φ60～245mm无缝钢管超声波自动检测系统

<60～245mm无缝钢管超声波自动检测系统

张　恒,吴扬宝,邹正烈

(北京有色金属研究总院机电设备开发中心,北京　100088)

摘　要:介绍一种适用于<60～245mm的无缝钢管超声波自动检测系统,包括系统入射角、偏心距、探头频率和焦距、水层深度、系统组成、控制系统以及超声波探伤仪的参数选择和设计要点。按G B5777—1996C8级灵敏度进行测试,其综合性能指标达到Y B4082—1992要求,现场运行状况良好。

关键词:超声检验;无缝钢管;自动检测;系统设计

中图分类号:TG115.28 文献标识码:A 文章编号:100026656(2003)0620291203

AN AUTOMATIC U LTRASONIC TESTING SYSTEM FOR<60—245mm

SEAMLESS STEE L TUBES

ZH ANG H eng,WU Yang2b ao,ZH OU Zheng2lie

(Beijing G eneral Research Institute for N on2Ferrous Metals,Beijing100088,China)

Abstract:An automatic ultras onic testing system for<60—245mm seamless steel tubes was introduced including its con2 struction,control unit,incident angle,eccentric distance,transducer frequency,focal point to transducer distance,water depth and the parameters and design of ultras onic detection equipment.The synthetic index of the system met the requirement of standard Y B4082—1992according to the sensitivity level of C8in G B5777—1996.On2site operation showed that the system w orked well.

K eyw ords:Ultras onic inspection;Seamless steel tube;Automatic inspection;System design

在无缝钢管制造中,由于材料中的夹渣或材质疏松,使成形后的钢管表面或内部产生裂纹和折叠等缺陷,存在安全隐患,尤其是高温、高压下使用的无缝钢管,质量要求高,需进行无损检测。据此研发了<60～245mm无缝钢管超声波自动探伤系统。

1　探伤方法和工艺参数的确定[1]

根据超声波检测原理和探伤实践,选择半水箱式水浸耦合横波脉冲反射法检测无缝钢管,因为水浸法有利于实现检测过程的自动化,而且通过水介质时容易收敛声束,提高检测信噪比,同时利用声波在水和管材两种介质分界面的折射和波型转换得到纯横波。系统采用横波脉冲反射法,具有八个通道,两组(每组四个)探头,从相对方向双向入射(图1)。

1.1　入射角的确定

收稿日期:20022082

26

图1　主机示意图

入射角α的选择原则是,既能在钢管中激发纯横波又能探测到管子内壁上的缺陷。纯横波获得的条件是入射角大于第一临界角,即

α≥α

1

=arcsin

c1l

c2l

(1)

式中　α1———第一临界角

・

1

9

2

・

第25卷第6期2003年6月无损检测

NDT

V ol.25　N o.6

Jun.　2003

c 1l ———水中纵波声速c 1l =1480m/s c 2l ———钢中纵波声速c 2l =5900m/s

上述数据代入式(1)得α1=14.53°

,故α≥14.53°。当钢管中声束与内壁相切时,折射横波刚能扫查到钢管内壁缺陷,故能检测到内壁缺陷的条件是

α≤α2=arcsin

c 1l c 2s r

R

(2)

式中　α2—

——利用纯横波检测的最大入射角c 2s ———钢中横波声速

c 2s =3200m/s r ———钢管内半径R ———钢管外半径r R

———壁厚比r R

≥0.6由式(1)和(2)得α1≤α≤α2,即14.53°

≤α≤α2,其中α2由具体检测的钢管尺寸算得。系统的检测对象为<60～245mm 钢管,探头入

射角为14°～29°内连续可调。1.2　偏心距的选择

由于无缝钢管的外表面为带有一定曲率的弧面

,因此不同的入射角实际是通过调整探头偏心距X 来实现的。由图2可知

sin α=

X

R

(3)

图2　探伤原理图

综合式(1)～(3)得

0.251R ≤X ≤0.462r

(4)

一般取

X =

0.251R +0.462r

2

(5)

1.3　探头参数的选择1.3.1　探头频率f

根据超声波检测原理,要降低超声波通过介质

时的衰减和避免草状回波的干扰,应采用波长较长和频率较低的超声波;而要检出尺寸小的缺陷则希望超声波的波长要短。综合考虑各方面因素以及用户要求的技术参数,结合试验选定频率f =5MH z 。1.3.2　探头焦距F

据管径d 选择不同的探头焦距,具体见表1。

表1　探头焦距的选取

mm

钢管直径

d min

d max

探头焦距

F

钢管直径

d min

d max

探头焦距

F

<60<12080<180<245140

<120

<180

110

1.4　水层深度H 的选择

由图2得水层深度

H =F -(R 2-X 2)1/2

(6)

同时,为使声束有效地探测到内壁缺陷并能在荧光屏上与水层界面清晰地分开,要求水层深度大

于钢中横波声程的二分之一,即

H ≥1

2R 2-(R -T )21/2

(7)式中　

T ———钢管壁厚

2　探伤系统的组成及探伤工艺流程

2.1　系统组成

系统由上料架体、上料辊道、主机、下料辊道和下料架体五部分组成。2.2　系统的功能和技术要求

系统探伤的主要工艺流程为上料→探伤→喷标→分选→下料,其流程示意见图3。

图3　系统探伤流程示意图

其机械系统主要功能有①自动上料。将被检测的无缝钢管从上料架翻到上料辊道的辊轮上。②钢管螺旋前进。通过调整上料辊道的辊轮,使被检测的无缝钢管在辊轮的摩擦力作用下螺旋前进,且钢管直线前进的速度分量和螺距都是连续可调的。③对无缝钢管探测到的缺陷进行自动打标、自动分选和自动下料。

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