【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 9303： 1989（ E）承 壓無(wú)縫鋼管和焊接（埋弧焊除外）鋼管縱向缺陷的全周向超聲波試測(cè)》等。 然而，無(wú)縫鋼管作為重要的工業(yè)產(chǎn)品，由于 材質(zhì)或者 使用環(huán)境的不同，對(duì)于某一特殊的 鋼種或者 行業(yè)， 需要其他相關(guān) 標(biāo)準(zhǔn) 進(jìn)行參照 ，例如， 國(guó)內(nèi)有 《 GB/T 鈦及鈦合金管材超聲波檢驗(yàn)方法》 ，《 GB/T 41631984 不銹鋼管超聲波探傷方法》，航空行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 《 HB/Z 751983 航空用小直徑薄壁無(wú)縫鋼管超聲波檢驗(yàn)說明書》， 中國(guó)船舶工業(yè)總公司部 標(biāo)準(zhǔn) 《 CB 11341985 BFe 3011 管材的超聲波探傷方法》 ，中華人民共和國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《 SY/T 669920xx 管材缺欠超聲波評(píng)價(jià)推薦作法》 等 ，這些標(biāo)準(zhǔn)的制定都從一個(gè)側(cè)面反映出無(wú)縫鋼管高質(zhì)量要求以及超聲檢測(cè)的重要性，說明超聲檢測(cè)已經(jīng)成為無(wú)縫鋼管檢測(cè)中應(yīng)用最廣泛、使用頻率最高、目前發(fā)展較快的一種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。 無(wú)縫鋼管的超聲檢測(cè)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國(guó)外無(wú)縫鋼管的超聲檢測(cè)研究現(xiàn)狀 從上個(gè)世紀(jì) 70 年代以來，無(wú)縫鋼管的超聲檢測(cè)研究在國(guó)外主要集中在以工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用為基礎(chǔ)的自動(dòng) 檢測(cè)技術(shù)上。 美國(guó) IRIS 公司生產(chǎn)的 IRIS 9000 超聲檢測(cè)系統(tǒng)是一種全自動(dòng)管內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)。這套檢測(cè)系統(tǒng)主要針對(duì)氣∕水冷熱交換管的無(wú)損檢測(cè)， 可以精確地 檢測(cè)管道 內(nèi)部和外部的腐蝕和點(diǎn)蝕 等缺陷，軟件 包含 有 便攜式旋轉(zhuǎn) 彩色 B 掃描 成像系統(tǒng)，如圖 所示。該設(shè)備檢測(cè)對(duì)象較為固定，檢測(cè)的針對(duì)性強(qiáng)，但對(duì)于其他用途的無(wú)縫鋼管以及非 腐蝕 類缺陷檢測(cè)是否適用， IRIS 公司相關(guān)資料未加以說明 [17]。 無(wú)縫鋼管缺陷的超聲分析研究畢業(yè)論文 圖 便攜式 IRIS 9000 軟件系統(tǒng) Portable IRIS 9000 software systems 美國(guó) GE 公司擁有的 Krautkramer（德國(guó) KK 公司） 超聲波大型鋼管檢測(cè)設(shè)備 GRPPAT，該設(shè)備采用最新相控陣檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)全管體縱向，橫向，斜向（ 0176。~20176。），分層等缺陷檢測(cè)及測(cè)厚功能。檢測(cè)為部分液浸方法，利用精確延時(shí)時(shí)序控制，來控制合成波束偏轉(zhuǎn)和動(dòng)態(tài)聚焦位置，實(shí)現(xiàn)快速和高靈敏度的電子掃查，克服了常規(guī)超聲掃查速度慢，且需要多次更換探頭規(guī)格和調(diào)整入射角度等不便，檢測(cè)設(shè)備如圖 所示 [18]。 美國(guó) GE 公司還擁有“ CLUSTER”檢測(cè)系統(tǒng)。該設(shè)備特點(diǎn)：“簇”式探頭架，允許周向布置 9 個(gè)檢測(cè)探頭，全 面檢測(cè)縱向，橫向，斜向，分層缺陷，厚測(cè)及耦合監(jiān)測(cè)，或采用高速“簇”式探頭架檢測(cè)縱向厚度及耦合監(jiān)測(cè)；不同管徑和壁厚尺寸可靈活選擇不同“ CLUSTER”探頭架；缺陷處自動(dòng)報(bào)警和噴標(biāo)，為后續(xù)分選提供依據(jù)；最大檢測(cè)速度達(dá) 2 米 /秒，檢測(cè)設(shè)備如圖 所示 [18]。 圖 GRPPAT 檢測(cè)系統(tǒng) 圖 “ CLUSTER”檢測(cè)系統(tǒng) GRPPAT detection systems CLUSTER detection system 上述兩種檢測(cè)設(shè)備主要是針對(duì)石油天然氣管道，適用管徑都是在 60mm以上的大口徑無(wú)縫鋼管，管徑小于 60mm 的小口徑無(wú)縫鋼管不適用。針對(duì)小口徑無(wú)縫鋼管檢測(cè)， GE 公司擁有 ROT 系列管材超聲檢測(cè)系統(tǒng)與 ROTA 系列管材檢測(cè)系統(tǒng)，兩套檢測(cè)系統(tǒng)采用旋轉(zhuǎn)探頭產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)超聲場(chǎng)，并同時(shí)具有垂直入射和斜入射無(wú)縫鋼管缺陷的超聲分析研究畢業(yè)論文 高密度超聲脈沖，實(shí)現(xiàn) 100%斷面聲束覆蓋，并保證周向靈敏度的一致性 [18]。 GE 公司的管材超聲檢測(cè)設(shè)備中 GRPPAT 檢測(cè)系統(tǒng)、“ CLUSTER”檢測(cè)系統(tǒng)以及 ROT 系列檢測(cè)系統(tǒng)采用的是 UNIVIS 軟件，可顯示多通道 彩色帶狀模式條線圖，如圖 所示。 ROTA 系列檢測(cè)系統(tǒng)采用的是 NUscan 軟件，這 是一個(gè)專利成像軟件，可提供 A， B， C 掃描和對(duì)被檢部件缺陷的準(zhǔn)確顯示功能 ，如圖 所示 [18]。這兩種顯示軟件對(duì)缺陷的展示都是以一維或者二維平面形式，而無(wú)縫鋼管作為非平面件產(chǎn)品，鋼管缺陷用平面圖像顯示并非最佳效果。 圖 UNIVIS 應(yīng)用軟件 圖 NUscan 應(yīng)用軟件 UNIVIS application software NUscan application software Olympus（泛美）有限公司也是世界知名的無(wú)損檢測(cè)公司，擁有檢測(cè)無(wú)縫鋼管的設(shè)備主要有旋轉(zhuǎn)管材檢測(cè)系統(tǒng)（ RTIS）與在線∕離線 ERW 管材檢測(cè)系統(tǒng)。其中 RTIS 使用相控陣技術(shù)對(duì)管材進(jìn)行全管體檢測(cè) ， 這個(gè)系統(tǒng)基于 “水楔 ”概念，通過膜狀材料，使一個(gè)儲(chǔ)水容器發(fā)揮持續(xù)穩(wěn)定的效用，可以快速進(jìn)行耦合，并具有較短的非檢測(cè)區(qū)域長(zhǎng)度。 設(shè)備系統(tǒng)如圖 所示 [19]。 （ a） （ b） 圖 RTIS 檢測(cè)系統(tǒng) RTIS detection system (a) 機(jī)械系統(tǒng)； (b) 軟件系統(tǒng) 無(wú)縫鋼管缺陷的超聲分析研究畢業(yè)論文 從圖 (b)可見系統(tǒng)缺陷檢測(cè)以常規(guī)的波形檢測(cè)為主，對(duì)缺陷的描述不直觀。另一套在線∕離線 ERW 管材檢測(cè)系統(tǒng)如圖 所示。在圖 (b)中加入了彩色二維帶狀圖像，但就設(shè)備設(shè)計(jì)特性而言，這種二維帶狀圖更適合于 電阻焊接（ ERW）管材進(jìn)行焊縫和熱影響區(qū)（ HAZ）的檢測(cè) 設(shè)計(jì)， 氣動(dòng)懸掛可以使檢測(cè)頭跟蹤管材的移動(dòng)，并在出現(xiàn)燒剝孔或卷材板之間的對(duì)接焊縫時(shí)，基于渡越時(shí)間分析的獨(dú)特算法 （公司專利） 可以對(duì)燒剝 區(qū)域進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，并將反饋信息發(fā)送到 PLC，以自動(dòng)調(diào)整 每個(gè) 水楔 ， 檢測(cè)頭的旋轉(zhuǎn)能力可以使每個(gè)探頭在 120~+120度之間獨(dú)立移動(dòng) ，如圖 所示為 ERW 檢測(cè)系統(tǒng) 自動(dòng)焊縫跟蹤 ，但是對(duì)于無(wú)縫鋼管而言，如外折在 鋼管外表面呈螺旋形狀且螺距較大、分布于局部或全長(zhǎng)，這使得跟蹤范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于焊縫跟蹤的范圍，雖然采用自動(dòng)跟蹤對(duì)于缺陷的描述較為直觀形象，但局部跟蹤不能反映缺陷在整個(gè)無(wú)縫鋼管中的位置分布 [19][20]。 (a) (b) 圖 在線∕離線 ERW 檢測(cè)系統(tǒng) Online / Offline ERW detection system (a) 機(jī)械系統(tǒng)； (b)軟件系統(tǒng) 圖 ERW 檢測(cè)系統(tǒng) 自動(dòng)焊縫跟蹤 ERW detection system of automatic weld tracking 國(guó)內(nèi)無(wú)縫鋼管的超聲檢測(cè)研究現(xiàn)狀 目前，國(guó)外許多公司的超聲設(shè)備的先進(jìn)性主要是體現(xiàn)在一些關(guān)鍵技術(shù)上，國(guó)無(wú)縫鋼管缺陷的超聲分析研究畢業(yè)論文 內(nèi)由于機(jī)械制造加工水平相對(duì)落后，精密程度較低，從而對(duì)產(chǎn)品的功能性、可靠性和美觀性等方面有較大 影響，故國(guó)內(nèi)無(wú)縫鋼管生產(chǎn)廠家的管材超聲檢測(cè)設(shè)備主要還是依賴于進(jìn)口。 雖然我國(guó)無(wú)縫鋼管超聲檢測(cè)方面的研究起步較晚，與國(guó)外相比還有很大的差距，但近年來通過一些高校和企業(yè)對(duì)無(wú)縫鋼管超聲檢測(cè)等相關(guān)技術(shù)與設(shè)備的研究，使得國(guó)內(nèi)無(wú)縫鋼管超聲檢測(cè)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。 合肥工業(yè)大學(xué)何輔云教授研制了噴淋水耦合式旋轉(zhuǎn)多探頭高能超聲動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，可以對(duì)管材壁厚和鋼管內(nèi)部的折疊缺陷進(jìn)行檢測(cè)。因?yàn)槭嵌嗤ǖ罊z測(cè)可對(duì)缺陷分區(qū)定位，檢測(cè)精度為177。 [21][22]。設(shè)備利用 DSP 的多通道緩沖串口接受和處理超聲信號(hào)的回波數(shù)據(jù)，在采集同時(shí)采 用 LZW 壓縮算法， 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)快速準(zhǔn)確的采集和處理 [23]。但該設(shè)備采用垂直入射法對(duì)無(wú)縫鋼管進(jìn)行檢測(cè)，這就不可避免的存在近表面檢測(cè)盲區(qū)問題，對(duì)于薄壁管來說，再小的盲區(qū)都是不能允許存在的。 天津市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院劉懌歡等同志利用內(nèi)置旋轉(zhuǎn)式超聲波檢測(cè)技術(shù)（簡(jiǎn)稱 IRIS）對(duì)鋼管內(nèi)壁和外壁進(jìn)行全面檢測(cè) , 并對(duì)其進(jìn)行精確定量 [24]。內(nèi)置旋轉(zhuǎn)式超聲波檢測(cè)技術(shù)是利用反射鏡的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)周向的掃查 , 從而達(dá)到對(duì)管子進(jìn)行全面掃查的效果。 從檢測(cè)手段來說，利用 IRIS 技術(shù)檢測(cè)無(wú)縫鋼管存在一定的不足之處，首先，由于這種 檢測(cè)技術(shù)的特殊性，使得探頭需要特制。其次，檢測(cè)結(jié)果受鋼管清潔狀況和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)條件影響較大，例如，耦合條件較為苛刻，水臟或者氣泡會(huì)導(dǎo)致信號(hào)不穩(wěn)定和數(shù)據(jù)丟失，水壓過小會(huì)導(dǎo)致水泄漏或者渦輪驅(qū)動(dòng)壓力丟失。 從缺陷顯示來說，渦輪每旋轉(zhuǎn)一周創(chuàng)建一個(gè)被檢鋼管的截面掃描圖像，當(dāng)探頭進(jìn)入到管子內(nèi)部時(shí)，連續(xù)的圖像形成管壁的彩色 C 掃描成像，如圖 所示，從文獻(xiàn)中作者提供的掃描圖像可見，檢測(cè)受一定的干擾，不穩(wěn)定。 圖 在役鋼管 C 掃描成像 Fig. Cscan imaging of inservice tube 杭州浙大奔月科技有限公司以浙江大學(xué)周曉軍教授為代表的科研團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)研制成功國(guó)內(nèi)第一家基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的超聲波掃描成像系統(tǒng)以及復(fù)雜曲面超聲波 C 掃描成像檢測(cè)系統(tǒng)。其中棒（管）材 水浸超聲波無(wú)損探傷系統(tǒng)： 7 個(gè)自由度無(wú)縫鋼管缺陷的超聲分析研究畢業(yè)論文 聯(lián)動(dòng) ， 管件軸線自動(dòng)跟蹤功能 ， 能以軸向成像、徑向成像等方式給出內(nèi)部缺陷的定性和定量分析 [25]。在超聲自動(dòng)檢測(cè) C 掃描成像方面，由于機(jī)械回程間隙和超聲信號(hào)采集滯后等，使成像圖元和實(shí)際測(cè)試的工件位置不重合，周曉軍教授的研究生李雄兵博士為消除機(jī)械回程間隙產(chǎn)生的定位誤差，一方面，在運(yùn)動(dòng)控制上加編碼器實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，保 證探頭位姿誤差相對(duì)最??；另一方面為減少信號(hào)采集過程中的時(shí)耗，通訊接口采用總線方式，或提高信號(hào)采樣頻率、降低檢測(cè)速度等，這些措施在一定程度上能改善圖像鋸齒錯(cuò)位的現(xiàn)象。為此，他們先在標(biāo)準(zhǔn)試塊上掃描成像，確定缺陷樣件的錯(cuò)位量，然后用其去修正其它 C 掃描圖像，如圖 所示為文獻(xiàn)提供的某一圓形缺陷修正鋸齒錯(cuò)位前后 C 掃描圖像 [26]。這不僅改善了成像的質(zhì)量，更重要的是對(duì)缺陷的精確定位、定量分析意義重大。 (a) (b) 圖 鋸齒消除前后 C 掃描圖像對(duì)比 Fig. Cscan images pared of before and after antialiasing (a) 消除鋸齒前； (b) 消除鋸齒后 李雄兵博士對(duì)曲面工件自動(dòng)超聲檢測(cè)的流程：首先進(jìn)行曲面測(cè)量，通過曲面重建獲得被測(cè)工件模型并將其入庫(kù)，設(shè)定檢測(cè)路徑生成控制機(jī)械運(yùn)動(dòng)走位與掃描參數(shù)后即可檢測(cè)掃描。如圖 所示為文獻(xiàn)提供的某一曲面超聲 C 掃描圖像 [26]。 圖 曲面 C 掃描圖像 Fig. Curved surface Cscan images 通過上以上概述可知周曉軍教授團(tuán)隊(duì)在超聲波檢測(cè)系統(tǒng)的研制與開發(fā)上是國(guó)內(nèi)較為先進(jìn)的，但對(duì)于無(wú)縫鋼管的檢測(cè)在其相關(guān)學(xué)術(shù)案例鮮有出現(xiàn)，更多的是對(duì)于棒材以及航空構(gòu)件等曲面構(gòu)件的檢測(cè)成像 [27~29]。 中核集團(tuán)核動(dòng)力運(yùn)行研究所在役檢查中心 對(duì)核電站蒸汽發(fā)生器傳熱管和CANDU 堆壓力管利用自行設(shè)計(jì)的自動(dòng)掃查裝置與μ +（ Micro plus） 16 通道超無(wú)縫鋼管缺陷的超聲分析研究畢業(yè)論文 聲數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，如圖 所示。探頭在充滿水的壓力管內(nèi)部以周向掃查和軸向掃查，從而探測(cè)分布于不同方向的缺陷。μ + 超聲系統(tǒng)將 采集的超聲數(shù)據(jù)和位置信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)，并可進(jìn)行 B， C， D 型顯示，以及對(duì)超聲數(shù)據(jù)進(jìn)行離線分析，但文獻(xiàn)中作者沒有給出 B， C， D 型顯示的真彩檢測(cè)案例圖像。 (a) (b) 圖 μ＋ （ Micro plus） 16 通道數(shù)字式超聲波管道檢測(cè)系統(tǒng) μ + (Micro plus) 16channel digital ultrasonic pipe inspection system （ a）壓力管自動(dòng)掃查裝置；（ b）管道超聲 檢測(cè)掃查器 誠(chéng)然，通過國(guó)內(nèi)學(xué)者與專家的努力，我國(guó)無(wú)縫鋼管超聲檢測(cè)水平與國(guó)際水平的差距正在縮小，但目前我國(guó)超聲檢測(cè)大部分還集中在手持式單 /多通道超聲波儀研制，通過波形判斷來對(duì)缺陷進(jìn)行判定檢測(cè)。 綜合無(wú)縫鋼管的超聲檢測(cè)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀可見伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)，傳感技術(shù)以及自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，超聲檢測(cè)技術(shù)正向快速化、標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化、程序化和規(guī)范化的方向發(fā)展。另一個(gè)趨勢(shì)是對(duì)無(wú)縫鋼管缺陷的超聲檢測(cè)與分析正從以往的波形判定檢測(cè)轉(zhuǎn)向于數(shù)字化圖像分析檢測(cè)，讓檢測(cè)結(jié)果更加直觀便捷，減少人為因素的干擾，開創(chuàng)從無(wú)損檢測(cè)角度對(duì)缺陷進(jìn)行 分析而不是僅僅探測(cè)有無(wú)超標(biāo)缺陷，這也為無(wú)損檢測(cè)向無(wú)損評(píng)價(jià)發(fā)展起推動(dòng)作用。 本論文研究的主要內(nèi)容 本學(xué)位論文研究主要是利用超聲檢測(cè)技術(shù)與超聲成像技術(shù)對(duì)無(wú)縫鋼管的缺陷進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)的分析與研究。論文共分四章，各章內(nèi)容概括如下： 第一章為緒論，主要內(nèi)容：課題背景的論述，無(wú)縫鋼管缺陷的概述，無(wú)縫鋼管各種檢測(cè)方式的比較以及國(guó)內(nèi)外對(duì)無(wú)縫鋼管超聲檢測(cè)研究的現(xiàn)狀。 第二章為無(wú)縫鋼管缺陷超聲檢測(cè)與關(guān)鍵參數(shù)優(yōu)化，主要內(nèi)容：從無(wú)縫鋼管成型工藝入手分析缺陷取向性，進(jìn)而提出實(shí)驗(yàn)方法以及對(duì)無(wú)縫鋼管水浸式聚焦檢測(cè)無(wú)縫鋼管缺陷的超聲分析研究畢業(yè)論文 關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行分析與 優(yōu)化實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼管橫向、縱向缺陷的優(yōu)化檢測(cè)。 第三章為無(wú)縫鋼管缺陷的超聲成像分析，主要內(nèi)容：對(duì)無(wú)縫鋼管缺陷進(jìn)行超聲成像掃描分析，以現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)