叢 琛

自動化

超聲波探傷系統(tǒng)在中厚鋼板生產(chǎn)中的應用和評價

叢 琛

（馬鋼股份有限公司工程管理部,安徽馬鞍山243000)

介紹了超聲波自動探傷系統(tǒng)的基本組成，描述了關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)的基本參數(shù)。通過對鋼板的對比探傷分析,超聲波自動探傷系統(tǒng)不但滿足了生產(chǎn)流程的要求，對鋼板自動評級及提高鋼板質(zhì)量起到了促進作用。

超聲波探傷；報警；缺陷；自動評估；應用

1 引言

近幾年，隨著我國工業(yè)化和現(xiàn)代化建設(shè)的迅猛發(fā)展，管線鋼、船板、鍋爐用鋼板的需求量劇增，加之這類板材應用在高溫、高壓、高速度或高應力場合的特殊性，所以對中厚鋼板的內(nèi)部質(zhì)量及使用安全提出了更高的要求，可對于大面積、高強度的板材內(nèi)部缺陷檢測，僅僅依靠手工探傷，存在著探傷覆蓋率低，速度慢，探傷結(jié)果不準確，探傷工人勞動強度大等問題，難以滿足日益擴大的專用板生產(chǎn)需求。超聲波無損檢測因為具有檢測靈敏度高、指向性好、檢測速度快、穿透力強等優(yōu)點，成為檢查鋼鐵產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量的理想手段，在線超聲波自動化探測系統(tǒng)是以自動探傷為基礎(chǔ)，定量計算缺陷的長度、面積、百分比，并根據(jù)相關(guān)國內(nèi)特殊的行業(yè)標準，自動評價和確認鋼板的內(nèi)部質(zhì)量等級。目前鋼板超聲波探傷技術(shù)正向?qū)崟r成像、自動評價的超聲波全自動探傷方向發(fā)展。

2 自動化超聲波探傷系統(tǒng)介紹

超聲波檢測技術(shù)作為無損檢測的重要手段，提供了一種評價固體材料的微觀組織及相關(guān)力學性能，微觀和宏觀不連續(xù)性的有效方法。當超聲波從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時，將反射回部分聲能，當鋼板中存在缺陷時，由于缺陷介質(zhì)與鋼的聲阻抗不同，即有反射現(xiàn)象發(fā)生。超聲脈沖反射法就是通過測量信號的往復時間確定缺陷深度,測量回波信號的幅度來確定缺陷的大小和方向。

在線自動化超聲波探傷系統(tǒng)是綜合運用機械、超聲、電子、信號處理、計算機、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，實現(xiàn)自動掃查、自動判定缺陷、自動確定缺陷大小和位置、自動評定缺陷等級的綜合性系統(tǒng)設(shè)備，該系統(tǒng)實現(xiàn)了100%全覆蓋式一次性通過掃查。

實現(xiàn)方法是：由若干個探頭（如4個）組成一個組合，形成一定的聲束寬度（72 mm），每個探頭組間隔一定距離（144 mm），根據(jù)被檢測鋼板寬度而設(shè)置的若干對（如15對）主探頭組“一”字排列，分為兩排在線一次性縱向掃查，單獨設(shè)置兩組探頭組合，進行周邊100%掃查；若干臺多通道的主探傷儀和一臺多通道的邊部探傷儀并行工作，各臺探傷儀的每個通道在同步電路的控制下，輪流循環(huán)工作；回波信號順序進入高速A/D變換電路，進行數(shù)字化；數(shù)字化后的回波數(shù)據(jù)，由報警電路和高速處理器對波形的相位、幅度等特征進行相干分析，剔除干擾雜波后，根據(jù)設(shè)定的報警門限，對越過門限的波形數(shù)據(jù)加入緩存并產(chǎn)生中斷，數(shù)據(jù)處理微機收到中斷后，讀取探頭的探查位置和回波數(shù)據(jù)，然后依據(jù)當前所探板材的種類、厚度及波形的特征，得出缺陷的當量大小，再與已知的專家特征庫中的數(shù)據(jù)及標準要求進行比較，評定缺陷的級別。最后用圖像信息處理的辦法，生成缺陷分布圖，檢出鋼板中所有標準要求的危害性缺陷。

3 關(guān)鍵性技術(shù)應用

3.1 缺陷報警處理方法

在自動化探傷系統(tǒng)中，探頭對鋼板的相對速度都很高，不可避免地引起靈敏度的改變，為了防止引起誤報，采用比例報警技術(shù)，（需要說明的是，無論什么方法，耦合機構(gòu)都必須保證有足夠的檢測靈敏度，聲能無法返回或返回甚少時，是無法檢測到缺陷的）。另兩條就是缺陷波F1逸50%進波報警和回波B1<50%的失波報警，通過三種報警技術(shù)的應用，極大地減少了漏報和誤報。

3.2 相關(guān)報警技術(shù)

超聲波探傷技術(shù)還采用了時間相關(guān)、特征相關(guān)和位置相關(guān)三種技術(shù)。為可靠地檢出缺陷，任一通道的重復頻率必須保證單個缺陷至少連續(xù)報警N次，特征相關(guān)報警就是對報警波形的相位，升、降時間進行進一步分析，以剔除連續(xù)三次干擾雜波產(chǎn)生的誤報。位置相關(guān)就是對缺陷點的分布以及單位面積內(nèi)的報警信息進行分析，剔除耦合不良，儀器失常及表面問題等引起的誤報。

3.3 通帶濾波技術(shù)

在線自動化探傷系統(tǒng)中，使用的都是5 M的探頭，對此特定檢測頻率，在模擬電路和數(shù)字電路中加有帶通濾波器，允許5 M左右的頻率信號通過，其它頻率信號被削弱。因此，探傷儀具有很強的抗干擾能力。

3.4 自動增益和自動評估技術(shù)

由于鋼板厚度、材質(zhì)和內(nèi)部缺陷是復雜多變的，不同種類的鋼板，缺陷變化千差萬別，為適應未知情況，本系統(tǒng)具有自動增益設(shè)定和自動評估功能，評估系統(tǒng)采用權(quán)限分級控制，能對鋼板中的線狀缺陷自動進行長度測量，自動進行面積測量和百分比測量；能自動評定出鋼板的實際探傷級別，能對鋼板中的缺陷進行精確的定位；能打印出探傷圖及缺陷的位置標注。建立的專家?guī)煜到y(tǒng)，可以根據(jù)經(jīng)驗修改評估算法和關(guān)鍵參數(shù)，實現(xiàn)自動評級，以提高自動評定鋼板等級的科學性和合理性。

3.5 單點缺陷合并理論

按照超聲波探傷要求，合并后的單點缺陷的集合組成缺陷區(qū)，計算出各個傷區(qū)的指示長度、指示面積、面積百分比，取各傷區(qū)指示長度的最大值Lmax、指示面積的最大值Smax、面積百分比的最大值Pmax，再按執(zhí)行標準對鋼板進行自動判級。

4 對比探傷試驗結(jié)果分析

超聲波探傷設(shè)備系統(tǒng)安裝調(diào)試完成后，要經(jīng)過一段時間的對比實驗是很重要的，要確定對探傷準確無誤后，探傷系統(tǒng)才能投入使用，在探傷對比階段，最少要進行上百張次鋼板的探板工作。例如在某工程項目做的探傷對比實驗中，共探板280多張次（包括同一鋼板多次探傷），排除重復探傷，共探鋼板112張，鋼板厚度從12 mm到30 mm，寬度從1600 mm到2500 mm，長度從6300 mm到11450 mm。其中有缺陷鋼板51張，完全沒有缺陷的鋼板61張。有缺陷的鋼板中一級鋼板17張，二級鋼板2張，改判鋼板32張。判級合格的鋼板和手工探傷完全一致。改判有誤的鋼板9張。因表面彎曲度、表面打磨、表面戳傷造成靈敏度變化的誤判6張。因表面污物（沙子、鐵屑、鋼絲、邊部毛刺）造成耦合不好的誤判2張，該問題為偶然因素。因為干擾波引起的單點缺陷誤報但判級正確的鋼板6張，該問題通過改變探傷速度和相關(guān)報警技術(shù)解決。

因耦合水質(zhì)引起的單點缺陷漏報但判級正確的鋼板1張，該問題通過改善水質(zhì)解決。綜合以上結(jié)果，自動探傷合格，人工探傷也合格的準確率100%，自動探傷不合格，人工探傷合格的誤報率為9/112=8.04%，排除已解決問題和偶然因素，誤報率不超過2%。其超聲波對比探傷技術(shù)保證及功能考核依據(jù)如表1。

圖1為一實際探測鋼板缺陷分布圖的探傷報告。

5 結(jié)語

在線自動化超聲波探傷設(shè)備和評價系統(tǒng)，要結(jié)合現(xiàn)場具體情況，以實現(xiàn)占用場地少，空載時間比例小，在實際應用中科學合理地將現(xiàn)場生產(chǎn)工藝、專家經(jīng)驗、管理制度與探傷軟件相結(jié)合，使系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性、可靠性，加快探傷節(jié)奏，提高探傷產(chǎn)量；利用缺陷評估算法，減少了漏探、誤探，確保了檢測結(jié)果的準確可靠，提高了鋼板等級評定的準確性。

表1 超聲波對比探傷技術(shù)保證及功能考核依據(jù)

圖1 實際探測鋼板缺陷分布圖的探傷報

目前國內(nèi)生產(chǎn)的在線自動化超聲波探傷設(shè)備已實現(xiàn)了超聲檢測結(jié)果的三維位置顯示，并且能對鋼板內(nèi)部質(zhì)量進行定量評價，保證了系統(tǒng)的先進性和實用性，與國外同類探傷系統(tǒng)（加拿大NDT公司、日本Mitsubishi公司、德國Nukemu、NDT公司等）相比，在易用性、經(jīng)濟性、可維護性方面都有較大優(yōu)勢，已經(jīng)成為中厚板檢測的重要手段之一，成為很有應用前景的主流的無損檢測方法。

[1]Albert S.Birks,Robert E.Green,Jr等.美國無損檢測手冊(超聲卷) [M].上海：世界圖書出版公司.1996年.

Application of the Supersonic Flaw Detecting System in Medium and Heavy Plate Production and Performance Assessment

Cong Chen
(Project Management Dept.of Maanshan Iron and Steel Co.Ltd.,Maanshan,Anhui 243000,China)

Thebasicconfigurationofautomaticsupersonicflawdetectingsystemis introduced and the coretechnologyandbasicparameters ofthesystemarepresented. Through comparative analysis of flaw detection for steel plates,it is proved that the automatic supersonic flaw detecting system not only satisfies the requirement of production process,but also plays a positive role in automatic plate classification and improvement of plate quality.

supersonic flaw detecting;alarm;flaw;automatic evaluation;application

TP274

B

1006-6764（2014）10-0068-03

2014-06-26

叢?。?963-），男，1988年畢業(yè)與華東冶金學院，大學本科學歷，工程師，現(xiàn)從事電氣管理工作。