CN112178357A - 一种高强度长输管线钢的焊后数据采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强度长输管线钢的焊后数据采集装置，用于解决现有技术的检测装置无法对高强度长输管线钢内侧的焊缝进行检测的问题，其结构包括：移动部分、检测装置、支撑架，所述移动部分有两个，两个移动部分之间通过螺杆连接，检测装置在螺杆上能够自由移动，在使用时调整观测位置，检测焊缝的残余应力或是其他相关信息，所述支撑架用于对管线钢进行支撑，支撑架上还设置有驱动轮，推动管线钢以其轴线为转动轴发生转动，而位于管线钢中移动部分中心且安装有螺杆的中心板不随之转动，使检测装置的始终朝下，对整个环形的焊缝进行数据采集，安装在管线钢外壁的磁性环带还能够与外框相互吸附而固定在管线钢中，保证使用过程中的稳定。

Description

一种高强度长输管线钢的焊后数据采集装置

技术领域

本发明属于管线钢焊接技术领域，具体涉及一种高强度长输管线钢的焊后数据采集装置。

背景技术

石油天然气是国民经济发展的主要能源和重要战略资源。由于管道运输具有安全、经济和高效等诸多优点，因此采用管道输送石油与天然气已经成为国内外首选的技术方案。近年来，伴随油气管线建设的飞速发展，管线钢正成为低合金高强度钢中发展最快和最具活力的部分，并且持续朝着长距离、大管径、高压力和高强韧方向发展，以降低管道建设成本和提高油气输送效率与安全性，焊接是现代制造业的关键和核心技术。无论在制管成型、管道现场铺设安装，还是在管道维修过程中，管线钢均需依赖焊接来实现。目前通过微合金化、超纯净冶炼和现代控轧控冷技术等，已能够提供具有足够强韧特性的管线钢卷板。目前长输管道建设中，管线钢连接依然以电弧焊为主，由于电弧焊技术能量密度和熔透能力相对较强，在管线钢焊接接头中因残余应力、晶粒过分长大以及不良组织的形成，致使焊接接头强韧性不足从而严重影响油气管道的服役可靠性与耐久性。因此，高级别管线钢焊接头组织、应力及其分布状态，就成为其焊接接头强韧性能准确调控的核心内容，特别是随着强度级别与输送油气压力的提高，管线钢所需的韧性更高，如何保证焊接接头的高韧性防止脆化是保证输油输气管道安全的关键因素之一，因此现有技术提出随焊冲击碾压法，其原理就是在焊后的焊接位置通过碾压轮或是其他元件进行碾压或是冲击，将焊缝金属的纵、横向压缩塑性应变和前轮对焊缝金属造成的横向挤压应变充分延展开，从而达到控制焊接残余应力和变形的目的，根据中国期刊《机械工程学报》2004年40期公开的《随焊冲击碾压控制焊接应力变形新方法》中的实验数据可知，随焊冲击碾压能够明显消除工件的残余应力，减少变形量，同时能够提高抗拉强度，因此能够有效提高焊接接头的性能。

为进一步提高随焊碾压对焊接接头的优化，申请人及其团队通过显著增加提高碾压力达到轧制的压力，通过随焊轧制来对管线钢进行焊接，但是由于该技术尚属空白，申请人及其团队就不同焊接参数进行了若干实验，在试验过程中发现，由于管线钢具有一定厚度，往往需要从内侧以及外侧两个面进行焊接，因此需要测出管线钢焊接接头部分内壁以及外壁上的残余应力，从而判断出最佳试验参数，现有技术采用残余应力检测设备是成熟的现有技术，如：X射线衍射、超声波等多种不同原理的残余应力检测设备，但是这些设备多是针对平板设计，其支架就是常见的三脚架，在实际使用时，可以对管线钢的外壁的焊缝进行检测，但是无法对内壁的焊缝进行检测，要检测内侧的焊缝只能人爬进管线钢中，手持设备进行数据的采集，在实验条件下，这种方法都较为不便，而在实际生产中，管线钢的长度较长，如果让使用者爬进去采集焊缝数据，显然是不现实的，而且长管中通风不畅，焊后管中还残留有较高的温度，无法保证长时间的工作。

发明内容

本发明的目的是提供一种高强度长输管线钢的焊后参数采集装置，能够在管线钢中运动，通过安装在上面的检测装置对内壁的焊缝进行数据采集，通过机械机构代替人工测量，提高了该实验过程中的数据采集速度以及并降低了采集难度。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高强度长输管线钢的焊后数据采集装置，包括移动部分、支撑架，所述移动部分包括：外框、桁架、中心板、移动轮，所述外框是一个圆管状的框架，外框的外环面小于管线钢的内径，外框的内环面的几何中心上设置有中心板，所述中心板边缘与外框内环面之间通过桁架进行填充，中心板与桁架之间设置有轴承，所述外框的外环面上移动轮，使移动部分能够在管线钢轴线方向运动；

所述移动部分有两个，两个移动部分之间通过调整台中的螺杆、导向杆连接成一个整体，使两个移动部分能够同时在管线钢中运动，所述螺杆与中心板的轴线重合，与两个中心板可转动连接，其中一个移动部分上设置有驱动装置，所述驱动装置驱动螺杆转动，所述螺杆上方平行设置有导向杆，所述螺杆上设置有螺纹管，导向杆上设置有与螺纹管连接的活动套管，其中螺纹管是内壁设置有内螺纹的管道，螺纹管的内螺纹与螺杆的外螺纹相配合，所述活动套管是套在导向杆上的管道，所述螺纹管下方安装有安装台，安装台是一个平板，与水平面平行，安装台上设置有升降杆，所述升降杆的一端固定在安装台上，另一端设置有检测装置，通过升降杆调整检测装置的高度；

所述支撑架包括底座、驱动轮，在管线钢外对管线钢进行支撑，所述底座的底面放置在水平面上，底座的顶面为一个与管线钢外径弧度相同的弧面，该弧面上设置有若干驱动轮，所述驱动轮的转动轴平行于管线钢的轴线设置，驱动轮的大小相同，均匀设置在弧面上。

进一步地，所述外框的外环面上还设置有稳定磁块、弹出仓，所述外环面上的活动轮设置在靠近左右两个端面的部分，两个移动轮之间的外环面上镶嵌有一个弹出仓，所述弹出仓是一端为敞口，另一端封闭的圆筒，敞口端朝外，所述弹出仓中设置有稳定磁块，所述稳定磁块能够在弹出仓中上下运动，稳定磁块与弹出仓封闭面之间设置有弹簧，所述弹簧将稳定磁块固定在弹出仓之中。

进一步地，还包括：磁性环带，所述磁性环带包括：磁条、冷却水管、储水腔，所述磁条是长条形的磁体，磁条的底面的磁极与外框中稳定磁块的底面磁极相反，且磁条的顶面设置有储水腔，若干磁条之间通过冷却水管相互连接，使用时捆在管线钢外侧。

进一步地，还包括标识小车，所述标识小车包括车轮、活动磁块，所述标识小车的底面设置有车轮，且标识小车的底面的几何中心设置有活动磁块，对应的，管线钢内部的导向杆上方还设置有支架，支架是一个圆拱，支架中点的位置设置有伸缩管，支架对伸缩管进行支撑，伸缩管的顶端上设置有活动轮，活动轮的设置方式与车轮的设置方式相同，且活动轮之间还设置有磁极相反的活动磁块。

进一步地，所述导向杆上设置有重块，所述重块通过绳索吊装在导向杆上。

本发明至少具有以下有益效果：

（1）能够在管道中固定并使用，更方便的对管线钢内壁的焊缝进行检测，而现有技术的三角架只能固定在地面，不能对管道内壁的焊缝进行观测，并不适用于管道环境。

（2）数据收集装置能够在管道中移动，根据焊接位置的不同调整观测位置，尤其是对于人不方便进入的高强度长输管线钢中，本申请能够进入管道中根据人的控制移动位置，使用更方便。

（3）移动部分能够通过磁性环带固定在管线钢中，通过磁性吸附将移动部分固定，保证检测过程中的稳定性，同时磁环外还设置有冷却装置，起到降温的作用。

附图说明

构成本申请一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

附图中：

图1示意性示出了本发明的使用状态图；

图2示意性示出了图1中A部分的局部放大图；

图3示意性示出了图1中B部分的局部放大图；

图4示意性示出了本发明中移动部分侧视角度的结构图；

图5示意性示出了本发明中磁性环带的结构示意图；

图6示意性示出了图1中C部分的局部放大图；

图7示意性示出了本发明中支撑架的结构示意图；

其中，上述附图包括以下附图标记：

1-管线钢；

21-外框，22-桁架，23-中心板，24-移动轮，25-稳定磁块，26-弹出仓，27-弹簧；

3-检测装置；

41-螺杆，42-导向杆，43-螺纹管，44-活动套管，45-安装台，46-升降杆，47-驱动装置；

5-重块；

6-标识小车，61-支架，62-内管，63-外管，64-活动磁块，65-车轮，66-活动轮；

7-磁性环带，71-磁条，72-冷却水管，73-储水腔；

8-支撑架，81-底座，82-驱动轮。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明；除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式；如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系；应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。

实施例

如图1所示的是一种高强度长输管线钢1的焊后数据采集装置，用于解决现有技术的检测装置3无法对高强度长输管线钢1内侧的焊缝进行检测的问题，能够对焊后的残余应力情况进行采集，同时能够观察焊缝成形效果，其结构包括：移动部分、检测装置3、支撑架8，所述移动部分有两个，两个移动部分之间通过螺杆41连接，检测装置3在螺杆41上能够自由移动，在使用时调整观测位置，检测焊缝的残余应力或是其他相关信息，所述支撑架8用于对管线钢1进行支撑，支撑架8上还设置有驱动轮82，推动管线钢1以其轴线为转动轴发生转动，而位于管线钢1中移动部分中心且安装有螺杆41的中心板23不随之转动，使检测装置3的始终朝下，对整个环形的焊缝进行数据采集，另外，安装在管线钢1外壁的磁性环带7还能够与外框21相互吸附而固定在管线钢1中，保证使用过程中的稳定。

所述移动部分能够在管道中运动，其结构包括：外框21、桁架22、中心板23、移动轮24，如图4所示，所述外框21是一个环形的框架，外框21的外环面小于管线钢1的内径，外框21的内环面的几何中心上设置有中心板23，所述中心板23与外框21之间通过桁架22进行填充，所述桁架22是现有技术，是一种由杆件彼此在两端用铰链连接而成的结构，桁架22由直杆组成的，相互交错形成具有三角形单元的平面或空间结构；所述外框21的外环面上设置有移动轮24，所述移动轮24的转动轴与外框21轴线方向相垂直，因此移动轮24的运动方向与外框21轴线相同，所以外框21能够在管线钢1中沿其轴线运动；所述移动部分有两个，两个移动部分通过螺杆41和导向杆42连接起来，使两个移动部分能够同时在管线钢1中运动，两个移动部分作为支撑组件，对安装在螺杆41上的检测装置3进行支撑。

进一步地，如图3所示，所述外框21的外环面上还设置有稳定磁块25、弹出仓26、稳定磁块25，所述外环面上靠近左右两个端面的部分各设置有一个活动轮66，两个活动轮66之间的外环面上镶嵌有一个弹出仓26，所述弹出仓26是一端为敞口，另一端封闭的圆筒，所述弹出仓26中设置有稳定磁块25，所述稳定磁块25能够在弹出仓26中上下运动，稳定磁块25与弹出仓26封闭面之间设置有弹簧27，所述弹簧27将稳定磁块25固定在弹出仓26之中，如图3所示，在不受外力的时候，稳定磁块25被弹簧27收在弹出仓26中，当移动部分移动到指定的位置的时候，在管线钢1外壁上固定一个磁性环带7，所述磁性环带7就才有与稳定磁块25底面相反的磁极，在磁力的作用下，稳定磁块25从弹出仓26弹出，被磁性环带7固定在管线钢1的内壁上，从而对移动部分起到限位作用，避免使用过程中不稳定导致数据采集不精确的问题，反之，取下磁性环带7后，稳定磁块25就能够在弹簧27的作用下收回弹出仓26中；另外，驱动外框21运动的方式有很多，既可以采用电机驱动，也可以通过牵拉进行移动，使用者可根据具体情况灵活选择。

需要说明的是：所述中心板23与桁架22之间设置有轴承，使得外框21在转动的过程中，中心板23不随之转动，保证两个中心板23之间设置的调整台位置的稳定。

所述移动部分之间通过调整台中的螺杆41、导向杆42连接成一个整体，如图1所示，所述螺杆41与中心板23的轴线重合，其中一个移动部分上设置有驱动装置47，所述驱动装置47的输出端与螺杆41的一端连接，驱动螺杆41转动，螺杆41的另一端与另一个移动部分的中心板23的连接位置设置有推力轴承，使螺杆41能够以其轴线为转动轴发生转动，所述螺杆41上方设置有导向杆42，所述导向杆42与螺杆41平行；如图2所示，所述螺杆41上设置有螺纹管43，导向杆42上设置有活动套管44，其中螺纹管43是内壁设置有内螺纹的管道，螺纹管43的内螺纹与螺杆41的外螺纹相配合，所述活动套管44是套在导向杆42上的管道，能够在导向杆42上运动，所述活动套管44与螺纹管43相互连接，在螺杆41转动的时候，由于螺纹管43与活动套管44连接，不能随之转动，所以螺纹管43会随螺杆41的转动而在螺杆41的轴线方向上运动，从而通过驱动装置47的运动来改变螺纹管43的位置，所述螺纹管43下方安装有安装台45，安装台45是一个平板，与水平面平行，安装台45上设置有升降杆46，所述升降杆46的一端固定在安装台45上，另一端设置有检测装置3，通过升降杆46调整检测装置3的高度，通过二者的调节使检测装置3能够对准焊缝，使用起来更方便。

进一步地，所述导向杆42上设置有重块5，所述重块5通过绳索吊装在导向杆42上，且靠近两端的移动部分，降低对调整台运动的干扰，所述重块5对导向杆42施加一个向下的重力，使得中心板23不随外框21的转动而转动，进而使得中心板23之间连接的螺杆41以及导向杆42位置不发生变化，检测装置始终朝下，通过转动管线钢1实现对不同位置焊缝的观测。

所述管线钢1在进行焊接时，通过支撑架8对管线钢1进行支撑，保持管线钢1的水平，同时在进行焊缝检测时，能够驱动管线钢1转动，所述支撑架8包括底座81、驱动轮82，如图7所示，所述的底座81的底面放置在水平面上，底座81的顶面为一个与管线钢1外径弧度相同的弧面，该弧面上设置有若干驱动轮82，所述驱动轮82的转动轴平行于管线钢1的轴线设置，驱动轮82的大小相同，均匀设置在弧面上，在驱动轮82转动的时候，放置在支撑架8上的管线钢1能够发生转动，起到承托及转动的作用，通过转动管线钢，使得检测装置能够将焊缝进行进行完整的观测。

如图5所示，所述磁性环带7包括：磁条71、冷却水管72、储水腔73，所述磁条71是长条形的磁体，磁条71的底面的磁极与外框21中稳定磁块25的底面磁极相反，且磁条71的顶面设置有储水腔73，若干磁条71之间通过冷却水管72相互连接，冷却水管72将储水腔73连通，并与外部的水泵连通形成冷却回路，通过水泵的推动，冷却水在冷却回路中流动，对磁条71进行冷却起到冷却的作用，同时冷却水管72还起到连接磁条71的作用，使用时将磁性环带7缠绕在管线钢1上，当外框21运动设置有磁性环带7的位置时，外框21上的稳定磁块25与磁性环带7相互吸引，从而起到固定外框21的作用。

还包括：标识小车6，所述标识小车6包括车轮65、活动磁块64，如图1所示，所述标识小车6的底面设置有车轮65，且标识小车6的底面的几何中心设置有活动磁块64，小车能够在管线钢1的外表面上运动，相应的，在管线钢1内部的导向杆42上方还设置有支架61，支架61是一个圆拱，其中点的位置设置有伸缩管，支架61对伸缩管进行支撑，伸缩管的顶端上设置有活动轮66，活动轮66的设置方式与车轮65的设置方式相同，且活动轮66之间还设置有磁极相反的活动磁块64，如图6所示，在使用时，两个活动磁块64在磁力的作用下相互靠近，并随移动部分移动，对于长度较长的管线钢1的焊缝检测，标识小车6就可以标识出监测装置的位置，更加直观，使用更加方便。

进一步地，所述伸缩管是由内管62、外管63组成，如图6所示，所述外管63是一端为敞口的圆管，其敞口端朝下，其封口端上设置有活动轮66以及活动磁块64，所述外管63的敞口端处***内管62，所述内管62是两端封口的圆管，内管62将外管63的敞口端堵住，且能够在外管63中上下运动，所述内管62的底面固定在支架61上，在内管62顶面与外管63的敞口端中充有一定压力的气体或是弹性材料，将外管63向上顶，令外管63的活动轮66与管线钢1的管壁接触，减小管线钢1管壁两侧的活动磁块64之间的距离，在移动外框21的时候，外管63随之运动且活动轮66在管线钢1内壁上运动，进而驱动标识小车6在管线钢1的外侧运动。

作为一种优选的实施例，所述检测装置3采用的是加拿大Proto公司生产的X射线残余应力分析仪，用于检测焊缝焊后的应力情况，且安装台上还安装有温度传感器和摄像头，用于观测焊缝温度以及对焊缝形态的观测。

在本实施例中，所述更加、弹簧27、升降杆、驱动装置、冷却水管是成熟的现有技术，可以直接购买，因此不做详细说明。

Claims (5)

1.一种高强度长输管线钢的焊后数据采集装置，其特征在于：包括移动部分、支撑架，所述移动部分包括：外框、桁架、中心板、移动轮，所述外框是一个圆管状的框架，外框的外环面小于管线钢的内径，外框的内环面的几何中心上设置有中心板，所述中心板边缘与外框内环面之间通过桁架进行填充，中心板与桁架之间设置有轴承，所述外框的外环面上移动轮，使移动部分能够在管线钢轴线方向运动；

所述移动部分有两个，两个移动部分之间通过调整台中的螺杆、导向杆连接成一个整体，使两个移动部分能够同时在管线钢中运动，所述螺杆与中心板的轴线重合，与两个中心板可转动连接，其中一个移动部分上设置有驱动装置，所述驱动装置驱动螺杆转动，所述螺杆上方平行设置有导向杆，所述螺杆上设置有螺纹管，导向杆上设置有与螺纹管连接的活动套管，其中螺纹管是内壁设置有内螺纹的管道，螺纹管的内螺纹与螺杆的外螺纹相配合，所述活动套管是套在导向杆上的管道，所述螺纹管下方安装有安装台，安装台是一个平板，与水平面平行，安装台上设置有升降杆，所述升降杆的一端固定在安装台上，另一端设置有检测装置，通过升降杆调整检测装置的高度；

所述支撑架包括底座、驱动轮，在管线钢外对管线钢进行支撑，所述底座的底面放置在水平面上，底座的顶面为一个与管线钢外径弧度相同的弧面，该弧面上设置有若干驱动轮，所述驱动轮的转动轴平行于管线钢的轴线设置，驱动轮的大小相同，均匀设置在弧面上。

2.根据权利要求1所述的一种高强度长输管线钢的焊后数据采集装置，其特征在于：所述外框的外环面上还设置有稳定磁块、弹出仓，所述外环面上的活动轮设置在靠近左右两个端面的部分，两个移动轮之间的外环面上镶嵌有一个弹出仓，所述弹出仓是一端为敞口，另一端封闭的圆筒，敞口端朝外，所述弹出仓中设置有稳定磁块，所述稳定磁块能够在弹出仓中上下运动，稳定磁块与弹出仓封闭面之间设置有弹簧，所述弹簧将稳定磁块固定在弹出仓之中。

3.根据权利要求1所述的一种高强度长输管线钢的焊后数据采集装置，其特征在于：还包括：磁性环带，所述磁性环带包括：磁条、冷却水管、储水腔，所述磁条是长条形的磁体，磁条的底面的磁极与外框中稳定磁块的底面磁极相反，且磁条的顶面设置有储水腔，若干磁条之间通过冷却水管相互连接，使用时捆在管线钢外侧。

4.根据权利要求1所述的一种高强度长输管线钢的焊后数据采集装置，其特征在于：还包括标识小车，所述标识小车包括车轮、活动磁块，所述标识小车的底面设置有车轮，且标识小车的底面的几何中心设置有活动磁块，对应的，管线钢内部的导向杆上方还设置有支架，支架是一个圆拱，支架中点的位置设置有伸缩管，支架对伸缩管进行支撑，伸缩管的顶端上设置有活动轮，活动轮的设置方式与车轮的设置方式相同，且活动轮之间还设置有磁极相反的活动磁块。

5.根据权利要求1所述的一种高强度长输管线钢的焊后数据采集装置，其特征在于：所述导向杆上设置有重块，所述重块通过绳索吊装在导向杆上。

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