超聲波檢測管道焊縫專利技術(shù)綜述

唐海銀 蔣佳春

摘 要：文章統(tǒng)計分析了歷年來超聲檢測管道焊縫領(lǐng)域的專利申請，并對專利技術(shù)進(jìn)行技術(shù)分解，獲得國內(nèi)外歷年申請量、重要申請人分布，并分析了超聲檢測技術(shù)中的超聲探頭、波型，分析了國內(nèi)的申請模式。我國在該領(lǐng)域可以做到自給自足，該領(lǐng)域在國內(nèi)呈現(xiàn)一種企業(yè)主導(dǎo)型的狀態(tài)，展現(xiàn)出一種良好的科研投入-產(chǎn)出-應(yīng)用的生態(tài)。

關(guān)鍵詞：超聲；管道；焊縫；探頭；波型；專利技術(shù)

中圖分類號：N18 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）18-0022-02

Abstract： In this paper， the patent applications in the field of ultrasonic inspection of pipeline welds in recent years are statistically analyzed， and the technical decomposition of the patent technology is carried out to obtain the number of applications and the distribution of important applicants in the past years at home and abroad. The ultrasonic probe and wave pattern in ultrasonic testing technology are analyzed， and the application mode in China is analyzed. Our country can achieve self-sufficiency in this field， which presents a kind of enterprise-oriented state in our country， and shows a good ecology of scientific research input-output-application.

Keywords： ultrasonic； pipeline； welding seam； probe； wave shape； patented technology

引言

在工業(yè)生產(chǎn)中，每年生產(chǎn)的焊接結(jié)構(gòu)約占鋼產(chǎn)量的45%[1]。管道焊接結(jié)構(gòu)在核設(shè)備、壓力容器、石油管道等等許多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。由于焊接工藝的固有缺陷、金屬材料的特性，造成焊接結(jié)構(gòu)存在一定的缺陷，影響結(jié)構(gòu)的整體性能，從而導(dǎo)致材料縮短服役壽命甚至發(fā)生嚴(yán)重的事故。因而，對焊縫處的質(zhì)量檢測尤為重要。而超聲無損檢測方法是一種非常方便的檢測焊縫質(zhì)量的方法。

本文重點分析了利用超聲波檢測管道焊縫的專利技術(shù)情況，從該領(lǐng)域的技術(shù)演進(jìn)、專利申請勢態(tài)、重要申請人等方面進(jìn)行了分析。本文選取的專利數(shù)據(jù)源為DWPI和 CNABS專利。

1 用超聲波檢測管道焊縫的專利發(fā)展?fàn)顩r

技術(shù)分支：

超聲檢測設(shè)備主要由三部分組成：探頭設(shè)備、信號發(fā)生及信號分析裝置、輔助設(shè)備。由于超聲檢測設(shè)備的上述特點，探頭設(shè)備是其非常重要的組成部分，因此，在檢索的基礎(chǔ)上，通過篩選，將研究對象進(jìn)行劃分，獲得如表1所示的技術(shù)分解表。

2 利用超聲波檢測管道焊縫的專利分析

2.1 專利申請量分析

如圖1所示，申請量從1967 年開始到2005年的年申請量都比較少，從2005年后申請量迅速上升，主要是由于中國申請量的迅速增加導(dǎo)致的。同時，利用超聲檢測管道焊縫領(lǐng)域的專利申請，國外從1967年就開始，并且一直在穩(wěn)步地發(fā)展，技術(shù)比較成熟。而中國的相關(guān)專利申請是在1993年才開始，由此可知，中國的超聲檢測管道焊縫領(lǐng)域的技術(shù)起步較晚，但是發(fā)展非常迅速。

2.2 專利技術(shù)分解分析

利用超聲檢測管道焊縫各技術(shù)分支的申請量如圖2所示。由圖可知，檢測波、探頭相關(guān)技術(shù)分支的申請量最多，這兩個領(lǐng)域也是本領(lǐng)域比較重要的兩個方面，合計占比57%，同時，查掃裝置和數(shù)據(jù)處理相關(guān)專利申請量也各占20%。試塊的改進(jìn)是本領(lǐng)域技術(shù)含量相對較低的，因而申請量較少。從各技術(shù)分支的申請量占比來看，基本上體現(xiàn)了超聲無損檢測各相關(guān)部分的重要性排布。

其中，對于探頭部分的專利申請，進(jìn)行了更加細(xì)的技術(shù)分支的劃分，如圖3所示。由圖3可知，壓電式探頭是本領(lǐng)域最傳統(tǒng)和最常用的探頭。其中壓電式探頭又可以根據(jù)探頭中晶片的數(shù)量分為單晶、雙晶、相控陣等探頭，其中，單晶探頭是使用最多的壓電探頭，其次是相控陣探頭，應(yīng)用較少的是雙晶探頭。單晶探頭由于其結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用單晶壓電探頭的檢測設(shè)備造價便宜，因而應(yīng)用最多；而相控陣探頭雖然結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，但其有更好的檢測靈敏度和精度，以及檢測更方便等效果，因而應(yīng)用也較多。

對于檢測波型，如圖4所示，對于檢測時波型的選擇，橫波和縱波是本領(lǐng)域最常用的兩種波型，其次是導(dǎo)波、爬波。當(dāng)斜探頭以第一臨界角入射時，縱波以平行于界面沿表面下傳播，為了與體縱波和橫波區(qū)別，把橫波和縱波疊加后能量最集中的前沿成為縱爬波，簡稱爬波[2]。爬波適合近表面或薄片的缺陷探測，僅對表面層幾個毫米深的缺陷明暗，當(dāng)管厚時，則不能準(zhǔn)確探測到焊縫內(nèi)部的缺陷，且爬波的衰減嚴(yán)重，一般僅能探測到起焦點附近的缺陷，因而在管道焊縫中的應(yīng)用較少。

2.3 申請人專利分析

如圖5所示，國內(nèi)專利申請量最多的前十位申請人，主要為相關(guān)行業(yè)的公司或研究所。其在生產(chǎn)工作中，需要對焊縫的質(zhì)量進(jìn)行檢測，進(jìn)而更多的投入了研發(fā)。例如核工業(yè)中，如何檢測焊縫的缺陷是核工業(yè)中一個重要的研究課題。

如圖6所示，在利用超聲檢測管道焊縫領(lǐng)域國內(nèi)申請人的主要類型為公司，在合作共同申請中，公司與科研院所之間的合作形式占比最高，為18%。也就是說，利用超聲檢測管道焊縫領(lǐng)域，國內(nèi)已經(jīng)形成了一種良好的技術(shù)研發(fā)-產(chǎn)出-應(yīng)用的生態(tài)。

3 結(jié)束語

從整體看來，利用超聲檢測管道焊縫領(lǐng)域從19世紀(jì)60年代開始，經(jīng)過了五十余年的技術(shù)演進(jìn)，技術(shù)逐步趨于成熟。我國雖然起步晚，但是發(fā)展迅速。國外在華相關(guān)領(lǐng)域?qū)＠季窒∩伲夹g(shù)上我國已經(jīng)基本可以做到自給自足；并且，該領(lǐng)域在國內(nèi)呈現(xiàn)一種企業(yè)主導(dǎo)型的狀態(tài)，企業(yè)與科研院所之間的合作頻繁，展現(xiàn)出一種良好的科研投入-產(chǎn)出-應(yīng)用的生態(tài)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王彬.焊接缺陷超聲檢測信號的小波分析與處理[D].西安科技大學(xué).

[2]江山，等.表面及近表面裂紋的爬波無損檢測[J].無損探傷， 2005，29（3）：7-11.