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        φ500~1000mm管材超聲波水浸法自動探傷設(shè)備

        2013-10-23 05:00:14吳海燕吳揚寶高東林張倫兆
        無損檢測 2013年10期
        關(guān)鍵詞:水浸晶片滾輪

        吳海燕,吳揚寶,高東林,張倫兆

        (北京有色金屬研究總院,北京 100088)

        隨著我國管材制造工業(yè)的發(fā)展,無縫管材正朝著大直徑的方向發(fā)展。其對于探傷的要求越來越多,越來越高。很多廠家大多采用手工探傷方法,探頭與鋼管的接觸是用機油、漿糊等作耦合劑探傷,存在探頭磨損大、探傷速度慢等問題,影響生產(chǎn)效率。為了提高生產(chǎn)效率,降低勞動強度,采用超聲波水浸法自動探傷可滿足實際生產(chǎn)要求。

        1 水浸法探傷原理及方法

        所研制的水浸探傷設(shè)備采用脈沖反射法對管材進行探傷。探傷形式為探頭左右擺動調(diào)整,管材螺旋前進。局部水浸法探傷所得管材中的缺陷由超聲波探傷儀判別,計算機記錄缺陷大小并報警,實現(xiàn)自動化探傷目的。管材超聲波水浸法探傷需注意下列幾點:

        圖1 φ500~1000mm管材水浸法探傷

        (1)管材水浸法探傷的波形與接觸法不同,除始波外,還有界面波,如圖1所示。為了充分利用儀器的示波屏,并使缺陷波形顯示清晰,通過適當(dāng)調(diào)節(jié)儀器的“水平”和“掃描時間”旋鈕,使始波不顯示,一、二次界面波得到顯示。另外也可采用跟蹤觸發(fā)方式,即儀器的掃描電路由界面脈沖觸發(fā),這時沒有始波顯示,只有界面波顯示。當(dāng)探頭位置調(diào)試正常時,探頭左右擺動調(diào)整改變?nèi)肷浣?,管材轉(zhuǎn)動前進,在一、二次界面波之間顯示缺陷波形。

        (2)探傷機械設(shè)備應(yīng)有良好的精度(即同心度)和隨動性,以保證動態(tài)情況下界面波的位置和幅度無顯著變化。

        (3)應(yīng)經(jīng)常保持探頭聲透鏡表面潔凈,為此除定時檢查清洗外,還必須保持耦合用水的清潔。

        (4)水浸法探傷用16通道儀器組合探頭,設(shè)備實現(xiàn)自動化探傷。必須保證各通道具有基本一致的探傷靈敏度。

        (5)探傷中應(yīng)注意隨時排除各種干擾信號,防止造成誤報警現(xiàn)象。

        2 超聲波水浸法自動探傷設(shè)備構(gòu)成

        φ500~1000mm管材超聲波水浸法自動探傷系統(tǒng)組成如圖2所示。

        圖2 超聲波水浸法自動探傷設(shè)備構(gòu)成

        2.1 探傷主機

        探傷主機由升降裝置、水箱、隨動裝置、組合探頭和調(diào)節(jié)裝置組成。升降裝置的作用是保證主機中心與鋼管在輥道上中心一致。組合探頭裝在水箱內(nèi),由探頭調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)入射角。為了保證入射角穩(wěn)定且波形晃動較小,隨動裝置起到水箱與鋼管隨動作用,如圖3所示。

        2.2 隨動裝置

        水浸法探傷時,探頭不直接與管材接觸,而是通過水來耦合。若管材螺旋前進時有一定波動,將造成入射角改變,缺陷波形也隨之改變,非常不利于探傷。為了減少缺陷波形波動,設(shè)計了隨動裝置,以保持探頭到管材表面距離的相對穩(wěn)定。隨動裝置主要是在水箱上裝有彈簧,保證水箱可以上下隨動,水箱下方有輥輪,可以左右移動,以此達到隨動目的,起到減少界面波晃動,使缺陷波形相對穩(wěn)定的效果。

        圖3 探傷主機

        2.3 組合探頭結(jié)構(gòu)

        2.3.1 組合探頭結(jié)構(gòu)

        探頭是由7個單一的線聚焦探頭組合而成的,如圖4所示。探頭晶片面積大有利于提高檢測速度,但晶片面積過大會影響探頭靈敏度分辨力及聲阻抗,故一般選擇為φ10mm左右。

        實際每個晶片的尺寸為20mm×12mm,是由同一塊晶片切割而成,制作成組合探頭,探頭晶片相隔間隙為2mm。組合探頭有效長度150mm。每一個探頭分別由儀器每個通道控制。探頭頻率5MHz。晶片材料鋯鈦酸鉛。

        按照以上方法制做的組合探頭特性基本相同。由于線聚焦探頭呈直線排列,利用聲場擴散原理,各個探頭之間有一定的覆蓋區(qū)域,寬度等于若干探頭的聲場有效寬度之和,故探傷螺距成倍增大,從而提高了探傷速度,如圖5所示。同時水程距離變化對探頭掃查效果有直接影響,所以必須控制在一定范圍內(nèi),不然影響探傷儀計算機對缺陷的判別。

        圖5 組合探頭性能示意

        2.3.2 組合探頭要求

        同一組合探頭的靈敏度誤差應(yīng)小于4dB。探頭之間聲束要求平行,即探頭晶片要求在同一平面上。探頭要求有較高的機-電轉(zhuǎn)換效率,以得到較高的探傷靈敏度。脈沖持續(xù)時間要短,激勵后可盡快回到靜止?fàn)顟B(tài),以便獲得較高的縱向分辨力和較小的盲區(qū)。要求有良好的波形,即有接近高斯曲線的頻譜分布曲線。要求有適當(dāng)?shù)穆曌杩?,以獲得較高輻射效率。

        2.4 探傷靈敏度的調(diào)節(jié)

        調(diào)節(jié)探傷靈敏度時,采用長度小于40mm的人工缺陷,深度為壁厚的8%~15% 。首先將人工缺陷放置在組合探頭上方,組合探頭轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)入射角,轉(zhuǎn)動管材找到人工缺陷顯示波最大波高,并將報警閘門放置在缺陷波上。此時需注意組合探頭必須放置在與管材平行位置,水程距離要適當(dāng)。

        2.5 輥道及傳動裝置

        輥道是由兩個相對滾輪組成的滾輪組,單體滾輪可以轉(zhuǎn)動角度并能夠相向調(diào)節(jié)距離。有八對滾輪組由萬向聯(lián)軸節(jié)相互連接,組成旋轉(zhuǎn)輥道。滾輪開合大小根據(jù)管材直徑調(diào)節(jié)。滾輪轉(zhuǎn)動角度可以由旋轉(zhuǎn)螺距調(diào)節(jié)。輥道由鏈輪與變速箱連接形成傳動裝置。傳動裝置可以正反方向轉(zhuǎn)動也可以步進調(diào)速度,如圖6所示。

        圖6 錕道及傳動裝置

        3 結(jié)語

        所研制系統(tǒng)已經(jīng)在廠家得到實際應(yīng)用,具有以下優(yōu)點:

        (1)采用探頭擺動方式改變?nèi)肷浣沁M行探傷,調(diào)節(jié)方便。

        (2)采用線聚焦組合探頭,掃描螺距大并且一致性好,顯著提高了探傷靈敏度。

        (3)實現(xiàn)了機械化探傷,大大提高了生產(chǎn)效率。

        (4)解決了探頭磨損問題,使用了廉價的水耦合介質(zhì),降低了生產(chǎn)成本。

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