張 衛(wèi)

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司不銹熱軋廠，山西 太原 030003）

隨著工業(yè)技術(shù)的迅猛發(fā)展，社會(huì)生產(chǎn)生活水平的提高，客戶(hù)對(duì)鋼板內(nèi)部質(zhì)量的要求也越來(lái)越嚴(yán)格，使得中厚鋼板在各行各業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。超聲波探傷作為一種重要的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，是目前對(duì)中厚鋼板內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)判定的主要手段，它也是代表中厚鋼板廠技術(shù)裝備水平先進(jìn)程度的重要標(biāo)志之一。

超聲波探傷分為手動(dòng)和自動(dòng)探傷兩種。國(guó)內(nèi)中厚鋼板廠多采用手動(dòng)探傷方法，手動(dòng)探傷具有投資低、使用靈活等優(yōu)點(diǎn)，但手動(dòng)探傷存在著探傷時(shí)間長(zhǎng)、生產(chǎn)效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、占用生產(chǎn)場(chǎng)地多，易造成漏探和誤探、探傷速度慢等缺點(diǎn)，難以適應(yīng)現(xiàn)代化工業(yè)大生產(chǎn)的要求。而自動(dòng)探傷具有速度快、效率高、占用生產(chǎn)場(chǎng)地少等明顯優(yōu)點(diǎn)，與手動(dòng)探傷相比能提供更好的重復(fù)性和結(jié)果一致性，能完善檢測(cè)程序，減少隨機(jī)誤差和人為誤差的概率，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜而全面的檢測(cè)，并能迅速完成數(shù)據(jù)處理。

目前太鋼中厚鋼板采用手動(dòng)探傷方法，已不能完全滿(mǎn)足生產(chǎn)的發(fā)展和市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的苛刻要求。經(jīng)廣泛調(diào)研，結(jié)合太鋼中厚鋼板生產(chǎn)的實(shí)際情況，2009年下半年實(shí)施探傷設(shè)備改造，建設(shè)了一條中厚鋼板離線超聲波自動(dòng)探傷線系統(tǒng)，以進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。

1 中厚板自動(dòng)超聲波探傷技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r

國(guó)外自20世紀(jì)60年代末期便開(kāi)始了自動(dòng)超聲波探傷技術(shù)的研發(fā)，20世紀(jì)70年代中后期開(kāi)始廣泛應(yīng)用。1999年10月德國(guó)NUKEM公司為曼內(nèi)斯曼鋼板廠設(shè)計(jì)制作了一套在線自動(dòng)超聲波探傷系統(tǒng)，完全實(shí)現(xiàn)了鋼板的在線全自動(dòng)探傷。目前，在國(guó)內(nèi)外中厚板生產(chǎn)領(lǐng)域內(nèi)已投入運(yùn)行的自動(dòng)超聲波探傷裝置中，應(yīng)用最廣、數(shù)量最多的是以脈沖反射式為主的壓電式自動(dòng)探傷裝置。2002年國(guó)內(nèi)自寶鋼5 m厚板廠引進(jìn)在線自動(dòng)超聲波探傷裝置以來(lái)，近年來(lái)新建改造的中厚板廠紛紛仿效，濟(jì)鋼、重鋼、舞鋼、沙鋼等厚板廠都投資建設(shè)了在線自動(dòng)超聲波探傷線。

2 太鋼中厚鋼板自動(dòng)超聲波探傷線系統(tǒng)

太鋼中厚鋼板自動(dòng)超聲波探傷系統(tǒng)涉及無(wú)損檢測(cè)、電子、計(jì)算機(jī)、機(jī)械、自動(dòng)控制等技術(shù)。它具有效率高、準(zhǔn)確率高、標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行一致性好、占用生產(chǎn)場(chǎng)地小和自動(dòng)判傷、自動(dòng)缺陷定量分級(jí)、自動(dòng)缺陷定位、實(shí)時(shí)測(cè)厚等明顯優(yōu)點(diǎn)，能準(zhǔn)確探明鋼板內(nèi)部夾雜、分層、縮孔、孔洞、白點(diǎn)、氣泡、內(nèi)裂、疏松等細(xì)小缺陷的位置、大小與形態(tài)。

2.1 系統(tǒng)布置簡(jiǎn)介

圖1 探傷設(shè)備布置圖

2.2 探傷工作原理

超聲波在被檢測(cè)材料中傳播時(shí)，材料的聲學(xué)特性和內(nèi)部組織的變化對(duì)超聲波的傳播產(chǎn)生一定的影響，通過(guò)對(duì)超聲波受影響程度和狀況的探測(cè)了解材料性能和結(jié)構(gòu)變化的技術(shù)稱(chēng)為超聲檢測(cè)。

超聲檢測(cè)方法通常有穿透法、脈沖反射法、串列法等。運(yùn)用超聲檢測(cè)的方法來(lái)檢測(cè)的儀器稱(chēng)之為超聲波探傷儀。探傷儀發(fā)射出電脈沖，通過(guò)屏蔽傳輸線給探頭上的壓電晶片（換能器）兩個(gè)面上加電壓，當(dāng)超聲波遇到不連續(xù)性時(shí)，即會(huì)產(chǎn)生反射，反射的超聲波使壓電晶片振動(dòng)，繼而在壓電晶片兩端產(chǎn)生電壓。將電脈沖轉(zhuǎn)化為探傷儀屏幕上的波形，經(jīng)過(guò)算法處理波形，就可以判定檢測(cè)結(jié)果。

2.3 系統(tǒng)工藝流程

鋼板上料完成后，鋼板靠緊輥道參考邊側(cè)的擋板，見(jiàn)圖2。

圖2 工藝流程平面布置圖

開(kāi)始探傷，鋼板行走。鋼板依次經(jīng)過(guò)高度限位裝置、預(yù)噴淋和刮板，鋼板到達(dá)導(dǎo)向輪位置時(shí)，導(dǎo)向輪工作，確定出鋼板參考邊的確切坐標(biāo)作為調(diào)整內(nèi)探工作位置的基準(zhǔn)。內(nèi)探1和內(nèi)探2根據(jù)此基準(zhǔn)橫向移動(dòng)到相應(yīng)位置，以保證內(nèi)探1和內(nèi)探2的最外側(cè)探頭盒能對(duì)齊鋼板參考邊和非參考邊。當(dāng)鋼板到達(dá)編碼器1位置時(shí)，編碼器1機(jī)構(gòu)啟動(dòng)開(kāi)始工作；當(dāng)鋼板到達(dá)內(nèi)探1和內(nèi)探2工作位置后，控制系統(tǒng)根據(jù)鋼板寬度決定相應(yīng)的探頭落下，開(kāi)始內(nèi)探；當(dāng)鋼板頭部到達(dá)周邊探傷區(qū)后，鋼板停止，非參考邊探1首先執(zhí)行頭探；頭探完成后，非參考邊探小車(chē)轉(zhuǎn)90°，非參考邊探小車(chē)和參考邊邊探小車(chē)準(zhǔn)備就緒后，鋼板再次走行，非參考邊探小車(chē)和參考邊探小車(chē)同時(shí)執(zhí)行兩側(cè)邊探傷。鋼板經(jīng)過(guò)編碼器2位置時(shí)，編碼器2機(jī)構(gòu)啟動(dòng)開(kāi)始工作；鋼板經(jīng)過(guò)編碼器3位置時(shí)，編碼器3機(jī)構(gòu)啟動(dòng)開(kāi)始工作；鋼板經(jīng)過(guò)刮水和烘干位置時(shí)，裝置啟動(dòng)開(kāi)始工作；鋼板尾部到達(dá)周邊探區(qū)后，鋼板停止，非參考邊探小車(chē)執(zhí)行尾部探傷；鋼板尾部依次經(jīng)過(guò)預(yù)噴淋、刮板、導(dǎo)向輪、編碼器1、內(nèi)探1、內(nèi)探2、編碼器2、編碼器3刮水和烘干時(shí)，相應(yīng)裝置停止工作，恢復(fù)原始位置；在鋼板尾部經(jīng)過(guò)刮水和烘干區(qū)后，整塊鋼板探傷完成。

2.4 探傷系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)由機(jī)械系統(tǒng)、電氣與自控系統(tǒng)、超聲電子儀器、探傷軟件、水系統(tǒng)、氣系統(tǒng)、ERP數(shù)據(jù)接口組成。

2.4.1 機(jī)械系統(tǒng)

機(jī)械系統(tǒng)是超聲波自動(dòng)探傷系統(tǒng)的執(zhí)行基礎(chǔ)，主要完成將超聲波探頭附著于鋼板上進(jìn)行檢測(cè)的功能。主要構(gòu)成是用于系統(tǒng)保護(hù)的高度限位裝置；用于鋼板表面清掃及預(yù)潤(rùn)濕的預(yù)噴淋與刮板裝置；用于鋼板自動(dòng)探傷起落單元的探傷裝置；用于鋼板X(qián)軸和Y軸定位，包括3個(gè)編碼器裝置和1個(gè)導(dǎo)向輪裝置的測(cè)長(zhǎng)定位裝置；用于鋼板表面干燥的烘干吹掃裝置。通過(guò)對(duì)鋼板的預(yù)處理，使符合系統(tǒng)要求的鋼板通過(guò)探傷裝置，滿(mǎn)足超聲波自動(dòng)檢測(cè)的要求。

如圖3所示，LPS刺激能顯著造成Caco-2細(xì)胞中MLCK 的轉(zhuǎn)錄水平升高(p＜0.05)。而辣木多肽能夠抑制模型細(xì)胞中MLCK的轉(zhuǎn)錄水平。與模型組相比，高濃度(100 μg/mL和150 μg/mL)的辣木多肽可顯著抑制MLCK的 mRNA轉(zhuǎn)錄水平(抑制率分別為 28.0%和31.3%)。肌球蛋白輕鏈激酶(MLCK)能夠通過(guò)促肌球蛋白輕鏈(MLC)的磷酸化使其參與肌動(dòng)蛋白收縮，引發(fā)細(xì)胞骨架重排，破壞細(xì)胞TJ結(jié)構(gòu)，最終造成細(xì)胞間通透性增高[21]。抑制腸上皮細(xì)胞中MLCK的過(guò)度活化，對(duì)于維持腸上皮細(xì)胞屏障和細(xì)胞間緊密連接的重要作用[22]。

2.4.2 電氣自控系統(tǒng)

電氣與自動(dòng)控制系統(tǒng)采用西門(mén)子S7-300 PLC，負(fù)責(zé)接收和處理探傷系統(tǒng)的各種位檢開(kāi)關(guān)和傳感器的輸入信號(hào)，根據(jù)探傷工藝流程的要求控制整個(gè)系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括各類(lèi)執(zhí)行電機(jī)、電磁閥等，同時(shí)處理異常情況，為系統(tǒng)提供保護(hù)。其功能是控制設(shè)備的機(jī)械系統(tǒng)、水系統(tǒng)、控制輥道的速度和啟停，與超聲電子儀器進(jìn)行通訊、手動(dòng)控制設(shè)備、維護(hù)和診斷設(shè)備。探傷系統(tǒng)的電控網(wǎng)絡(luò)圖，見(jiàn)圖3。

圖3 探傷系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

2.4.3 檢測(cè)系統(tǒng)

超聲波檢測(cè)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)是數(shù)組陣列的超聲波探頭，從鋼板的上表面檢測(cè)鋼板。通過(guò)水作為耦合劑，使超聲波進(jìn)入鋼板并能從鋼板中反射，此時(shí)探頭與鋼板無(wú)接觸靠近，實(shí)現(xiàn)無(wú)損檢測(cè)。探頭采用雙晶T/R直探頭，標(biāo)稱(chēng)頻率為5 MHz，有效掃查寬度為20 mm，內(nèi)部探傷單元和周邊探傷單元可橫向移動(dòng)定位，探頭模塊板體探傷30個(gè)，每個(gè)模塊4個(gè)探頭，周邊探傷兩個(gè)，每個(gè)模塊6個(gè)探頭，形成內(nèi)部探傷探頭120個(gè)，邊部探傷探頭12個(gè)的多通道、全覆蓋探傷系統(tǒng)。

探頭安裝在探頭模塊中，探頭模塊靠氣缸推向鋼板，這種布置可使探頭與被測(cè)鋼板有較好的彈性接觸。探頭模塊有它自己獨(dú)立的帶有閥和過(guò)濾器的調(diào)節(jié)水裝置，并有由高耐腐蝕性、高耐磨的材料制成的靴子保護(hù)探頭。探頭模塊被安裝在內(nèi)探小車(chē)的內(nèi)探架上，一個(gè)內(nèi)探架內(nèi)共15組結(jié)構(gòu)相同探頭模塊。探頭模塊通過(guò)螺栓固定在內(nèi)探架上，可做豎直方向的運(yùn)動(dòng)，在非工作狀態(tài)抬起，工作狀態(tài)壓下，是探傷機(jī)核心部件之一。通過(guò)伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)內(nèi)探小車(chē)可在龍門(mén)架上來(lái)回移動(dòng)，通過(guò)鎖緊裝置，內(nèi)探小車(chē)可以固定在任何位置，進(jìn)行探傷。檢測(cè)位置由鋼板寬度及邊部位置的檢測(cè)來(lái)確定。

2.4.4 數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)

此系統(tǒng)依據(jù)缺陷回波法原理，設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了PXI總線與IP總線混合組網(wǎng)的方式，在實(shí)時(shí)性要求較高的部分（自動(dòng)超聲探傷部分），采用了兼顧實(shí)時(shí)性和可靠性的PXI總線,數(shù)據(jù)采集處理部分采用了開(kāi)放式的TCP/IP總線，見(jiàn)圖4。

圖4 探傷系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸單線圖

數(shù)據(jù)采集與處理，由PXI探傷工作站的SYN機(jī)箱MFC卡產(chǎn)生系統(tǒng)同步時(shí)序信號(hào)，傳輸給各前置機(jī)箱，觸發(fā)各探傷模塊雙晶直探頭產(chǎn)生超聲波脈沖并接收回波信號(hào)；微弱的超聲回波信號(hào)經(jīng)前置機(jī)箱進(jìn)行前置放大，傳回PXI探傷工作站的AEC卡進(jìn)行再放大、檢波、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換及判傷等處理。處理信息通過(guò)交換機(jī)存入數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，由數(shù)據(jù)庫(kù)與自動(dòng)評(píng)估軟件進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理，檢測(cè)工藝的設(shè)定與修改，鋼板質(zhì)量自動(dòng)評(píng)估與系統(tǒng)報(bào)表的生成。

2.4.5 鋼板的自動(dòng)評(píng)估系統(tǒng)

鋼板自動(dòng)評(píng)估系統(tǒng)是中厚板無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)的專(zhuān)業(yè)自動(dòng)評(píng)估軟件，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)參數(shù)的構(gòu)建和維護(hù)，檢測(cè)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理，鋼板質(zhì)量自動(dòng)評(píng)估與系統(tǒng)報(bào)表的生成，用戶(hù)管理及權(quán)限管理。通過(guò)安裝在數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器上的鋼板自動(dòng)評(píng)估系統(tǒng)，可以進(jìn)行如下設(shè)置和功能實(shí)現(xiàn)：①人員班次設(shè)置：系統(tǒng)的操作人員和管理人員、探傷資格、班次的添加及相關(guān)信息維護(hù)。②儀器參數(shù)設(shè)置：設(shè)置超聲波探傷儀器的相關(guān)參數(shù)，包括基本參數(shù)、通道參數(shù)、機(jī)械電氣參數(shù)、所使用的超聲波探頭的參數(shù)及配置、參考的探傷試塊及探傷靈敏度的設(shè)置。③鋼板參數(shù)設(shè)置：設(shè)置鋼板的尺寸等規(guī)格參數(shù)和母板號(hào)等基本信息。④工藝參數(shù)設(shè)置：設(shè)置某種檢測(cè)工藝定制參數(shù)，如鋼板規(guī)格、探頭型號(hào)、對(duì)比試塊、檢測(cè)盲區(qū)、檢測(cè)通道號(hào)設(shè)置、波形相關(guān)參數(shù)等。⑤鋼板自動(dòng)評(píng)估與統(tǒng)計(jì)報(bào)表：自動(dòng)評(píng)估鋼板的質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)和打印每張鋼板的檢測(cè)數(shù)據(jù)，每個(gè)班的班組統(tǒng)計(jì)報(bào)表、日?qǐng)?bào)表，用戶(hù)還可以根據(jù)需要自定義報(bào)表。⑥系統(tǒng)管理：數(shù)據(jù)庫(kù)的備份和恢復(fù)，還可以為第三方用戶(hù)建立賬號(hào)，以便于第三方用戶(hù)查詢(xún)和瀏覽鋼板的出廠無(wú)損檢測(cè)情況。

2.4.6 耦合水系統(tǒng)

該系統(tǒng)包括預(yù)噴淋水系統(tǒng)和探頭耦合水系統(tǒng)。預(yù)噴淋水主要潤(rùn)濕并清潔鋼板表面，耦合水起到超聲波耦合劑的作用，把有效地超聲波導(dǎo)入鋼板內(nèi)部。水系統(tǒng)由循環(huán)水過(guò)濾、磁分離器、控制閥和泵組成，它為系統(tǒng)提高潔凈、無(wú)氣泡、不間斷的耦合水。

2.4.7 壓縮空氣系統(tǒng)

該系統(tǒng)包括烘干吹掃氣系統(tǒng)和氣缸工作氣系統(tǒng)，烘干吹掃氣主要吹去鋼板表面水膜，以便于烘干。氣缸工作氣系統(tǒng)主要為探頭起落機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力，探頭隨鋼板表面凸凹不平情況而自動(dòng)調(diào)整，從而保證探頭以一定壓力壓在鋼板表面。

2.4.8 ERP數(shù)據(jù)接口

探傷設(shè)備留對(duì)外數(shù)據(jù)接口，可與廠方的ERP/MIS系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的通訊，具備在線探傷信息查詢(xún)功能。主要交互數(shù)據(jù)包括:①鋼板的規(guī)格數(shù)據(jù)；②探傷工藝參數(shù)與探傷標(biāo)準(zhǔn)；③探傷結(jié)果與探傷報(bào)告。

3 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試及運(yùn)行

太鋼中厚鋼板自動(dòng)超聲波探傷系統(tǒng)于2009年下半年開(kāi)始項(xiàng)目施工，年底安裝完畢開(kāi)始調(diào)試，經(jīng)2010年上半年試運(yùn)行，現(xiàn)已基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求，滿(mǎn)足鋼板自動(dòng)探傷要求。

在調(diào)試運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，鋼板表面應(yīng)最大可能保持潔凈，不應(yīng)存有影響探傷的金屬顆粒、銹蝕及油污等物質(zhì)。對(duì)水、氣等公輔介質(zhì)也要求保持潔凈，不應(yīng)有懸濁顆粒存在，這些物質(zhì)極易吸附在耐磨靴上，造成鋼板表面劃傷，耐磨靴應(yīng)定期清理更換。另外，探傷鋼板應(yīng)有良好板形，不平度小于30 mm/m。

4 結(jié)束語(yǔ)

太鋼中厚鋼板自動(dòng)超聲波探傷系統(tǒng)能100%覆蓋鋼板表面，探頭能準(zhǔn)確跟蹤鋼板并與鋼板表面良好耦合，減少漏探和誤探，功能強(qiáng)大的探傷軟件與自動(dòng)評(píng)估系統(tǒng)，對(duì)鋼板質(zhì)量的分析具有較好的實(shí)用價(jià)值。

自動(dòng)超聲波探傷技術(shù)在中厚板生產(chǎn)上的應(yīng)用和發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了由手動(dòng)操作到自動(dòng)化的飛躍，從而進(jìn)一步提高了探傷效率、產(chǎn)品質(zhì)量，增強(qiáng)企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。