无缝钢管在线高速无损超声探伤仪的研究与开发

　　我国已经连续12 年保持世界第一粗钢 生 产 大 国 的 地 位 , 随 着 产 量 的 不 断 扩大 , 无 缝 钢 管 的 性 能 和 质 量 问 题 也 越 来越多的得到国家和各研究所的重视。在无缝 钢 管 的 无 损 检 测 方 面 , 超 声 检 测 是 国内外无缝钢管检测方面应用最广泛、使用频率最高、目前发展较快的一种无损检测技术, 是 无 缝 钢 管 质 量 保 证 的 关 键 和 必备的设备。由于现场工况复杂、技术门槛高 , 开 发 一 套 具 有 自 主 知 识 产 权 的 无 缝钢 管 在 线 高 速 无 损 超 声 探 伤 系 统 , 对 我国的冶金自动化技术发展具有较大的现实意义。通过对机械传输、水循环、电气控制以及超声检测等相关子系统研究和开发 , 设 计 一 套 可 用 于 在 线 高 速 无 损 检 测无 缝 钢 管 缺 陷 的 系 统, 满 足 高 效 生 产 的需求,系统整体框图如图1 所示。

　　无缝钢管在线高速无损超声探伤系统主要由三部分组成:机械部分、电气部分、信号处理部分。其中机械部分主要包含高速转子系统、水循环系统、密封系统、探头运动和扫描机构等;电气部分主要包含工件检测与控制系统、转子驱动与控制系统、工控机系统等;信号处理部分:超声波脉冲发射器、超声波信号接收器、高速数据采集系统、数据处理和分析软件包、千兆以太网、以及传感器等.

　　1 机械部分

　　机械部分结构如图2所示。包含信号耦合器、定子和转子部分、工件运动机构、水循环系统、密封系统等。其中传动链为电机通过楔形带—平键带动转子部分高速旋转;水循环为水介质从入管方向由入水口通过转轴与转子之间的通道进入探头腔,随转子部分与探头一起旋转,当待测无缝钢管尾端到达出料口,水介质由出水口进入水箱,完成水循环。由于本系统采用水浸法,超声探头与被检测件之间的耦合介质为水溶液。转子部分主要由信号耦合器和探头两部分构成,信号耦合器由耦合电容构成,耦合电容旋转极与探头同步高速旋转,脉冲信号由探头传至耦合电容旋转极。耦合电容固定极作为定子部分,输出信号由同轴电缆传输至信号处理部分的前置放大单元。通过这种方式解决了高速旋转的超声探头信号传输问题。

　　本系统中测厚和叠层缺陷的检测采用直探头的纵波检测方式;横向和纵向缺陷采用斜探头横波检测方式。斜探头对缺陷的方向比较敏感,因此对于横向和纵向缺陷分别在正反两个方向协同检测。+L、-L是检测正反两个方向轴向缺陷的探头;-T,+T是检测正反两个方向径向缺陷的探头;WT是测厚探头;若干个探头组成一个综合检测单元。在旋转支架上安装了若干组对称的检测单元。采用多组检测单元并行扫描时,探头在钢管表面上的轨迹相当于多头的螺旋线。