Φ60~245mm无缝钢管超声波自动检测系统

　　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Φ60~245mm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

　　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

　　式中α1—第一临界角

　　c1l—水中纵波声速

　　c1l=1480m/s

　　c2l—钢中纵波声速

　　c2l=5900m/s

　　上述数据代入式(1)得α1=14.53°,故α1≥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

　　式中：

　　α2—利用纯横波检测的最大入射角

　　c2s—钢中横波声速

　　c2s=3200m/s

　　r—钢管内半径

　　R—钢管外半径

　　—壁厚比

　　由式(1)和(2)得α1≤α≤α2,即14.53°≤α2≤α22,其中α22由具体检测的钢管尺寸算得。系统的检测对象为Φ60~245mm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

　　综合式(1)~(3)得

　　一般取

　　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=5MHz。

　　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。

　　1.4 水层深度H的选择