φ500～1000mm管材超声波水浸法自动探伤设备

2013-10-23吴海燕吴扬宝高东林张伦兆

无损检测 2013年10期

吴海燕，吴扬宝，高东林，张伦兆

（北京有色金属研究总院，北京 100088）

随着我国管材制造工业的发展，无缝管材正朝着大直径的方向发展。其对于探伤的要求越来越多，越来越高。很多厂家大多采用手工探伤方法，探头与钢管的接触是用机油、浆糊等作耦合剂探伤，存在探头磨损大、探伤速度慢等问题，影响生产效率。为了提高生产效率，降低劳动强度，采用超声波水浸法自动探伤可满足实际生产要求。

1 水浸法探伤原理及方法

所研制的水浸探伤设备采用脉冲反射法对管材进行探伤。探伤形式为探头左右摆动调整，管材螺旋前进。局部水浸法探伤所得管材中的缺陷由超声波探伤仪判别，计算机记录缺陷大小并报警，实现自动化探伤目的。管材超声波水浸法探伤需注意下列几点：

图1 φ500～1000mm管材水浸法探伤

（1）管材水浸法探伤的波形与接触法不同，除始波外，还有界面波，如图1所示。为了充分利用仪器的示波屏，并使缺陷波形显示清晰，通过适当调节仪器的“水平”和“扫描时间”旋钮，使始波不显示，一、二次界面波得到显示。另外也可采用跟踪触发方式，即仪器的扫描电路由界面脉冲触发，这时没有始波显示，只有界面波显示。当探头位置调试正常时，探头左右摆动调整改变入射角，管材转动前进，在一、二次界面波之间显示缺陷波形。

（2）探伤机械设备应有良好的精度（即同心度）和随动性，以保证动态情况下界面波的位置和幅度无显著变化。

（3）应经常保持探头声透镜表面洁净，为此除定时检查清洗外，还必须保持耦合用水的清洁。

（4）水浸法探伤用16通道仪器组合探头，设备实现自动化探伤。必须保证各通道具有基本一致的探伤灵敏度。

（5）探伤中应注意随时排除各种干扰信号，防止造成误报警现象。

2 超声波水浸法自动探伤设备构成

φ500～1000mm管材超声波水浸法自动探伤系统组成如图2所示。

图2 超声波水浸法自动探伤设备构成

2.1 探伤主机

探伤主机由升降装置、水箱、随动装置、组合探头和调节装置组成。升降装置的作用是保证主机中心与钢管在辊道上中心一致。组合探头装在水箱内，由探头调节装置调节入射角。为了保证入射角稳定且波形晃动较小，随动装置起到水箱与钢管随动作用，如图3所示。

2.2 随动装置

水浸法探伤时，探头不直接与管材接触，而是通过水来耦合。若管材螺旋前进时有一定波动，将造成入射角改变，缺陷波形也随之改变，非常不利于探伤。为了减少缺陷波形波动，设计了随动装置，以保持探头到管材表面距离的相对稳定。随动装置主要是在水箱上装有弹簧，保证水箱可以上下随动，水箱下方有辊轮，可以左右移动，以此达到随动目的，起到减少界面波晃动，使缺陷波形相对稳定的效果。

图3 探伤主机

2.3 组合探头结构

2.3.1 组合探头结构

探头是由7个单一的线聚焦探头组合而成的，如图4所示。探头晶片面积大有利于提高检测速度，但晶片面积过大会影响探头灵敏度分辨力及声阻抗，故一般选择为φ10mm左右。

实际每个晶片的尺寸为20mm×12mm，是由同一块晶片切割而成，制作成组合探头，探头晶片相隔间隙为2mm。组合探头有效长度150mm。每一个探头分别由仪器每个通道控制。探头频率5MHz。晶片材料锆钛酸铅。

按照以上方法制做的组合探头特性基本相同。由于线聚焦探头呈直线排列，利用声场扩散原理，各个探头之间有一定的覆盖区域，宽度等于若干探头的声场有效宽度之和，故探伤螺距成倍增大，从而提高了探伤速度，如图5所示。同时水程距离变化对探头扫查效果有直接影响，所以必须控制在一定范围内，不然影响探伤仪计算机对缺陷的判别。

图5 组合探头性能示意

2.3.2 组合探头要求

同一组合探头的灵敏度误差应小于4dB。探头之间声束要求平行，即探头晶片要求在同一平面上。探头要求有较高的机－电转换效率，以得到较高的探伤灵敏度。脉冲持续时间要短，激励后可尽快回到静止状态，以便获得较高的纵向分辨力和较小的盲区。要求有良好的波形，即有接近高斯曲线的频谱分布曲线。要求有适当的声阻抗，以获得较高辐射效率。