[发明专利]超声换能器装置

说明书

技术领域

本发明总体上涉及焊缝无损检测，更具体地，涉及具有限定间隙的管-配件焊缝的超声检测。

背景技术

在生产油和天然气的海上钻井工业中，海上钻机和平台上的生产、传送以及各个过程都需要使用各种必须焊接在一起的管和配件。安全规范要求必须检测焊缝以发现并修补焊缝缺陷。

以前，放射线照相术是处理具有限定间隙的管道焊缝的主要检测方法。使用超声检测的可替换方法来无损检测碳素钢制的管-配件连接是优选的。

超声检测的局限是超声换能器必须能够定位在焊缝附近的母材上，以较好地检测整个焊缝。如图1所示，只要管弯头处的曲率半径不是小到不能使换能器合适定位，就可以使用相控阵超声换能器40来检测管44的各直段之间或管的各弯段之间的焊缝42。典型地，需要在焊缝的两侧上各有110mm的扫描入口以充分检测整个焊缝。

如图2和图3所示，生产和处理管道要求：用于阀、控制器、计量器、歧管或弯管等的配件43应包含在管44中。管-配件焊缝42的超声检测具有挑战性，因为在配件处曲率半径较小并且在焊缝的配件侧上扫描入口有限。图2中以区域46示出的一个实例可以使得用以前的换能器布置方式很难或不可能检测到整个焊缝。结果是可能存在如图3所示的盲区48，在此区域中，超声换能器不能够合适地定位以检测焊缝42的整个区域。

从焊缝的管侧对管-配件焊缝进行相控阵超声检测一般不会发现该焊缝的配件侧上的缺陷。由上可知，需要改进的超声换能器装置以检测管-配件焊缝的配件侧。

发明内容

本发明涉及用以检测管-配件焊缝的超声换能器配置。本发明总体上包括安装在框架上的相控阵曲楔形（curved wedge）发射/接收换能器、安装在框架一端附近并线性地且径向地与相控阵换能器间隔开的衍射时差（TOFD）超声发射换能器、安装在框架上并与TOFD超声发射换能器线性间隔开且与之对齐的TOFD超声接收换能器。超声发射换能器和超声接收换能器都以与管的外部曲率半径相匹配的角度定位。

在附于本公开并形成本公开一部分的权利要求中，特别指出了描述本发明的各种新颖性特征。为更好地解释本发明及通过使用本发明所获得的操作优势，请参照形成了本公开的部分的附图和具体实施方式，其中示出了本发明的优选实施例。

附图说明

附图形成本说明书的一部分，并且在所有图中，所示参考标号都表示相似的或相应的部件，在附图中:

图1示出了用以检测管-管焊缝的现有技术。

图2是正视图，其示出了用以检测管-配件焊缝的限定入口区域。

图3是截面图，其示出了管和配件壁、它们之间的焊缝以及当有限制入口时超声检测不能检测到的典型盲区。

图4是本发明的示意图，其示出了各换能器的相对定位情况。

图5示出了来自TOFD发射换能器的超声脉冲的路径。

图6示出了来自相控阵换能器的超声脉冲的路径。

图7示出了本发明的透视图。

具体实施方式

如图7所示，超声换能器布局10总体上包括框架12、相控阵换能器14、发射换能器16和接收换能器18。

框架12可由诸如铝或钢等任何合适的材料制成，并设有用于在检测过程中绕管44移动框架和换能器的轮13。轮13可以是磁性的，以将组件保持在管44上。框架12可设有用于调整各换能器之间间距的装置，如用于接纳换能器底座22的通道20。

优选地，相控阵换能器14是曲楔形发射/接收换能器。在该换能器14和电子发射/接收单元（未示出）之间附连有缆线15，该电子发射/接收单元提供电流以产生超声脉冲然后接收并记录相控阵换能器14感测到的反射脉冲（信号）。相控阵换能器14定位成确保发射和接收超声脉冲的换能器的面处于合适的角度以将超声脉冲发射到焊缝42中。在本领域中，发射/接收换能器是已知的，并被设计成将超声信号或脉冲发射到诸如管等工件和/或焊缝中，以及接收反射信号以记录和分析管的情况或两管之间或者管与配件之间的焊缝情况。所记录、反射的信号被分析以确定管壁和/或焊缝中的缺陷是否存在、位置和深度。

优选地，发射换能器16是衍射时差（TOFD）换能器。该换能器16与相控阵换能器14径向地且线性地间隔开，使得发射换能器16在检测期间位于所述焊缝42的配件侧上并且相控阵换能器14在检测期间位于焊缝42的管侧上。由此，径向间隔意指绕管44的周向间隔，线性间隔意指沿管44的纵向轴线间隔。在换能器16和上述电子发射/接收单元之间附连有缆线17，电子发射/接收单元用以在换能器16中产生超声脉冲。