检测部件，如图9， 传感器15通过左右两侧的滑槽卡23放置在传感器容腔块14的滑槽孔b20上，传感器15 与补口防腐层9接触的表面四周是圆角轮廓，这种表面结构可使传感器15在表面不平整的 补口防腐层9上滑动。传感器夹持机构装配完整后的剖面图如图10,装配时首先将导向轴 12、弹簧22和传感器15放置在两个传感器容腔块14中间，然后将两个传感器容腔块14紧 密对接，并通过装配孔c21用螺栓固定形成一个整体。
[0012] 本发明可实现定量检测，检测装置通过编码器11实时获取传感器15在管道圆周 上的方位信息，再配合传感器15在连接轴6的位置信息以及传感器15的对补口防腐层9 的检测结果，实现补口防腐层9缺陷的定量精确检测。
[0013] 本发明的优点：
[0014] 1)管道检测装置通过磁力轮吸附在紧固在管道上的导轨箍上进行补口防腐层粘 接质量检测，导轨箍结构简单，可根据不同管径加工制作，这样检测装置主体结构不受管道 直径的影响，适用于多种口径管道的补口检测；
[0015] 2)通过纵向多探头和轴向运动机构的方式实现补口材料的快速检测，检测效率 商；
[0016] 3)传感器能够左右和下上一定范围运动，不受管道补口处不同厚度防腐层的影 响，自适应能力强；
[0017] 4)扩展性强，可携带不同类型的传感器进行不同性质的缺陷检测；可设置不同数 量的传感器，实现不同密度的扫描检测；
[0018] 5)连接轴安装高度可调节，能够实现传感器不同接触力的调整以及适应不同弧度 管道补口检测需要。
[0019] 6)装置行走稳定，导轨箍上的凸棱与驱动轮和磁轮上的凹槽紧密耦合确保了检测 装置行走时不会发生偏移与打滑。
[0020] 7)可实现定量检测，检测装置通过编码器11实时获取传感器15在管道圆周上的 方位信息，再配合传感器15在连接轴6的位置信息以及传感器15的对补口防腐层9的检 测结果，实现补口防腐层9缺陷的定量精确检测。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 图1装置工作示意图
[0022] 图2检测装置主体部分示意图
[0023] 图3固定板结构图
[0024] 图4连接轴结构图
[0025] 图5导轨箍的整体结构图
[0026] 图6导轨箍钢带的结构图
[0027] 图7导向轴结构图
[0028] 图8传感器容腔块结构图
[0029] 图9传感器结构图
[0030] 图10传感器夹持机构装配后的剖面图（图2中传感器夹持机构A-A向剖面）
[0031] 其中1-管道 2-焊缝
[0032] 3-3PE防腐层 4一导轨箍
[0033] 5-固定板 6-连接轴
[0034] 7一磁轮 8-步进电机
[0035] 9-补口防腐层 10-驱动轮
[0036] 11 一编码器 12-导向轴
[0037] 13-装配孔a 14-传感器容腔块
[0038] 15-传感器 16-近似半圆形开槽
[0039] 17-滑槽孔a 18-矩形开槽
[0040] 19一装配孔b 20-滑槽孔b
[0041] 21-装配孔c 22-弹簧
[0042] 23-滑槽卡 24-钢带
[0043] 25一固定卡柱 26-凸棱
[0044] 27-凹槽 28-对接板
【具体实施方式】
[0045] 实施例.
[0046] 本例的装置基础框架由高强度错合金材料加工而成，等腰三角形固定板5厚5mm， 底边长30cm，高20cm，滑槽孔al7直径10mm，位置设在固定板5底边的中垂线上，两个装配 孔al3直径依据磁轮7和驱动轮10的装配轴径确定；连接轴6由不同直径的两种柱状体的 组合体，中段柱体直径30mm，长度依据补口防腐层宽度和驱动轮10的宽度确定，两端的柱 体直径9mm长度20mm，连接轴6上的装配孔bl9直径5mm，装配孔bl9的间距依据传感器大 小设定。
[0047] 所述行走机构由步进电机8、编码器11和驱动轮10构成。步进电机10和编码器 11组装在一起，编码器11为旋转增量式编码器，步进电机10的型号依据装置需要的驱动转 矩以及功率选配；驱动轮10直径60mm，宽40mm，材料科选用塑料，中部凹槽27为深5mm宽 10mm的开口矩形。装配后，驱动轮10与导轨箍4接触的部位距固定板5的底边至少10mm。 行走机构共两组，分别固定在两块固定板5上，互成对角分布，其中步进电机8和编码器11 装配在固定板5外侧，驱动轮10装配在固定板5内侧。
[0048] 所述吸附机构由磁轮7、导轨箍4组成。磁轮7是带有磁力的圆柱型滚轮，直径、宽 度以及中部凹槽的尺寸与驱动轮10 -致；导轨箍4材料为钢，宽度为45mm，厚度7mm，两片 钢带24的长度依据不同管道的半周长设定，中部凸棱26为高4mm宽9mm的圆角矩形，固定 卡柱25直径7mm高20mm，对接板28高40mm，对接板28上的装配孔根据需要设置，导轨箍 4使用时卡在管道补口防腐层9两侧，对接端分别用钢圈以及螺丝和螺母固定；两组磁轮7 安装在基础框架两侧的固定板5上，与驱动轮10交叉分布，安装高度与驱动轮10 -致。
[0049] 所述传感器夹持机构由导向轴12、弹簧22、传感器容腔块14和传感器15构成。导 向轴12是球形体和圆柱体的复合结构，上端的圆柱体部分的尺寸以适合与连接轴6装配以 及传感器15的表面接触补口防腐层9而设定；导向轴12下端的球形体直径15mm。传感器 容腔块14是一种异形件，由上端开设有近似半圆形开槽16的柱体和下端开设有矩形开槽 18的柱体组合而成，整个柱体高度80mm，长度和宽度依据传感器15尺寸设定，其中上端近 似半圆形开槽的尺寸依据导向轴12的球形体直径和允许传感器15水平活动的角度设定， 下段的矩形开槽的尺寸依据传感器15尺寸设定，装配孔c21直径3mm，滑槽孔b20大小和 位置依据传感器15需要的上下活动范围设定。传感器15是一矩形体结构，长度< 38mm， 宽度彡25mm，高度50mm，左右两侧的滑槽卡23为直径4mm的圆柱体，滑槽卡23的高度以装 配后与传感器容腔块14外壁齐平为准设定，滑槽卡23的位置依据弹簧22的高度以及传感 器15允许上下活动的范围确定。传感器夹持机构装配时首先将导向轴12、弹簧22和传感 器15放置在两个传感器容腔块14中间，然后将两个传感器容腔块14紧密对接，并通过装 配孔c21用螺栓固定形成一个整体。
[0050] 补口防腐层检测装置作业时，首先将导轨箍4固定在补口防腐层9两侧，在每一侧 导轨箍4固定安装的过程中则先将管道1置于两片钢带24中部，钢带24对接的一端用钢 圈套在两个固定卡柱25形成的圆柱体，另一端用螺栓和螺丝将两个对接板28闭合。然后 再将装置主体横跨在管道补口处并通过磁轮7吸附在导轨箍4上，使驱动轮10和磁力7的 凹槽27卡在导轨箍的凸棱26上。最后控制步进电机8驱动装置主体从导轨箍4闭合的对 接板28 -侧运动到另一侧，运动期间通过传感器14发射信号对补口防腐层9进行测试，同 时装置通过编码器11实时获取的传感器15在管道圆周上的方位信息，再配合传感器15在 连接轴6的位置信息以及传感器15的对补口防腐层9的检测结果，实现补口防腐层9缺陷 的定量精确检测。检测完毕后，可在装置两组磁轮7下垫非金属垫片，驱使装置运动到非金 属垫片上，从而减弱吸附力，使装置主体脱离导轨箍4而得以拆除。
[0051] 本例经试验，在不破坏补口防腐层的情况下对补口粘接质量、特别是粘接力进行 快速扫描测量，测量效率高，自适应能力强，缺陷定量精确。
【权利要求】
1. 一种输油气管道补口防腐层粘接质量的管道补口防腐层无损检测装置，其特征是该 检测装置由基础框架、行走机构、吸附机构、传感器夹持机构组成；基础框架是行走机构、吸 附机构、传感器夹持机构的载体；行走机构是驱使装置行走的动力部件；传感器夹持机构 固定检测传感器；将检测装置吸附于管道补口处的吸附机构的吸附基础安装在补口防腐层 (9)两侧，吸附机构的其余部分与基础框架、行走机构共同构成绕管道补口防腐层（9)圆周 移动的载体；在基础框架的一端安装有行走机构，传感器夹持机构安装在基础框架的中部 及两端。
2. 根据权利要求1所述的管道补口防腐层无损检测装置，其特征是所述基础框架由两 块固定板（5)和一个连接轴（6)构成，由连接轴（6)将两块固定板（5)连接成"工"字形；固 定板（5)为等腰三角形结构，固定板（5)上设有1个滑槽孔a(17)和两个装配孔a(13);连 接轴（6)是不同直径的两种柱状体的组合体，中段的柱状体直径大且设有装配孔b (19)，两 端的柱状体直径小且加工有螺纹，放置在固定板（5)的滑槽孔a (17)内实现连接轴（6)与 固定板（5)的装配连接；行走机构和吸附机构通过装配孔a(13)与固定板（5)连接，连接轴 (6 )通过滑槽孔（17 )与两块固定板（5 )连接。
3. 根据权利要求1所述的管道补口防腐层无损检测装置，其特征是所述行走机构由步 进电机（8)、编码器（11)和驱动轮（10)构成；驱动轮（10)为圆柱形滚轮，中部设有用于整 个装置的运行轨迹控制的凹槽（27);行走机构共两组，分别固定在两块固定板（5)上，互成 对角分布，其中步进电机（8)和减速器（11)装配在固定板（5)外侧，驱动轮（10)装配在固 定板（5)内侧。
4. 根据权利要求1所述的管道补口防腐层无损检测装置，其特征是所述吸附机构主要 由磁轮（7)、导轨箍（4)组成；磁轮（7)是带有磁力的圆柱型滚轮，中部设有凹槽（27);导轨 箍（4)是由两片同样尺寸的半圆形钢带（24)构成，钢带（24)-端设有固定卡柱（25)，另一 端设有与钢带末端弧线垂直的对接板（28)，对接板（28)上开设有装配孔，两片钢带（24)对 接后同一端的两个固定卡柱（25)形成一个完整的圆柱体，圆柱体外套钢圈进行固定连接， 另一端的两个对接板（28)紧密结合用螺栓实现闭合，钢带（24)中部设有凸棱（26)，凸棱 (26)为磁轮（7)和驱动轮（10)提供导向通道，检测装置行走时磁轮（7)和驱动轮（10)的凹 槽（27)卡在凸棱（26)上；吸附机构共两组，两组导轨箍（4)分别安装在补口防腐层（9)两 侧，两组磁轮（7 )安装在基础框架两侧的固定板（5 )上，与行走机构交叉分布。
5. 根据权利要求1所述的管道补口防腐层无损检测装置，其特征是所述传感器夹持机 构由导向轴（12)、弹簧（22)、传感器容腔块（14)和传感器（15)构成；导向轴（12)是圆球形 体和圆柱体的复合结构，导向轴（12)的上端的圆柱体部分是不同直径的两个圆柱体的组合 体，直径较大的圆柱体与导向轴（12)的圆球体连接，直径较小的圆柱体末端加工有螺纹，主 要实现导向轴（12 )与连接轴（6 )的连接，即通过连接轴（6 )的装配孔b (19 )将导向轴（12 ) 固定在连接轴（6)上；导向轴（12)下端的圆球形体部分是衔接传感器容腔块（14)的构件； 传感器容腔块（14)是构成容纳传感器（15)的传感器容腔的基本件，传感器容腔块（14)是 一种异形件，由上端开设有近似半圆球形开槽（16)的柱体和下端开设有矩形开槽（18)的 柱体组合而成，传感器容腔块（14)下端设有滑槽孔b (20)，中部设有装配孔c (21)，滑槽孔 b(20)为传感器（15)上下运动提供通道，一个完整的传感器容腔由两个传感器容腔块（14) 对接而成；传感器（15)是一矩形体结构的补口热收缩套检测部件，传感器（15)通过左右两 侧的滑槽卡（23 )放置在传感器容腔块（14 )的滑槽孔b (20 )上，传感器（15 )与补口防腐层 (9)接触的表面四周是圆角轮廓；传感器夹持机构装配时首先将导向轴（12)、弹簧（22)和 传感器（15 )放置在两个传感器容腔块（14 )中间，然后将两个传感器容腔块（14 )紧密对接， 并通过装配孔c (21)用螺栓固定形成一个整体。
6.根据权利要求1所述的管道补口防腐层无损检测装置，其特征是还装有编码器 (11);检测装置通过编码器（11)实时获取传感器（15)在管道圆周上的方位信息，再配合传 感器（15)在连接轴（6)的位置信息以及传感器（15)的对补口防腐层（9)的检测结果，实现 补口防腐层（9)缺陷的定量精确检测。
【文档编号】G01N33/00GK104062399SQ201310088449
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2013年3月19日 优先权日:2013年3月19日
【发明者】康叶伟, 王维斌, 林明春, 陈新华, 刘玲莉, 郭正虹, 赵君, 蒋先尧, 张丰, 王禹钦, 林嵩, 陈振华 申请人:中国石油天然气股份有限公司