一种钢管桩焊缝自供电自适应水下检测装置的制作方法

1.本发明涉及一种钢管桩焊缝自供电自适应水下检测装置及实施方法，能广泛用于不同桩型和桩径的钢管桩焊缝水下检测领域。


背景技术：

2.钢管桩抗弯刚度高、重量轻、韧性好、贯入力强、施工和运输方便，无论单桩承载力还是接长焊接都具有优异的性能，因此，钢管桩常用于海洋平台桩基、码头结构桩基和基坑支护等。为了满足桩端位移和承载力的要求以及考虑运输方便，实际工程中不同的钢管桩管节需要接长焊接才能符合设计长度。
3.管节间的焊缝多为现场人工焊接而成，受环境、施工条件、人为因素影响，尽管在焊接过程进行质量控制和监督，但仍无法完全避免焊接缺陷，如气孔、砍口、裂缝等，而且管节偏心和壁厚差异引起的应力集中效应加剧钢管桩的疲劳。由于海洋环境中存在硫酸盐腐蚀、氯盐腐蚀、微生物腐蚀、冻融循环和干湿循环等不利因素，在波浪荷载、水流荷载、船舶荷载以及上部结构传递的荷载作用下，钢管桩焊缝的焊接缺陷进一步恶化，对结构安全造成极大威胁。
4.现有钢管桩焊缝水下检测方法多为潜水员人工检测，该方法成本高、效率低、危险性高且可持续性低，因此目前亟待一种能远程控制并可持续作业的无人水下钢管桩焊缝检测装置。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种钢管桩焊缝自供电自适应水下检测装置，该装置利用波浪发电并蓄能为各个系统供电，适应不同桩径，可实现远程控制。
6.为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种钢管桩焊缝自供电自适应水下检测装置，包括波浪发电系统、交变磁场测量系统、制动系统和控制模块17，其特征在于，所述的波浪发电系统由圆环形空腔浮子1、进排水水泵22、环形磁铁3和4、环形线圈6、滑杆5、蓄电池16和整流器18构成；进排水水泵22位于圆环形空腔浮子1底部，通过进水或排水使整个装置下沉或上浮；环形磁铁3和4与圆环形空腔浮子1通过止水层固结，环形磁铁3和4与环形线圈6通过连杆501、502和503进行相对上下运动产生感应电流，感应电流通过整流器18将交流电变为直流电储存到蓄电池16；所述的交变磁场测量系统包括测量模块、清洗模块和旋转模块；测量模块由复位弹簧102、探头20、水压传感器23和逆变器19，复位弹簧102使探头20紧贴在钢管桩21表面，水压传感器23通过测量水压并经控制模块17内置单片机计算确定探头20的下潜深度；清洗模块由超声波发生器11、超声波换能器12、圆弧滑板和复位弹簧102构成，圆弧滑板使超声波在钢管桩21表面产生均匀的空腔气泡；逆变器19将蓄电池16输出的直流电转变为测量模块和清洗模块所需的交流电；旋转模块由电机801、802和水轮叶片701、702构成，在两组水轮叶片推动下，测量模块和清洗模块可绕钢管桩21水平转动；
所述的制动系统由液压推杆901、902和903构成，三支液压推杆使除圆环形空腔浮子1和环形磁铁3和4以外的部分固定在钢管桩21的指定水平位置。
7.前述的远程控制由岸基终端向控制模块17内置的gprs通信模块发送指令实现。
8.当圆环形空腔浮子1与环形磁铁3和4通过止水层分隔，进排水水泵通过接收进水或排水指令将圆环形空腔浮子1内的水体排出和进水以实现整个装置的沉浮从而能沿着钢管桩21上下移动。
9.完全充满水时，圆环形空腔浮子1的重量必须大于检测装置总重；完全排水时，圆环形空腔浮子1的重量必须小于检测装置总重。
10.前述的连杆501、502和503一端与环形磁铁3和4铰接，另一端与环形线圈6固结，前述的环形磁铁3和4和环形线圈6进行相对上下运动是指在非检测工作状态下，在液压推杆901、902和903固定下，环形线圈6静置不动，圆环形空腔浮子随着波面上下往复运动带动环形磁铁3和4做平行于环形线圈6的上下往复运动。
11.前述的探头20在焊缝处输入交变电流，由于集肤效应,电流聚集在焊缝表面,如果焊缝中存在缺陷,电流将会在缺陷附近不均匀分布从而诱发畸变的磁场,通过探头20测得平行和垂直于裂缝的磁场分量变化量就能确定裂缝的三维分布、长度、深度。
12.前述的液压推杆支数为三支且在水平面相互成120
°
布置，三支液压推杆的轴线相交于钢管桩21的圆心。
13.前述的两组水轮叶片701、702沿桩径对称分布且转向一致，两组水轮叶片分别与由两组电机801、802驱动。
14.前述的环形磁铁包含一对对称布置磁极s和磁极n。
15.前述圆弧滑板由内圆弧滑板14和外圆弧滑板13组成，内外圆弧滑板13通过矩形钢扣连接，内圆弧滑板14左端与液压杆固接且右端自由，外圆弧滑板13右端与液压杆固接且左端自由，液压杆伸缩时带动内外圆弧滑板13沿环向扩张或收缩，内圆弧滑板14和外圆弧滑板13之间以及外圆弧滑板13与超声波换能器12之间始终滑动接触。
16.为实现前述的所有功能，所述检测装置的各个部分之间存在必要的控制和传输关系。
17.所述检测装置对各个触水部位进行防水保护。
18.所述检测装置在油压推杆和复位弹簧101、102共同作用下能适用于不同桩径的钢管桩。
附图说明
19.图1为本发明的俯视图。
20.图2为本发明的侧面剖视图。
具体实施方式
21.下面结合附图对本发明的具体实施方式进行说明。
22.根据图1和图2，一种钢管桩焊缝自供电自适应水下检测装置，包括波浪发电系统、交变磁场测量系统、制动系统、和控制模块17。
23.所述的波浪发电系统包括圆环形空腔浮子1、进排水水泵22、环形磁铁3和4、环形
线圈6、滑杆5、蓄电池16和整流器1818构成；进排水水泵22位于圆环形空腔浮子1底部，进排水水泵22受控制模块17控制，通过进水或排水使整个装置下沉或上浮；环形磁铁3和4与圆环形空腔浮子1通过止水层2固结。
24.所述的制动系统包括液压推杆901、902、903，三支液压推杆在水平面相互成120
°
布置，三支液压推杆的轴线相交于钢管桩21的圆心，三支液压推杆共同作用使除圆环形空腔浮子1、环形磁铁3和4以外的部分固定在钢管桩21的某一水平位置。
25.波浪发电系统发电原理：在非检测工作状态，控制模块17控制进排水水泵22排水使整个检测装置上浮到自由液面处并控制三个液压杆完全推出使整个装置固定，圆环形空腔浮子1随波面上下浮动，环形磁铁3和4与环形线圈6通过连杆501、502和503进行相对上下往复运动产生感应电流，整流器18将交流电转变为直流电储存到蓄电池16。
26.所述的交变磁场测量系统包括测量模块、清洗模块和旋转模块；测量模块由复位弹簧102、探头20、水压传感器23和逆变器19，复位弹簧102使探头20紧贴在钢管桩21表面；清洗模块包括超声波发生器11、超声波换能器12、外圆弧滑板13、内圆弧滑板14和复位弹簧101；旋转模块包括水轮叶片701和电机801以及水轮叶片702和电机802。
27.交变磁场测量和超声波清洗实施方式和原理：岸基终端向控制模块17内置gprs通信模块发送检测指令后，控制模块17指令三个液压杆开始收缩，液压杆端部离开钢管桩21表面，然后控制模块17指令进排水水泵22进水，整个检测装置开始从自由液面下沉，水压传感器23将信号传输到控制模块17，控制模块17内置单片机计算出水压传感器23信号对应的水深，当整个检测装置到达岸基终端指令要求的水深后，进排水水泵22停止进水，此时浮力和装置总重平衡，整个装置静止在要求的水深，控制模块17指令超声波发生器11和超声波换能器12开始工作，超声波发生器11和超声波换能器12由蓄电池16直流电流经逆变器19转变为交流电流供电，内外圆弧滑板14、13振动，超声波在钢管桩21表面产生均匀的空腔气泡，空化作用使焊缝表面的附着物剥落，同时，控制模块17指令电机801、802开始运行，两组电机由蓄电池16直流电流供电，水轮叶片701、702开始同向转动，整个检测装置开始绕着钢管桩21轴线进行平面圆周转动，控制模块17指令超声波发生器11和超声波换能器12关闭并指令探头20开始工作，探头20由蓄电池16直流电流经逆变器19转变为交流电流供电，探头20在焊缝处施加交变电流，焊缝处存在的裂缝对电流分布产生影响，从而影响到磁场的分布，通过测量这个磁场在水平和垂直方向的变化量并使用单片机计算就能得到裂缝的三维分布、长度、深度，在水轮叶片701、702推动下，探头20可绕着焊缝圆周转动以确保焊缝的所有部分都能被检测。
28.当检测完成后，相关的数据通过控制模块17内置gprs通信模块传输到岸基终端，控制模块17指令进排水水泵22排水，整个装置上浮自由液面并进入前述发电步骤。
29.整个检测装置的各个系统及各个部分之间存在必要的连接和控制关系。
30.本发明自行发电并储存电能为各个系统供电，不需人工进行水下检测，只需通过岸基终端发送相关指令即可实现控制，且适用于不同桩径的钢管桩，可实现对钢管桩焊缝持续、高效和准确的检测。
31.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应该视为本发明的保护范围。