变壁厚薄壁筒体超声检测技术及自动检测系统

   

    1 筒体结构及类型

    变壁厚薄壁筒体主要应用在高压、高温和高冲击环境下,要承受巨大的瞬态骤变压力,其结构和类型见图1和表1。如果在薄壁筒体内存在气孔、裂纹或夹渣等缺陷,容易发生筒体爆裂,不仅导致设备损坏,而且会危及人身安全。因而,必须在引伸成型后对薄壁筒体进行无损检测。以往对该产品的检测采用目测法,发现筒体表面有色泽差异或沟槽即判为废品。目测法对生产过程中产生的表面划伤和外露裂缝是有效的,而对筒壁材料内部缺陷无能为力,同时对表面划伤及色泽差异因无法度量其深度而存在误判。因此,笔者采用超声波检测技术和自动化检测系统对该产品进行检测,检测结果达到生产要求。

    2 技术方案和关键技术[1-5]

    2.1 技术方案

    图2为超声波检测流程图。首先开启PLC和计算机电源,并启动系统软件;设备系统进行自检并回归零位;检测5个备料盒是否全部有料;若无料则等待上料,若有料则机械手取料并送入检测盒,同时软件系统开始采集并处理数据;待检测结束,计算机把数据处理结果一方面通过RS232串口通知PLC控制的机械系统进行合格品和废品的分检,另一方面在计算机屏幕上直观显示工件检测结果。设备外观如图3所示。

    2.2 水浸正交超声板波检测方法

    对于薄板探伤,目前常见的检测手段有射线检测、涡流检测、磁粉探伤和超声检测。通常涡流检测表面不规则的起伏和疵病难以区分,容易引起误判并且难以定性和定量;磁粉探伤较适用于表面缺陷探伤,对存在于薄板中的缺陷难以检测,并且该方式不适用于在线检测;X射线检测虽然直观明了,但对于本检测对象及检测要求而言,一方面成本高,难以实现在线检测,更主要的是因筒体结构较小,只能采用双壁投影,对于深度为2.5%壁厚的微小裂纹很难检出;超声检测是应用较多的一种检测方法,但对于这种壁厚<1.2 mm的筒体,要检出深度为0.045 mm的微裂纹,还没有一种成熟的技术可供在线检测使用。笔者在理论分析和实践测试的基础上,提出了水浸正交超声板波检测法(图4)。

    2.2.1 模式选择

    对于薄板一般采用板波进行检测,为了找到一种对板厚变化不敏感的板波模式来适应不等厚的检测方式,在板波的各种性质中最重要的是不同模式的板波波速与频厚积的关系。板波入射角与频厚积的关系见图5所示。

    在利用板波进行检测时,为便于缺陷识别和检出,应尽可能保证在板内传播的声波模式单一、速度稳定。由图5可知,当频厚积>4 MHz#mm时,A0,S0模式的板波群速度趋于一个常数,因此采用5 MHz探头检测板厚在0.8 mm左右的板材时,板波群速度不会有大的变化。A0,S0型板波在均匀薄板中传播时,波形将是一个规则的单峰脉冲,有利于检测时的波形识别。