宽厚板在线探伤仪适应性改造

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宽厚板在线探伤仪适应性改造
刘 涛
摘要：宽厚板生产线采用的在线超声波自动探伤仪主要用于检测钢板内部的分层、疏松、偏析、夹杂、夹渣等缺陷。

由于设备老化严重，原厂家已破产无法提供技术支持，设备故障频次增多，导致探伤图形波动大，无法满足风电钢、容器钢、桥梁钢等钢板在线探伤需求。

特别是在2019年北极LNG2项目的两次现场审核中，业主提出了关于在线探伤设备连续稳定运行能力的整改建议，对莱钢厚板产品的探伤准确性产生了质疑。

此外，原有的在线探伤设备效率低下，制约了剪切线的产能提升。

因此，为了提高宽厚板产品的质量和接单能力，进一步增强其竞争力和经济效益，并解决剪切线产能瓶颈问题，需要对在线探伤系统进行升级改造。

关键词：探伤仪；改造；控制系统；PLC；检测
1 现状描述
1.1 在线超声波探伤仪的基本情况
宽厚板生产线采用的在线超声波自动探伤仪是德国NDT公司生产的，型号为00340。

该设备的作用是检测钢板内部质量，用于检测钢板的分层、疏松、偏析、夹杂、夹渣等内部缺陷。

该设备涉及到自动化PLC系统、DEU及AES计算机系统、信号采集接收处理的VME系统、本体及边部检测机构、气动系统、供水系统等多个部件，结构复杂，技术难度较高。

该设备从2008年开始安装使用至今，各种管路、线路、支架、电气元件等部件老化严重，导致设备故障频次增多，探伤图形波动大，影响了对钢板缺陷的精准检测。

随着市场需求的增加，海工钢、容器钢、风电钢、桥梁钢等专用钢板都需要进行在线探伤。

同时，随着宽厚板产品的开发，高端品种板、专用板的比例逐步提高，许多产品相继进入YAMAL、AGPP等重点项目，油罐容器等产品也进入能源领域，对产品质量提出了更高的要求。

然而，原有的设备装备水平已不能满足当前产品在线探伤的质量要求，在线超声波探伤仪的运行状态直接制约了厚板的接单和生产能力，迫切需要进行升级改造。

1.2 目前存在的问题
（1）设备原生产厂家德国NDT公司因资金问题破产，技术无转接。

原控制系统缺少专业的备件和技术支持，特别是其内存映射的通讯模式所依赖的A11及A15板卡无任何可替换备件，一旦损坏，设备将直接瘫痪，由于此原因，亟须改造升级为TCP/IP的通讯模式。

国内同样采用德国NDT公司的超声波自动探伤仪的钢厂大多已启动升级改造，消除此隐患。

再加上系统配套硬件大量依靠进口，价格昂贵并且匹配硬件由于型号更新较快停产较多，大量备件无法提报及落实。

（2）软件及工控系统。

工控系统机组使用10年，硬件老化损坏严重，再加上探伤板产能提升，探伤信息数据量、存储量增多，频繁出现硬件热保护死机，但由于工控软件为原NDT公司开发软件，无法自行进行硬件升级匹配NDT软件；同时由于部分探头通道通讯无法激活，探头水膜调整不到位及支架的偏斜，导致标定板检测图谱遍布杂波信号及耦合不良的误报信息，无法区分有效缺陷，严重影响检验判定，存在极大的漏检隐患。

（3）电子信号处理系统。

电子信号处理系统基于10多年前的技术搭建，已经严重老化，多个通道存在故障，降噪能力非常低，界面回波增高，影响探头DYN值，噪音波幅增高，影响小缺陷判定，幻象波增多，增加误判率，通道故障已严重影响信号的处理接收。

（4）主体组件。

边探小车结构设计不合理，故障频发，现已无法实现边部检测；探头升降支架直接影响探头与钢板的接触角度，因此对加工精度要求较高，原装备件已经无法采购，国产化后的备件，精度水平较不稳定，经常出现卡阻等现象，从而导致探头偏斜磨损，影响判定图谱和使用寿命；小车电控箱防水性能老化裂化，机箱内渗水潮湿，通讯控制板卡及线路受潮浸水损坏严重；探头耦合水膜调整要求精度高（0.35mm±0.05mm），调整繁琐。

（5）水气介质供应系统。

探伤供水水质不稳定，以及原设计配置不高，造成水中杂质较多，杂质附着与探头和探伤钢板之间，造成图谱失真，影响钢板的判定。

同时因探伤用水源自于净环系统，水质相对较好，但直排地沟进入了浊环水系统，无法再重新串级回净环系统进行重复利用，造成循环水的浪费和水耗升高，探伤使用时，每小时增加新水消耗约12m3～13m3。

探伤压缩空气源含水量大，洁净度达不到现场设备使用要求，造成气动执行元器件动作异常甚至失效不动作，影响了探伤的正常工作。

2 在线探伤适应性改造的必要性
2.1 满足产品检验标准提升的要求
目前宽厚板执行的探伤标准有ASTM A578、EN
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10160、GB/T2970、NB/T47013.3、JB/T 4730等，虽然这些标准在探伤方式上略有不同，但对钢板的探伤扫查面积要求完全一致，要求对钢板进行100%的扫查，并且对边部也需要进行严格的扫查。

与2005年发布的JB/T 4730.3-2005标准相比，2015年新颁布的NB/T 47013.3-2015标准对不允许存在的缺陷大小、面积和数量都有了较大的提升。

而在2018年7月发布的NB/T 47013.3-2015号修改单中，对内部质量又进行了升级，将内部缺陷大小、面积和数量要求降低到原标准的50%。

而像ALNG2等重点客户对探伤质量要求更加严苛。

由于现有设备装备水平已经无法满足现有标准的需求，加上探伤设备存在的隐患，使得漏检的风险增加，急需对设备进行升级和边探功能的恢复，以满足不断提高的探伤标准要求。

2.2 满足产能提升的需求
宽厚板生产线的探伤方式有人工离线探伤和在线自动探伤两种方式。

以常见规格2500×12000的宽厚板为例，按照标准的要求，人工离线探伤需要3人共计40分钟才能扫查完一张钢板，扫查间隔为100mm，速度为150mm/s；而在线自动探伤则无需人工值守，只需2分钟即可完成。

然而目前设备稳定性差，导致大量钢板需要下线进行人工探伤，这不仅增加了职工的劳动强度，同时由于效率较低，也导致合同无法按时交货。

此外，对于像ALNG2等重点客户，他们也不认可人工探伤。

与其他钢厂相比，经过探伤仪的升级后，仅需1分钟就能完成同尺寸钢板的探伤，针对单条剪切线来说，这1分钟显得尤为重要。

为了解决探伤仪效率受限的问题，迫切需要对探伤设备进行改造和升级。

2.3 满足品种结构调整及产品认证的需求
目前宽厚板产品中，探伤钢板的比例已经超过了70%，随着公司品种结构调整方案的推进，高端容器、桥梁钢、海工钢等品种的比例还将进一步提升。

对于高端品种的接单，通常都需要进行二方或三方认证审核，其中探伤检验能力的验证是必要的。

以北极LNG2项目的两次现场审核为例，项目业主方明确要求对在线探伤设备的能力进行评估，并在评估中对连续稳定运行能力和检验精度保证能力等方面提出了质疑。

然而目前在线探伤设备的整体运行状态实际上并不能满足现场监制的要求，因此急需进行全面的改造和升级。

2.4 满足设备维修要求
由于工控系统机组使用十年时间，设备老化导致配套硬件备件的升级速度较快。

原有的配套硬件大多因型号更新而停产，导致备件采购困难。

此外，电子信号处理系统老化和通道故障等问题导致电子器件退化，需要频繁更换UT探头以弥补其性能问题，导致探头的在线使用寿命缩短，从而增加了设备维护费用。

目前设备的电子检测单元电子箱位于检测探头下方，容易受到耦合水的影响。

小车电控箱经历了水的侵蚀，防水性能老化，机箱内渗水潮湿，使得通讯控制板卡和线路受潮浸水严重损坏，增加了故障点和维护难度。

2.5 满足企业清洁生产和设备稳定性的需要
随着对产品质量管控的要求越来越严格以及能耗指标的提高，当前的探伤供排水和工作气源设计仍然相对粗放，高质量化程度还不够。

因此，需要进一步优化探伤供排水和压缩空气系统的设计，提高动力介质的精度和运行可靠性。

3 改造方案
为了保证设备升级效率更高、更经济合理，并确保长期稳定性和良好的维护性，需要咨询目前国内采用的上置式和下置式结构以及其他厂家的改造情况。

3.1 利旧部分
原有设备的整体机械结构基本保留，例如支撑托架横梁、AB车行走支架、边探行走支架、部分探头抬升支架、压下辊、测长轮、驱动机构和电机等。

PLC电气控制柜和传动柜可以部分继续使用，控制软件和HMI界面也可以部分利用旧有的。

3.2 改造部分
3.2.1 软件升级
（1）升级工控机，安装最新版本的Wincc/DEU/AES 软件，使用更先进的操作模式和相应的通讯模式，能够根据实际设备情况进行软件的优化和改进调试，使设备功能达到最优化。

同时保持之前的软件操作界面和操作方式，不会影响操作人员的使用习惯。

（2）将映射内存通讯模式替换为TCP/IP通讯模式，该协议不依赖于任何特定的计算机硬件或操作系统，提供开放的协议标准。

这样可以解除对A11/A15板卡的依赖。

（3）对整套系统进行功能测试，备份系统全部参数，对重要参数进行比对和记录；更新软件地址；更新软件程序和参数；重新设置超声波（VME）软件；重新设置DEU 相关设置。

通过硬件及其对应的硬件程序升级后，探伤系统的数据传送方式更新为TCP/IP，这种数据传送方式比过去的映射内存卡更快、更稳定。

同时使用这种数据传送方式，不再需要映射内存卡，在维修方面更加方便，降低了后续的维修成本。

（4）升级优化更加便捷的探伤标准自添加系统。

且所有标准中的检测评估参数可根据需要进行调整，满足客户多样化的定制需求。

3.2.2 硬件升级
（1）工控机升级配置。

由于需要存储大量的探伤信息，DEU和AES系统硬盘容量需要提升。

同时，根据目前工控机的状况，需要更换散热效果更好的显卡，以防止长时间运行导致硬件过热而死机。

为了保证系统的运行顺畅，并
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满足今后的生产要求，需要提升工控机的整体配置。

升级之后，系统不再因为控制系统硬件不足而导致软件和系统不稳定甚至瘫痪的问题，同时设备的稳定性也得到了保障和提高。

由于板卡原因导致的通讯故障不再频繁报告，系统能够最佳地满足生产需求。

（2）PLC及超声波系统硬件升级替换。

我们将升级VEM+L3电气柜中的硬件，根据升级的系统和软件要求更换相匹配的硬件；超声波VMUS板进行升级和更换；修改PAK A+B硬件，进行硬件匹配测试；PLC硬件升级为西门子1500系列，包括接口板和通讯线等，根据系统要求进行PLC架构和功能模块的更换升级。

（3）边探小车改造。

我们采用了新式的工作机制来改造边探机构。

新增加了4组位置传感器，提高了边部跟踪的精度，提升了安全系数。

将探头替换为相控阵探头（PEP），可以扩大检测的厚度范围，缩减边部盲区，提升最大检测灵敏度。

（4）电子信号处理系统。

我们将升级为全新的电子信号处理系统。

（5）探头升级改造。

根据环境和使用特点的要求，我们将对探头进行适应性升级和后续校准，改造探头支架、耐磨板以及相关的支架和管路。

（6）水气介质供应系统改造。

为了最大限度地减轻介质供应对探伤设备的不利影响，我们将对给水和气管路进行相应的机械结构调整和升级改造，增加介质过滤精度，以最大限度地减轻介质供应对探伤设备的不利影响。

3.2.3 手持探伤仪和探头升级
客户对于钢板内部质量的要求逐步提升，要求探伤时能更准确、更快速地检出内部微小缺陷。

目前用于宽厚板检测的超声波探伤仪和探头是10年前采购的设备，需要进行升级改造以提高准确度和灵敏度，并实现以下功能。

（1）多个独立的探伤通道，可以自动生成多种探伤工艺和标准，可以自由设置各行业的探伤工艺标准，以满足客户个性化的质量需求。

（2）具有B扫描功能，可以直观地显示工件缺陷的形状，实现可追溯的检测管理。

（3）自动生成DAC和AVG曲线，取样点不受限制，并可以进行补偿和修正，实现更快速准确的检测。

3.3 项目目标
3.3.1 软件及系统
计算机控制系统对超声波检测设备系统的工作进行整合、协调和同步。

它控制着信息流，组织检测数据的处理、收集、处理、提交和存储数据。

3.3.2 控制系统
（1）系统改造后达到技术指标。

（2）防止性能急剧下降导致设备停机，延长其使用寿命至未来10年～15年。

（3）降低更换探头的备件费用。

消除由于在许多情况下，电子器件的退化需要通过频繁地更换UT探头为其不良性能做补偿，在设备升级后，一些UT探头可以工作更长的时间。

（4）先进的检测结果显示，即A扫、B扫和C扫均可见。

所有需要的关于校准、检测及被检材料的信息都以检测报告的形式显示在显示器上。

软件对于储存的数据将通过C 扫形式显示，带有报警信息的X-Y坐标图。

检测结果与检测过程同步显示，检测的数据及显示能够精确到报警位置±5mm。

所有检测到的可用的缺陷信息及从上位机中接收的额外信息，都以每块检测工件为单元单独存储在计算机中。

至少存储12个月。

（5）外部动力介质系统更加优质、高效和节约化。

不但大大降低维护费用，而且延长探头及其气动元器件使用寿命，改善现场探头作业环境和工况，提高探伤整体设备工作稳定性。

4 费用预算
约计885万元。

5 经济效益分析
5.1 经济效益
（1）探伤板增产增效。

按照项目改造完成后探伤板年增加10万吨、吨钢增效100元、项目贡献度50%计算，经济效益500万元。

（2）降低生产成本。

延长设备使用寿命，提高稳定性，减少了停机损失和维护成本。

根据以往故障停机和维护成本统计对比，年可降低生产成本约15万元。

综上所述，此项目实施后，年可增效总计约515万元。

5.2 社会效益
通过项目的实施，能够准确、高效地检测钢板内部质量，提高准检测的准确性，进一步扩大莱钢探伤钢板的市场知名度和质量信誉。

同时，能够更好地满足重点工程、特殊行业等二方审核资质，为宽厚板的市场开拓和产品结构调整提供保障。

6 结语
该项目实施后满足产品检验标准提升的要求，消除由此产生产品质量责任风险；满足客户个性化探伤质量的需求，提升探伤板接单量。

安全状况良好，安全设施运行稳定。

（作者单位：山东钢铁股份有限公司莱芜分公司设备
管理部）
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