多口径钢管涡流探伤系统的研究与设计张吉亮

多口径钢管涡流探伤系统的研究与设计

张吉亮，张双伟，王桂敏

（山东省煤田地质钻探工具厂，山东泰安272400）

摘

要

该文针对实际生产过程中，钢管口径种类多的情况，研究设计了一种新型涡流探伤系统。该系统实现了自动化控制，操作安全可靠，生产效率高。适合Φ73 Φ340mm 口径钢管探伤工艺，具有广阔的推广应用前景。关键词

多口径钢管

涡流探伤

点探头

自动控制

中图分类号TG115．28

文献标识码

B

Research and Design of ET for many Diameter Tubes

Abstract

In view of the actual production process ，the steel pipe diameter many kinds of situations ，study design a kind of new ET system．This system

realizes the automatic control ，safe and reliable operation ，high production efficiency．Suitable for a Φ73 Φ340mm pipe diameter ，has the broad appli-cation prospect．Key words

many Diameter Tubes

ET

probe

automatic control

1钢管无损探伤概述

无损探伤是在不损害被检对象的前提下，探测其

内部或外表缺陷的现代化检验技术，近年来已被广泛

应用于钢管生产检验中。用于无缝钢管生产中的无损

探伤方法主要有超声波探伤、磁力探伤、涡流探伤以及渗透探伤等。各种探伤方法都有其一定的使用范围。几种主要探伤方法的特点及比较见表1。

表1钢管无损探伤方法的比较

项目

超声波法涡流法磁力法

磁粉

漏磁

渗透法

基本原理缺陷对超声波的反射和吸收缺陷处漏电流的变化引起感应磁场的变化表面缺陷产生的漏磁对磁粉的吸引表面缺陷产生的漏磁的直接检测显示液对表面裂纹渗透

探伤部位表面，内部表面，内部表面（限于磁性材料）表面（限于磁性材料）表面灵敏度很高

高

较高

较高

高

检测纪录及显示方式

自动在线，立即显示

自动在线，立即显示

着色磁粉显示或荧光磁粉在暗室显示

自动在线，立即显示

着色液显示或荧光液在暗室显示

超声波探伤是一种最基本的无损探伤方法。它的

优点是能发现其他探伤方法不能发现的内部缺陷，能准确地确定缺陷的位置

，而且操作简单、迅速。这种方法的缺点是，不能判断缺陷的性质，对钢管表面粗糙度要求达2．5 5μm 。

磁粉探伤方法可用于探测铁磁性材料表面上或近表面的裂纹以及其他缺陷。磁粉探伤对表面缺陷的灵敏度最大；对表面以下的缺陷，探伤的灵敏度随着缺陷埋藏深度的增加而迅速降低。采用磁粉探伤方法检验铁磁性材料的表面缺陷，比采用超声波探伤有更高的灵敏度，而且操作简单，结果可靠。因此磁粉探伤是一种良好的表面探伤方法。

涡流探伤就是使导电的试件（导体）内产生涡电流（简称涡流），通过测量涡流的变化量来进行探伤的

*收稿日期：2011－09－07

作者简介：张吉亮（1982－），男，汉族，山东省平阴县人，工程师，硕士在读，煤炭矿山机电方向。

探伤方法。涡流探伤的优点是：探伤结果可以直接用

电信号输出，便于进行自动化检测；由于采用非接触式的方法，探伤速度很快；适用于表面缺陷的探伤。缺点是：对表面下较深部位的缺陷不能检测；容易产生杂乱信号；难以直接从检测所得的显示信号来判别缺陷的种类。

渗透探伤是以液体对固体的润湿能力和毛细现象（包括渗透和上升现象）为基础的探伤方法。和别的探伤方法相比，渗透探伤的优点是设备和探伤材料简单，显示缺陷直观，并同时可以显示各个方向的各类缺陷。其缺点是只能检查开口暴露于表面的缺陷，另外操作工序较繁杂。2

钢管涡流探伤现状分析

根据工业无损探伤的特点，为了实现探伤系统的自动化控制，目前我国钢管加工企业中，Ф180mm 以下规格无缝钢管涡流检测大多采用传统的穿过式线圈探伤方法。对于超过Ф180mm 的无缝钢管如果采用传统

的穿过式涡流方法进行检测，存在着诸多的问题，也是国家标准所不允许的。穿过式线圈探测的是钢管表面

的一个圆周面，

在采用穿过式线圈的涡流探伤中，被检测钢管的直径越大，线圈探测的圆周面积就越大，信噪比就越低。正是基于这个原因，钢管涡流探伤标准规定，采用穿过式线圈的涡流探伤，其外径尺寸不得大于180mm 。除此之外，在大口径钢管穿过式探伤时，钢管的磁化和退磁等都存在一定的难度。因此，不管是国内还是国外，对于大口径钢管的探伤，一般采用点探头式涡流探伤。3

多口径钢管涡流探伤方法

点式涡流探伤的检测灵敏度很高，对沿钢管轴向分布的裂纹和折叠缺陷有较高的检出率；除此之外，点式涡流探伤还兼有抑制环境温度和工件传输振动对探伤影响的作用。更重要的是，点式涡流探头的形式可以适应不同管径钢管的探伤要求。

山东省煤田地质钻探工具厂实际生产过程中，钢

管口径涉及Φ73 Φ340mm ，

范围大，种类多，为了更好的适应实际生产中对探伤工艺的要求，设计了一种

新型的随动式点式线圈涡流探伤系统。

（1）首先根据生产线的实际情况，确定了钢管沿

生产线螺旋旋转前进、

探头固定的探伤方式。在使钢管做旋转前进的同时，让点探头紧靠钢管表面，完成对整个外表面的扫查。（见图1

）

图1点探头与钢管的位置关系

（2）确定探头的数量。点探头探伤方式需要使用

多个检测探头以加大扫查螺距，以提高检测速度。涡流点式探头的尺寸一般都比较小，检测灵敏度较高，但却牺牲了探伤速度，而加大探头的覆盖检测区域，可以提高探伤速度，但检测灵敏度就会下降。经过研究与实践，确定了六通道形式的探伤系统。（上接第171页）过速、过卷、过负荷、松绳等保护，及提升机的速度监控、变频器的故障保护等。当有故障出现时，可转到相应的故障处理模块，进行故障处理，并通过安全回路实现安全制动或通过报警回路报警

。

图2系统总流程图

（2）故障处理程序功能模块：综合来自控制系统

的故障信息和内部监控程序检测到的故障信息。控制系统程序可根据故障类型和提升的当前的运行状态做出相应的判断，并记录发生的故障，便于工作人员进行查找和排除故障。5

理想S 型曲线的产生方法

提升机运行的状态分为加速、匀速和减速阶段。在加速阶段，速度是运行时间t 的函数，该段采用时间

方式进行速度给定。在减速阶段，

采用行程给定方式进行速度给定，

减速点可根据运行速度的变化在减速和停车区域间变化，根据到位传感器的输入信号来确定速度的大小。速度确定后，在PLC 内部计算出各个速度对应的交流电频率，以驱动变频器工作。6

结束语

彭庄煤矿矸石山采用PLC 变频调速控制系统，实现了无级调速，调速范围宽，性能好，速度呈S 型曲线，安全制动回路和友好的人机界面实时监测系统，提高了系统运行的可靠性。同时节能效果十分明显。参考文献：

［1］胡建．西门子S7－300PLC 应用教程［M ］．北京．机械工业出版社．2007

［2］李虹．变频调速在矿山节能中的应用［J ］．变频器世界，2003，

（8）．

［3］李鹤轩．变频器技术的发展趋势［N ］．中国机电日报；2001年