<60～245mm无缝钢管超声波自动检测系统张 恒,吴扬宝,邹正烈(北京有色金属研究总院机电设备开发中心,北京 100088)摘 要:介绍一种适用于<60～245mm的无缝钢管超声波自动检测系统,包括系统入射角、偏心距、探头频率和焦距、水层深度、系统组成、控制系统以及超声波探伤仪的参数选择和设计要点。
按G B5777—1996C8级灵敏度进行测试,其综合性能指标达到Y B4082—1992要求,现场运行状况良好。
关键词:超声检验;无缝钢管;自动检测;系统设计 中图分类号:TG115.28 文献标识码:A 文章编号:100026656(2003)0620291203AN AUTOMATIC U LTRASONIC TESTING SYSTEM FOR<60—245mmSEAMLESS STEE L TUBESZH ANG H eng,WU Yang2b ao,ZH OU Zheng2lie(Beijing G eneral Research Institute for N on2Ferrous Metals,Beijing100088,China)Abstract:An automatic ultras onic testing system for<60—245mm seamless steel tubes was introduced including its con2 struction,control unit,incident angle,eccentric distance,transducer frequency,focal point to transducer distance,water depth and the parameters and design of ultras onic detection equipment.The synthetic index of the system met the requirement of standard Y B4082—1992according to the sensitivity level of C8in G B5777—1996.On2site operation showed that the system w orked well.K eyw ords:Ultras onic inspection;Seamless steel tube;Automatic inspection;System design 在无缝钢管制造中,由于材料中的夹渣或材质疏松,使成形后的钢管表面或内部产生裂纹和折叠等缺陷,存在安全隐患,尤其是高温、高压下使用的无缝钢管,质量要求高,需进行无损检测。
据此研发了<60～245mm无缝钢管超声波自动探伤系统。
1 探伤方法和工艺参数的确定[1]根据超声波检测原理和探伤实践,选择半水箱式水浸耦合横波脉冲反射法检测无缝钢管,因为水浸法有利于实现检测过程的自动化,而且通过水介质时容易收敛声束,提高检测信噪比,同时利用声波在水和管材两种介质分界面的折射和波型转换得到纯横波。
系统采用横波脉冲反射法,具有八个通道,两组(每组四个)探头,从相对方向双向入射(图1)。
1.1 入射角的确定收稿日期:2002208226图1 主机示意图 入射角α的选择原则是,既能在钢管中激发纯横波又能探测到管子内壁上的缺陷。
纯横波获得的条件是入射角大于第一临界角,即α≥α1=arcsinc1lc2l(1)式中 α1———第一临界角・192・第25卷第6期2003年6月无损检测NDTV ol.25 N o.6Jun. 2003c 1l ———水中纵波声速c 1l =1480m/s c 2l ———钢中纵波声速c 2l =5900m/s上述数据代入式(1)得α1=14.53°,故α≥14.53°。
当钢管中声束与内壁相切时,折射横波刚能扫查到钢管内壁缺陷,故能检测到内壁缺陷的条件是α≤α2=arcsinc 1l c 2s rR(2)式中 α2———利用纯横波检测的最大入射角c 2s ———钢中横波声速c 2s =3200m/s r ———钢管内半径R ———钢管外半径r R———壁厚比r R≥0.6由式(1)和(2)得α1≤α≤α2,即14.53°≤α≤α2,其中α2由具体检测的钢管尺寸算得。
系统的检测对象为<60～245mm 钢管,探头入射角为14°～29°内连续可调。
1.2 偏心距的选择由于无缝钢管的外表面为带有一定曲率的弧面,因此不同的入射角实际是通过调整探头偏心距X 来实现的。
由图2可知sin α=XR(3)图2 探伤原理图 综合式(1)～(3)得0.251R ≤X ≤0.462r(4)一般取X =0.251R +0.462r2(5)1.3 探头参数的选择1.3.1 探头频率f根据超声波检测原理,要降低超声波通过介质时的衰减和避免草状回波的干扰,应采用波长较长和频率较低的超声波;而要检出尺寸小的缺陷则希望超声波的波长要短。
综合考虑各方面因素以及用户要求的技术参数,结合试验选定频率f =5MH z 。
1.3.2 探头焦距F据管径d 选择不同的探头焦距,具体见表1。
表1 探头焦距的选取mm钢管直径d mind max探头焦距F钢管直径d mind max探头焦距F<60<12080<180<245140<120<1801101.4 水层深度H 的选择由图2得水层深度H =F -(R 2-X 2)1/2(6) 同时,为使声束有效地探测到内壁缺陷并能在荧光屏上与水层界面清晰地分开,要求水层深度大于钢中横波声程的二分之一,即H ≥12R 2-(R -T )21/2(7)式中 T ———钢管壁厚2 探伤系统的组成及探伤工艺流程2.1 系统组成系统由上料架体、上料辊道、主机、下料辊道和下料架体五部分组成。
2.2 系统的功能和技术要求系统探伤的主要工艺流程为上料→探伤→喷标→分选→下料,其流程示意见图3。
图3 系统探伤流程示意图其机械系统主要功能有①自动上料。
将被检测的无缝钢管从上料架翻到上料辊道的辊轮上。
②钢管螺旋前进。
通过调整上料辊道的辊轮,使被检测的无缝钢管在辊轮的摩擦力作用下螺旋前进,且钢管直线前进的速度分量和螺距都是连续可调的。
③对无缝钢管探测到的缺陷进行自动打标、自动分选和自动下料。
・292・表2 超声波管材自动探伤系统技术参数测试表管径mm项目灵敏度波动dB内外壁缺陷灵敏度差/dB信噪比dB漏报率%误报率%管端不可探区mm稳定性/dB信噪比灵敏度波动标准值≤4≤4≥8≤1.5≤3≤200≥8≤4<60实测值221000180102标准值≤4≤4≥8≤1.5≤3≤200≥8≤4 <245实测值121200180122 机械传动系统的同心度、直度、速度、稳定度以及振动的强弱都会影响探伤的灵敏度和可靠性。
因此,机械系统必须围绕探伤灵敏度和可靠性等要求来设计和加工。
每组探头的探头架必须可连续调节水程和入射角。
众所周知,探头旋转带来的超声探伤仪与探头之间的电气耦合对探伤的可靠性会产生很大影响,对此采用固定探头旋转钢管的方法进行避免。
但由于钢管弯曲,旋转前进时探头与钢管之间相对位置的变动会引起入射角的改变,为此,专门设计了探头随动装置,使探头与钢管的相对位置保持不变。
同时,增加压下装置以保证钢管稳定地进行螺旋运动。
另外,还设计了主机升降装置,用以调节主机中心高度,满足不同规格管材的探伤要求。
2.3 控制系统根据用户需要和系统的总体设计要求,电气控制系统应满足的技术要求是①传动辊道辊轮的拖动为直流电机,采用无级调速,便于调试。
②探伤过程为简单的开环式程序控制系统,从上料、探伤、打标、下料到分选整个过程均由控制台自动控制。
③传动系统采用变频调速和可编程控制器控制。
3 多通道超声探伤仪系统使用UD2MC8Y型八通道A型超声脉冲反射式探伤仪。
其抗干扰能力强,稳定性好,探伤灵敏度高,主要特点有①八个独立通道的工作时序可以随意编辑。
②每个通道设A,B和C三个闸门,且C 具有闸门跟踪功能。
③每个通道均设有一收一发和双收双发两种工作方式。
仪器的主要技术指标为,单个通道最高重复频率可达6kH z;工作频率为2.5,5和10MH z;示波管显示器(CRT)的有效面积为100mm×80mm,液晶屏显示器(LC D)的有效面积为103mm×79mm;扫描范围分10,50和250mm三挡,最大可设计成1000mm;水平线性误差≤1%;垂直线性误差≤5%;衰减器的总衰减量为100dB,最小分辨力为1dB;动态范围≥28dB。
4 设备的测试及使用状况根据G B5777—1996和Y B4082—1992标准对该超声波管材自动探伤系统的测试结果见表2[2]。
可见,按G B5777—1996中规定的C8级灵敏度进行测试,该设备的综合性能指标达到Y B4082—1992标准规定,可探范围为<60～245mm,灵敏度等级为G B5777—1996的C8级。
5 结束语针对该系统在实际检测中出现的问题进行了完善和改进,使其成为成熟的定型产品。
希望该系统的推广应用能为我国钢管生产企业把好质量关。
参考文献:[1] 马俊泽,游开兴,马振泽,等.无损检测技术及应用[M].北京:科技出版社,1993.[2] 冶金部无损检测人员技术资格鉴定委员会编.金属材料的超声波探伤[Z].攀枝花:攀枝花钢铁公司钢研院,1989.作者须知摘要是以提供文献内容梗概为目的,不加评论和补充解释,简明、确切地论述文献重要内容的短文,因此,必须符合拥有与论文同等的主要信息的原则。
摘要可包括研究工作的主要对象和范围,以及具有情报价值的其它重要信息,内容不应空洞、过简,应具备四个要素,即研究目的、方法、结果和结论,其中,后两个是最重要的。
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