螺旋焊管焊縫自動(dòng)超聲探傷系統(tǒng)

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1、螺旋焊管焊縫自動(dòng)超聲探傷系統(tǒng)發(fā)表于:2007-7-1315:59??作者:麥蒂??來源:中國焊接之家社區(qū)朱延功　劉嵩　高學(xué)山　徐殿國　王炎［摘要］　鋼管焊縫的自動(dòng)超聲檢測(cè)是一個(gè)國內(nèi)尚未解決的問題，本文介紹了一種螺旋鋼管焊縫自動(dòng)超聲探聲探傷系統(tǒng)的組成，并詳細(xì)介紹了螺旋鋼管焊縫自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的機(jī)械和電氣結(jié)構(gòu)以及工作過程。關(guān)鍵詞　焊縫跟蹤　超聲探傷　　1　前言　　管道運(yùn)輸作為一種高效的專用運(yùn)輸手段，已在石油天然氣運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域發(fā)揮了越來越大的作用。國內(nèi)大口徑運(yùn)輸管線目前主要采用螺旋焊接鋼管建造。為保證運(yùn)輸管線的可靠運(yùn)作，必須嚴(yán)格保證所使用的螺旋鋼管的質(zhì)量。因此，需要在鋼管出廠前對(duì)焊縫進(jìn)

2、行無損探傷檢查，以消除隱患?！　≡跉W美發(fā)達(dá)國家，人們對(duì)鋼管的無損檢測(cè)認(rèn)識(shí)得比較早，在檢測(cè)設(shè)備的研制和使用上進(jìn)行了大量的投入。同國外相比，我國的檢測(cè)設(shè)備水平比較落后，對(duì)鋼管焊縫的檢測(cè)基本上還是采用手動(dòng)或半自動(dòng)設(shè)備進(jìn)行，因?yàn)闄z測(cè)效率極低，通常只能采用抽查的方法，無法完全檢測(cè)出每根鋼管中可能存在的缺陷。在各種國際性招標(biāo)活動(dòng)中，通常都要求參與投標(biāo)的鋼管生產(chǎn)企業(yè)具有比較完善的檢測(cè)措施，一些企業(yè)雖然花費(fèi)巨額資金從國外引進(jìn)了一些自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備，但由于國內(nèi)生產(chǎn)和檢測(cè)配套條件的限制，其使用效果往往并不理想，結(jié)果導(dǎo)致許多引進(jìn)設(shè)備處于閑置狀態(tài)，浪費(fèi)了大量的資金。目前的情況大大限制了國內(nèi)鋼管生產(chǎn)企業(yè)

3、的國際競爭力。因此，鋼管焊縫的無損檢測(cè)一直是各企業(yè)難以解決而又亟待解決的重要問題，迫切需要開發(fā)一種適合于我國生產(chǎn)條件的自動(dòng)化焊縫檢測(cè)設(shè)備。本文將首先介紹一種用于螺旋焊接鋼管焊縫檢測(cè)的自動(dòng)化超聲波探傷系統(tǒng)整體組成，然后介紹作為檢測(cè)設(shè)備核心的焊縫跟蹤機(jī)構(gòu)的機(jī)械和電氣結(jié)構(gòu)，并介紹了系統(tǒng)自動(dòng)探傷的工作過程。　　2　探傷系統(tǒng)組成　　焊縫探傷比較有效的手段是采用脈沖反射式超聲波檢測(cè)技術(shù)。由于主要是判斷是否存在缺陷，這里我們采用A型顯示(A掃描)的超聲波探傷儀。它利用超聲波的反射特性，在熒光屏上以縱坐標(biāo)代表反射回波的幅度，以橫坐標(biāo)代表反射回波的傳播時(shí)間，根據(jù)缺陷反射波的幅度和時(shí)間來確定缺

4、陷的大小和存在的位置，如圖1所示。圖中，T為工件表面反射波，F(xiàn)為缺陷波，B為底面反射波。圖1　A掃描顯示缺陷　　采用超聲波探傷儀的自動(dòng)化探傷系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖2所示，整個(gè)系統(tǒng)由超聲波探傷儀、運(yùn)輸小車和焊縫跟蹤機(jī)構(gòu)組成。超聲波探傷儀用于焊縫探傷，這里采用沿圓周對(duì)稱分布的6個(gè)斜探頭以檢測(cè)焊縫中存在的氣孔、裂紋、夾渣、未焊透和未熔合等缺陷；運(yùn)輸小車用于移動(dòng)鋼管，檢測(cè)時(shí)，將鋼管放在運(yùn)輸小車上送到焊縫跟蹤系統(tǒng)下方，小車一邊前進(jìn)，一邊旋轉(zhuǎn)鋼管，兩種運(yùn)動(dòng)合成為鋼管的螺旋運(yùn)動(dòng)，理想情況下，鋼管的進(jìn)給和旋轉(zhuǎn)嚴(yán)格同步，在鋼管焊縫螺旋角不變的條件下，焊縫嚴(yán)格位于探傷系統(tǒng)的檢測(cè)范圍內(nèi)。焊縫跟蹤系統(tǒng)是

5、超聲探傷儀的載體，用于跟蹤鋼管焊縫的中心。為保證檢測(cè)的精度和可靠性，超聲探頭系統(tǒng)需要安裝在焊縫跟蹤系統(tǒng)上進(jìn)行工作。其原因是：(1)探傷儀的探頭系統(tǒng)對(duì)位置精度要求較高。由于超聲探頭系統(tǒng)本身的原理和結(jié)構(gòu)的限制，要求探頭系統(tǒng)必須具有很高的定位精度。(2)焊縫條件限制。理想情況下，鋼管的焊縫為一參數(shù)固定的螺旋線，但在鋼管焊接過程中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)偏差，造成鋼管焊縫幾何參數(shù)發(fā)生變化，因而要求檢測(cè)設(shè)備能夠補(bǔ)償這一種變化。(3)由于運(yùn)輸小車的運(yùn)動(dòng)不精確，難以保證進(jìn)給和旋轉(zhuǎn)兩種運(yùn)動(dòng)的嚴(yán)格同步，從而導(dǎo)致焊縫相對(duì)探頭系統(tǒng)發(fā)生偏移，因此，要求檢測(cè)設(shè)備必須能跟蹤焊縫的偏移。圖2　螺旋鋼管焊縫自動(dòng)超聲探傷

6、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)　　在圖2的系統(tǒng)中，采用兩臺(tái)交流變頻調(diào)速電機(jī)實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸小車的進(jìn)給和鋼管的旋轉(zhuǎn)，由于鋼管的質(zhì)量大，鋼管的進(jìn)給和旋轉(zhuǎn)無法嚴(yán)格同步，在檢測(cè)初始階段尤為顯著，因而焊縫跟蹤系統(tǒng)是焊縫自動(dòng)探傷設(shè)備的關(guān)鍵部分。下面著重介紹這一部分?！　?　焊縫跟蹤系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)　　由前述可見，自動(dòng)化超聲波探傷對(duì)焊縫跟蹤系統(tǒng)的要求很高，我們所設(shè)計(jì)的焊縫跟蹤系統(tǒng)滿足下述指標(biāo)要求：　　1)適用鋼管范圍：螺旋埋弧焊管外徑Φ337-Φ1200mm;帶鋼寬度550-1500mm;焊縫螺旋角10°-75°；焊縫余高　≥2mm;焊縫寬度8-30mm.　　2)焊縫切線運(yùn)動(dòng)速度：≤8m/min;　　3)焊縫位置跟蹤精度

7、：±1mm;　　4)水平跟蹤范圍：±300mm;　　5)垂直跟蹤范圍：±150mm。　　根據(jù)指標(biāo)要求，在設(shè)計(jì)焊縫跟蹤系統(tǒng)時(shí)，在機(jī)械上采用兩個(gè)平移自由度：一個(gè)為垂直方向，帶動(dòng)超聲波探頭架上下移動(dòng)；另一個(gè)為水平方向，帶動(dòng)探頭架在水平面內(nèi)沿鋼管母線方向移動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼管焊縫偏移的跟蹤。焊縫跟蹤系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖3所示。探頭架安裝在垂直螺母上。兩個(gè)自由度均采用絲杠副實(shí)現(xiàn)平移運(yùn)動(dòng)，各采用一臺(tái)交流伺服電機(jī)通過減速器驅(qū)動(dòng)。電機(jī)軸到絲杠軸的減速比為9，絲杠的螺距為6mm,電機(jī)最高轉(zhuǎn)速為300r/min，由上述參數(shù)得到水平垂直機(jī)構(gòu)的最