【文章內(nèi)容簡介】 特征，焊管本身及其內(nèi)部是否存在缺陷及缺陷的特性。超聲波無損檢測的原理圖如下：報警電路電源顯示器時基電路同步電路接收放大電路發(fā)射電路 超聲無損檢測示意圖同步電路：是超聲波探傷儀的心臟和指揮中心，它有多諧振蕩器產(chǎn)生周期性矩形同步脈沖，經(jīng)微分電路后變成正負(fù)尖脈沖，觸發(fā)閘流管后同時控制發(fā)射電路、時基電路、時標(biāo)電路等部門進(jìn)行步調(diào)一致的工作。發(fā)射電路發(fā)出頻率一定的超聲波脈沖,進(jìn)行器件檢測，檢測結(jié)果通過放大電路送到示波器的顯示屏，根據(jù)波形顯示來確定器件是否有瑕疵。超聲波探傷法的種類很多，根據(jù)聲耦合方式可分為接觸法和液浸法兩大類，按聲波傳播方式可分為反射法和透射法兩種。按超聲波激勵方式可分為脈沖波、連續(xù)波和調(diào)頻波等探傷方法。按波形分又可分為縱波、橫波、表面波和板波等。超聲波探傷作為無損檢驗(yàn)的一種重要手段，在工業(yè)上已獲得廣泛的應(yīng)用。目前，從儀器品種、探頭種類、探傷方法、自動化水平等各方面都在不斷的革新和發(fā)展中。在超聲波探傷中，由于使用的波型、發(fā)射和接收的方法、信號的顯示方式、探頭與工件耦合的特點(diǎn)、工件形狀和缺陷類型、實(shí)現(xiàn)探傷的手段等都不相同，所以從不同的方面出發(fā)，就可以按不同的歸納方式分類。如按自動化程度可以分為自動化探傷、半自動化探傷、手工探傷：按缺陷在熒屏上顯示的方式可以分為：顯示缺陷深度及反射波幅度的A型顯示、顯示在橫截面上缺陷的形狀和分布情況的B形顯示、顯示水平截面上缺陷形狀和分布情況的C型顯示。所以，要想把探傷的方法按一種格式嚴(yán)格分類是不可能的，現(xiàn)僅就常用的金屬超聲波探傷方法綜合歸納于下表。 常用超聲波探傷方法的分類脈沖反射法是目前運(yùn)用最廣泛的一種超聲波探傷法。它使用的不是連續(xù)波，而是有一定持續(xù)時間按一定頻率發(fā)射超聲脈沖。探傷結(jié)果用示波器顯示。脈沖發(fā)射法包括縱波直探頭探傷法及橫波斜探頭探傷法兩種。目前, 螺旋焊管行業(yè)一般在帶鋼或管體上采用壓電超聲波縱波多通道流狀或擺動掃查探傷法。為保證各通道耦合良好、通道增益一致、邊探探頭跟蹤位置正確, 故調(diào)校設(shè)備時間較長, 且由于探頭直徑和間距決定的探傷覆蓋率等因素的影響, 無法對板厚6mm～20mm 的焊管板材進(jìn)行100% 檢測。而且探傷時, 如果水量太小, 則耦合不良, 影響探傷結(jié)果。 如果水量大, 則不易風(fēng)干, 會影響焊接質(zhì)量。而采用電磁超聲裝置, 其所用通道數(shù)量少, 具有調(diào)校設(shè)備時間短, 無需耦合劑, 覆蓋面積大, 發(fā)現(xiàn)自然缺陷能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過多年的研究開發(fā), 國內(nèi)有關(guān)部門采用電磁超聲技術(shù)對鐵磁性材料進(jìn)行無損檢測,目前已進(jìn)入了工業(yè)應(yīng)用階段, 特別是在管材上運(yùn)用電磁超聲檢測取得了良好的效果。2007 年筆者單位已將EMA 電磁超聲自動探傷裝置成功地應(yīng)用在西氣東輸二線工程土庫曼斯坦阿姆河地面管線106712. 7 X70 和哈薩克斯坦中亞管線106715. 9 X70 及國內(nèi)東線 121918. 4X80 螺旋鋼管生產(chǎn)線上帶鋼板材分層的在線探傷。其工作原理是: 曲軸轉(zhuǎn)動時由連接桿帶動探頭支架左右往復(fù)擺動, 實(shí)現(xiàn)探頭在鋼板上的左右掃查。鋼板的進(jìn)板速度設(shè)置為兩檔, 快速檔6m /m in( L =160mm)、慢速檔3m /m in (L = 80 mm )。在單位時間內(nèi), 兩種不同的進(jìn)板速度使探頭掃查鋼板的軌跡不同, 因而掃查的面積也就不同, 。 探頭機(jī)械結(jié)構(gòu) 探頭掃查軌跡 探頭布置及數(shù)量的確定（1）探頭布置用超聲波對鋼板進(jìn)行探傷時, , 。探頭數(shù)量的確定應(yīng)綜合考慮鋼板寬度標(biāo)準(zhǔn)、工藝所要求的覆蓋面積以及檢驗(yàn)速度等因素。 探頭布置示意圖 探頭掃查面積示意圖（2） 探頭的檢測區(qū)域圖3中, 中部探頭左右擺動探傷的鋼板區(qū)域?qū)挾菴 = A 2B, A 為鋼板總寬度, B 為邊探所探傷的鋼板區(qū)域?qū)挾取?鋼板邊緣部分的探頭固定不動, 每側(cè)各布置3只, 若探頭的晶片直徑為20mm, 重合量取5mm, 則單側(cè)邊探探頭掃查有效寬度為50mm。（3） 探頭掃查面積計(jì)算1）單個探頭掃查面積已知: 電機(jī)轉(zhuǎn)速為1 520 r/m in, 減速比為1：40, 曲輪半徑為80mm, 探頭直徑為20mm, 進(jìn)板速度選快速檔, v = 6m /m in= 100mm / s。則有曲軸轉(zhuǎn)速n= 1 520 /40=38 r /m in。由于曲軸的1轉(zhuǎn)為探頭的1個往復(fù), 則探頭1個往復(fù)的時間為60 247。38= s, 探頭1個往復(fù)的前進(jìn)距離為100 = 160mm。則: 一只探頭的掃查面積為( 2 80 3．14) 20≈110185。186。㎡。說明: ①鋼板前進(jìn)和探頭左右擺動同時進(jìn)行,因而探頭在鋼板上的掃查軌跡為正弦波軌跡。 ②探頭晶片直徑20mm與一個正弦波軌跡的長度的乘積所形成的面積就是單個探頭的掃查面積。2）探頭數(shù)量確定探頭數(shù)量可按( 1)式確定, 即探頭數(shù)量= (鋼板寬度 邊探覆蓋面積)/一只探頭掃查面積探頭一個周期長度要求掃查面積(1)。說明: ①邊探覆蓋面積按實(shí)際布置探頭數(shù)量并減去重合量計(jì)算。 ② 要求掃查面積依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)及工藝而確定數(shù)值。③ 該探頭數(shù)量計(jì)算值與邊探探頭布置數(shù)量無關(guān)。以西氣東輸Ф1 016mm21mm鋼管用鋼板的探傷為例, 鋼板寬度A = 3 090mm, 使用探頭晶片直徑20mm, 探頭1個掃查周期的長度L = 80mm,邊探單邊探頭掃查有效寬度B = 50mm, 單只探頭的掃查面積S = 10 000mm2, 要求掃查面積比例為50%, 則按( 1) 式可計(jì)算出該鋼板探傷時所需的探頭數(shù)量。探頭數(shù)量=( 3 090 100) 80/10 00050%= ≈ 12(只)（1）　工藝流程。鋼管制造拒收或切除 （評定結(jié)果）帶鋼移動電磁超聲 板中掃查A自動探傷 板邊掃查B合 B再測驗(yàn) 格 或檢測 A （2）掃查方法?！т摪宀膾卟榉椒?xiàng)目檢測方式檢測范圍A.帶鋼體中固定掃查電磁超聲脈沖反射法A. 對帶鋼板體母材≥ 25%的表面覆蓋面積進(jìn)行超聲波自動掃查探傷。B. 對帶鋼兩側(cè)邊緣45mm 范圍內(nèi)母材, 進(jìn)行100%超聲波自動探傷。B.帶鋼兩側(cè)固定掃查C.評定結(jié)果手動檢測A型超聲脈沖反射法對板邊緣和板體中部的母材可疑缺陷噴標(biāo)部位進(jìn)行壓電超聲手動復(fù)檢。（3）閘門設(shè)置板面AA 2 探頭報警閘門位置設(shè)置( 帶鋼體中) : 將板面A A2 探頭落到鋼板表面, 施加磁化電流, 顯示屏幕上出現(xiàn)始波和板邊反射波, 將報警閘門的前沿緊靠始波的后沿, 報警閘門的后沿緊靠板邊反射波的前沿, 此時閘門寬度范圍即為檢測范圍。將6mm 人工分層反射波高調(diào)節(jié)為滿幅度的100% 作為合格極限。板邊BB2 探頭報警閘門位置設(shè)置( 帶鋼兩側(cè)) : 將板邊BB2 探頭置于試板上, 探頭聲束對準(zhǔn)6mm 人工分層, 施加磁化電流, 移動探頭找到6mm人工分層反射波的最高波, 調(diào)節(jié)發(fā)射頻率和磁化電流, 使6mm 人工分層反射波形最佳, 調(diào)節(jié)報警閘門的前沿緊靠始波后沿, 將報警閘門的后沿套住6mm人工分層反射波形, 調(diào)整增益調(diào)節(jié)器使6mm 人工分層反射波高為滿幅度的100% 作為合格極限。1. 組焊完成后將對接焊縫余高去除，2. 圖中的 部分為線切割部位（a）1. 組焊完成后將對接焊縫余高去除，2. 圖中的 部分為線切割部位(b)1. 組焊完成后將對接焊縫余高去除，2. 圖中的 部分為線切割部位(c)　人工分層缺陷試樣應(yīng)用電磁超聲波在螺旋焊管生產(chǎn)線上對板材進(jìn)行自動化檢測, 探傷靈敏度高, 檢測速度快, 探頭布置少, 掃查范圍廣, 無需耦合劑, 對焊接質(zhì)量無影響,儀器調(diào)校效率高, 操作便利, 完全滿足現(xiàn)行鋼管檢測和附加標(biāo)準(zhǔn)的要求, 能有效地檢測出板材分層缺陷。鋼管焊縫的無損檢測一直是各企業(yè)難以解決而又巫待解決的重要問題，迫切需要開發(fā)一種適合于我國生產(chǎn)條件的自動化焊縫檢測設(shè)備。本文將首先介紹一種用于螺旋焊接鋼管焊縫檢測的自動化超聲波探傷系統(tǒng)整體組成，然后介紹作為檢測設(shè)備核心的焊縫跟蹤機(jī)構(gòu)的機(jī)械和電氣結(jié)構(gòu)，并介紹了系統(tǒng)自動探傷的工作過程。探頭跟蹤是在電磁傳感器的監(jiān)控下完成[ 1] , 其工作原理是當(dāng)鋼管一端焊縫旋轉(zhuǎn)到正上方位置時,系統(tǒng)啟動, 探頭落下, 鋼管螺旋運(yùn)動, 機(jī)械跟蹤機(jī)構(gòu)和電磁傳感器也同時工作, 并不斷將偏差數(shù)據(jù)送回控制部分, 經(jīng)比較將執(zhí)行信號傳回跟蹤伺服機(jī)構(gòu)。這樣在檢測過程中始終保證探頭架處于動態(tài)平衡狀態(tài)( ) 。電磁檢測信號采集精度高, 可鑒別△1mm 的偏差, 跟蹤范圍達(dá)177。15mm。整個系統(tǒng)操作簡便、不怕水、無漂移、信號拾取可靠、跟蹤平穩(wěn)。兩個探頭對同一段焊縫掃查, 其分布情況如圖1 所示。圖中L 為焊縫寬度, 一般約16mm。設(shè)△L= L / 8, 當(dāng)探頭的K = 2 時, sinβ≈0. 9(β是超聲波折射角) , 則超聲波在△tL 中的往返傳播時間為式中C 鋼中的橫波速度C = 3 230m/ s一個探頭掃查6△t , 焊縫另一側(cè)探頭也掃查6△t兩探頭主聲束覆蓋整個焊縫以防止漏檢。程序設(shè)計(jì)中, 保證缺陷波出現(xiàn)在始波到6. 5△t 之間有效。程序中設(shè)缺陷波閘門寬度為9us。實(shí)際探傷時, 可根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)情況設(shè)置缺陷波閘門寬度。焊縫探傷比較有效的手段是采用脈沖反射式超聲波檢測技術(shù)。由于主要是判斷是否存在缺陷，這里我們采用A型顯示(A掃描)的超聲波探傷儀。它利用超聲波的反射特性，在熒光屏上以縱坐標(biāo)代表反射回波的幅度，以橫坐標(biāo)代表反射回波的傳播時間，根據(jù)缺陷反射波的幅度和時間來確定缺陷的大小和存在的位置。圖中，T為工件表面反射波，F(xiàn)為缺陷波，B為底面反射波。 掃描顯示缺陷，整個系統(tǒng)由超聲波探傷儀、運(yùn)輸小車和焊縫跟蹤機(jī)構(gòu)組成。超聲波探傷儀用于焊縫探傷，這里采用沿圓周對稱分布的6個斜探頭以檢測焊縫中存在的氣孔、裂紋、夾渣、未焊透和未熔合等缺陷。運(yùn)輸小車用于移動鋼管，檢測時，將鋼管放在運(yùn)輸小車上送到焊縫跟蹤系統(tǒng)下方，小車一邊前進(jìn)，一邊旋轉(zhuǎn)鋼管，兩種運(yùn)動合成為鋼管的螺旋運(yùn)動，理想情況下，鋼管的進(jìn)給和旋轉(zhuǎn)嚴(yán)格同步，在鋼管焊縫螺旋角不變的條件下，焊縫嚴(yán)格位于探傷系統(tǒng)的檢測范圍內(nèi)。焊縫跟蹤系統(tǒng)是超聲探傷儀的載體，用于跟蹤鋼管焊縫的中心。為保證檢測的精度和可靠性，超聲探頭系統(tǒng)需要安裝在焊縫跟蹤系統(tǒng)上進(jìn)行工作。其原因是:(1)探傷儀的探頭系統(tǒng)對位置精度要求較高。由于超聲探頭系統(tǒng)本身的原理和結(jié)構(gòu)的限制，要求探頭系統(tǒng)必須具有很高的定位精度。(2)焊縫條件限制。理想情況下，鋼管的焊縫為一參數(shù)固定的螺旋線，但在鋼管焊接過程中有時會出現(xiàn)偏差，造成鋼管焊縫幾何參數(shù)發(fā)生變化，因而要求檢測設(shè)備能夠補(bǔ)償這一種變化。(3)由于運(yùn)輸小車的運(yùn)動不精確，難以保證進(jìn)給和旋轉(zhuǎn)兩種運(yùn)動的嚴(yán)格同步，從而導(dǎo)致焊縫相對探頭系統(tǒng)發(fā)生偏移，因此，要求檢測設(shè)備必須能跟蹤焊縫的偏移。 螺旋鋼管焊縫自動超聲探傷系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ，采用兩臺交流變頻調(diào)速電機(jī)實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸小車的進(jìn)給和鋼管的旋轉(zhuǎn)，由于鋼管的質(zhì)量大，鋼管的進(jìn)給和旋轉(zhuǎn)無法嚴(yán)格同步，在檢測初始階段尤顯著，因而焊縫跟蹤系統(tǒng)是焊縫自動探傷設(shè)備的關(guān)鍵部分。自動化超聲波探傷對焊縫跟蹤系統(tǒng)的要求很高，通常焊縫跟蹤系統(tǒng)滿足下述指標(biāo)要求:1)適用鋼管范圍:螺旋埋弧焊管外徑Ф337Ф1200㎜。帶鋼寬度5501500mm 。焊縫螺旋角10176。75176。焊縫余高≥2 mm.。焊縫寬度830mm.2)焊縫切線運(yùn)動速度:≤8m/min。3)焊縫位置跟蹤精度:士1 mm。 4)水平跟蹤范圍:士300 mm。5)垂直跟蹤范圍: 士150 mm 根據(jù)指標(biāo)要求，在設(shè)計(jì)焊縫跟蹤系統(tǒng)時，在機(jī)械上采用兩個平移自由度:一個為垂直方向，帶動超聲波探頭架上下移動。另一個為水平方向，帶動探頭架在水平面內(nèi)沿鋼管母線方向移動，以實(shí)現(xiàn)對鋼管焊縫偏移的跟蹤。焊縫跟蹤系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖3所示。探頭架安裝在垂直螺母上。兩個自由度均采用絲杠副實(shí)現(xiàn)平移運(yùn)動，各采用一臺交流伺服電機(jī)通過減速器驅(qū)動。電機(jī)軸到絲杠軸的減速比為9，絲杠的螺距為6mm,電機(jī)最高轉(zhuǎn)速為300 r/min，由上述參數(shù)得到水平垂直機(jī)構(gòu)的最大跟蹤線速度為2m/min，根據(jù)實(shí)際條件下測得的焊縫偏移統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，此系統(tǒng)能夠滿足跟蹤速度的要求。根據(jù)傳動方式和系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)參數(shù)，將所有轉(zhuǎn)動慣量折算到電機(jī)軸上，依照公式:W（額）≥(3一4) W（軸）計(jì)算，取兩個交流伺服電機(jī)的額定功率為200 W。上式Wo為電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩，WM為電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩。，它主要由以下幾部分構(gòu)成。(1)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。系統(tǒng)不僅要實(shí)現(xiàn)各種控制功能，還