高財(cái)?shù)摚蠎c軍，李洪臣，晁 翔

（中油寶世順（秦皇島）鋼管有限公司，河北 秦皇島 066206）

100%覆蓋率鋼板超聲波檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

高財(cái)?shù)?，孟慶軍，李洪臣，晁 翔

（中油寶世順（秦皇島）鋼管有限公司，河北 秦皇島 066206）

為了實(shí)現(xiàn)鋼板超聲波檢測(cè)設(shè)備滿足100%覆蓋率掃查，結(jié)合鋼板原材料缺陷分布規(guī)律，從探架結(jié)構(gòu)到后期維修、從軟件操作到設(shè)備布局、從設(shè)備外觀到界面顯示等角度進(jìn)行了全面的分析，對(duì)原鋼板自動(dòng)超聲波檢測(cè)設(shè)備的機(jī)械、電氣、儀器和軟件等系統(tǒng)進(jìn)行了改造，將檢測(cè)通道由64個(gè)提升至212個(gè)，將單探頭探架升級(jí)為4探頭探架，將數(shù)據(jù)處理方式由原來的模擬式升級(jí)至數(shù)字式，并且在邊探加設(shè)板邊母材夾雜檢測(cè)功能。新的鋼板自動(dòng)超聲波檢測(cè)設(shè)備經(jīng)生產(chǎn)線使用驗(yàn)證，達(dá)到了平行線掃查100%覆蓋率的預(yù)期功效，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

直縫焊管；鋼板檢測(cè)設(shè)備；超聲波檢測(cè)設(shè)備；覆蓋率

Abstract:In order to realize 100%coverage rate scanning of steel plate ultrasonic testing equipment,combined with the distribution regularity of steel plate raw material defects,it conducted comprehensive analysis from several aspects,including from frame structure to late maintenance,from software operation to equipment layout,from equipment appearance to interface display etc.It also remolded the original some systems of steel plate testing equipment,such as machinery,electric,instrument,software and so on.The detect channel was increased from 64 to 212,the single probe frame was upgraded to four probes,the data processing method was changed from analog to digital,and added inclusion detection function on steel plate edge ultrasonic detection device.New steel plate automatic ultrasonic testing device was verified by production line application,which can not only achieve the expected effect of parallel scan 100%coverage rate,but also got good economic benefit.

Key words:SAWL pipe；steel plate testing equipment；ultrasonic testing equipment；coverage rate

由于海底石油、天然氣管道建設(shè)環(huán)境惡劣，因此涉及海底管道建設(shè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)直縫埋弧焊管的質(zhì)量要求十分嚴(yán)格[1]。直縫埋弧焊管生產(chǎn)過程中除了對(duì)原料鋼板的化學(xué)成分、力學(xué)性能和鋼板外形尺寸有明確要求外，一些管線標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范（如西氣東輸和陜京二線技術(shù)規(guī)范）還要求對(duì)鋼板進(jìn)行超聲波檢測(cè)[2-3]。鋼板檢測(cè)設(shè)備（以下簡(jiǎn)稱板探）作為鋼板入廠的第一道超聲波自動(dòng)檢測(cè)工序，主要檢測(cè)鋼板內(nèi)部的分層及夾雜類缺陷[4]。國(guó)內(nèi)中石油管線部分標(biāo)準(zhǔn)要求鋼板的超聲波檢測(cè)覆蓋率≥50%，國(guó)外酸性服役管線標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)全板體100%覆蓋率進(jìn)行掃查[5-7]。中油寶世順（秦皇島）鋼管有限公司（以下簡(jiǎn)稱寶世順公司）原板探共64個(gè)通道，其中內(nèi)探48個(gè)通道，邊探16個(gè)通道，共計(jì)50個(gè)探架，采用電機(jī)－曲柄滑動(dòng)機(jī)械裝置帶動(dòng)探頭進(jìn)行橫向掃查，板體平行線掃查最高覆蓋率僅為34%[8]。就板探最高覆蓋率而言，并不能滿足所有管線對(duì)鋼板自動(dòng)檢測(cè)覆蓋率的要求。本研究對(duì)寶世順公司原有的自動(dòng)超聲波檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了改造，設(shè)計(jì)了新型鋼板檢測(cè)系統(tǒng)，使其平行線掃查覆蓋率達(dá)到了100%，滿足國(guó)外酸性服役管線關(guān)于掃查覆蓋率的相關(guān)要求。

1 總體設(shè)計(jì)方案

對(duì)原鋼板超聲波檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行改造，通道數(shù)量由原來的64個(gè)提升至212個(gè)，可實(shí)現(xiàn)最大直徑1 422 mm鋼管用鋼板的全板體100%覆蓋率梳狀掃查。設(shè)備中內(nèi)探占用196個(gè)通道，邊探占12個(gè)通道，預(yù)留4個(gè)通道。將原來封閉的頂棚式框架結(jié)構(gòu)改為垂直提升方式，將提升裝置安裝在輥道下方，不但增強(qiáng)了軸承和傳輸部位承載力，而且在提升設(shè)備安全性能的前提下，方便探頭及探架維修更換。單探頭探架升級(jí)為4探頭探架，增設(shè)緩沖結(jié)構(gòu)，將探頭架與鋼板間的滑動(dòng)摩擦改成滾動(dòng)摩擦，探頭與鋼板的硬性接觸變?yōu)閺椥越佑|，提升了設(shè)備檢測(cè)穩(wěn)定性與重復(fù)率，降低了設(shè)備耗材。將原來的模擬式數(shù)據(jù)處理方式升級(jí)為數(shù)字式處理方式，檢測(cè)儀器模塊化、小型化，降低了設(shè)備故障頻次，節(jié)約了檢修時(shí)間。邊探加設(shè)了板邊母材夾雜檢測(cè)功能，增添了斜探頭檢測(cè)。檢測(cè)軟件具備了A掃、C掃、波形實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與記錄、簡(jiǎn)化報(bào)表等功能，提升了檢測(cè)結(jié)果的追溯性。

2 新型檢測(cè)系統(tǒng)工藝參數(shù)及流程

2.1 板探檢測(cè)范圍

鋼板寬度 1 490～4 500 mm，厚度 6.0～40.0 mm，長(zhǎng)度 10 000～12 300 mm。

2.2 檢測(cè)區(qū)域

板體梳狀掃查覆蓋率為100%，鋼板縱側(cè)邊盲區(qū)不大于3 mm，板端盲區(qū)不大于50 mm，上下板面盲區(qū)不大于1.5 mm[9]。

2.3 板邊檢測(cè)要求

每組邊探設(shè)置3個(gè)橫波斜探頭，用于檢測(cè)板邊15 mm的母材夾雜類缺欠（以Φ1.6 mm豎通孔或縱向短橫孔為檢測(cè)基準(zhǔn)），該檢測(cè)結(jié)果不作為鋼板評(píng)定的依據(jù)，僅作為鋼管母材質(zhì)量爭(zhēng)議的評(píng)判證據(jù)。

2.4 檢測(cè)靈敏度

縱波雙晶直探頭檢測(cè)采用Φ5 mm平底孔，埋藏深度T/4、T/2、3T/4；橫波斜探頭檢測(cè)采用Φ1.6 mm豎通孔或縱向短橫孔。

2.5 檢測(cè)方法

采用縱波雙晶直探頭檢測(cè)，水膜接觸耦合方式，探頭分割面垂直于掃查方向。缺陷波檢測(cè)鋼板全深度范圍，上表面盲區(qū)1.5 mm，下表面盲區(qū)1.5 mm；鋼板邊緣15 mm，利用水膜法進(jìn)行橫波檢測(cè)。

2.6 探頭布置

鋼板兩邊緣探頭沿鋼板長(zhǎng)度方向排列，各有6只探頭，其中3只斜探頭為2.5P10×15K1，用于橫波檢測(cè)，3只橫向15 mm 100%檢測(cè)覆蓋，如圖1所示[10]。探頭組距鋼板邊緣距離可調(diào)，探頭架距離板邊可調(diào)范圍150 mm，每個(gè)探頭有10 mm的活動(dòng)范圍；3只雙晶直探頭 5P8×15×2FG、 5P8×30×2FG用于縱波檢測(cè)，探頭相互重疊≥6 mm，保證兩板邊縱向50 mm 100%覆蓋率掃查，如圖2所示。

圖1 邊探斜探頭結(jié)構(gòu)

圖2 邊探雙晶直探頭結(jié)構(gòu)

內(nèi)探共有49組，分3排。第一排17組，位于邊探執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間，與邊探執(zhí)行機(jī)構(gòu)背靠背布置在1#升降橫梁兩側(cè)；其余兩排各16組，背靠背布置在2#橫梁的兩側(cè)，如圖3和圖4所示。每組探架包括4組雙晶直探頭，探頭規(guī)格為5P8×30×2FG，相鄰探架和相鄰探頭之間相互重疊區(qū)域≥6 mm，保證板體梳狀掃查覆蓋率達(dá)到100%，如圖5所示。中間部位共用49個(gè)探頭組，分成3排，而每組4個(gè)晶片，保證梳狀掃查100%檢測(cè)覆蓋。

圖3 探頭組掃查覆蓋區(qū)域示意圖（梳狀方式掃查）

圖4 改造后板探設(shè)備布局圖

圖5 內(nèi)探組合探頭結(jié)構(gòu)

探頭夾持裝置采用不銹鋼材料，同時(shí)在兩側(cè)增加兩條耐磨材料和滾動(dòng)軸承，能夠最大限度減少磨損。

2.7 工藝流程

檢測(cè)工藝流程如圖6所示[11]。

2.8 覆蓋率計(jì)算

圖6 檢測(cè)工藝流程示意圖

（1）通道數(shù)量：邊探縱波為6個(gè)通道（3個(gè)/組×2）；邊探橫波為 6個(gè)通道（3 個(gè)/組×2）；內(nèi)探為196個(gè)通道（4×（17+16+16））；備用 4 個(gè)通道。 因此通道總數(shù)為212個(gè)。

（2）覆蓋范圍：邊探覆蓋寬度為50 mm×2=100 mm；內(nèi)探探架共計(jì)17+16+16=49組；每組檢測(cè)有效寬度為30 mm×4個(gè)×80%×49組=4 704 mm；板體覆蓋率 4 704/（1 422×3.14）=100.5%。

3 新型檢測(cè)系統(tǒng)的組成

機(jī)械掃查機(jī)構(gòu)為龍門結(jié)構(gòu)，鋼板通過輥道輸送進(jìn)行檢測(cè)，設(shè)備自動(dòng)檢測(cè)鋼板位置，并采用超聲波對(duì)鋼板邊緣和中間部位進(jìn)行跟蹤檢測(cè)。全部過程自動(dòng)控制或手動(dòng)控制，在檢測(cè)過程中，檢測(cè)設(shè)備能實(shí)時(shí)顯示整個(gè)鋼板的A掃描圖并實(shí)時(shí)報(bào)警，能夠刮除鋼板表面積水，再風(fēng)干處理并噴涂標(biāo)記、輸出記錄、檢測(cè)報(bào)告及統(tǒng)計(jì)報(bào)告。

3.1 機(jī)械系統(tǒng)主要設(shè)備組成

改造后的超聲自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備主要由橫梁、立柱與升降機(jī)構(gòu)、邊探機(jī)構(gòu)、邊探探頭小車機(jī)構(gòu)、陣列探臂機(jī)構(gòu)、陣列探頭小車機(jī)構(gòu)、預(yù)濕機(jī)構(gòu)、刮水機(jī)構(gòu)、噴標(biāo)機(jī)構(gòu)等構(gòu)成（圖4）。

（1）橫梁、立柱與升降機(jī)構(gòu)如圖7所示。橫梁采用500 mm×350 mm矩形梁，立柱采用300 mm×200 mm矩形梁，在橫梁一側(cè)安裝2條直線導(dǎo)軌，主要用于鋼板邊緣跟蹤車的移動(dòng)，同時(shí)在橫梁一側(cè)中間安裝齒條，用于鋼板邊緣跟蹤車的運(yùn)行軌道。整個(gè)檢測(cè)設(shè)備為龍門機(jī)構(gòu)，其中橫梁可沿立柱上鋪設(shè)的軌道及絲桿進(jìn)行上下調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同高度鋼板檢測(cè)要求，調(diào)節(jié)范圍根據(jù)檢測(cè)鋼板規(guī)格進(jìn)行設(shè)定，橫梁上下調(diào)節(jié)通過升降電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

圖7 橫梁、立柱與升降機(jī)構(gòu)示意圖

（2）邊探機(jī)構(gòu)如圖8所示。在龍門橫梁結(jié)構(gòu)的直線軌道兩端各有1臺(tái)邊緣跟蹤檢測(cè)車和伺服驅(qū)動(dòng)車，驅(qū)動(dòng)車通過預(yù)緊彈簧和檢測(cè)車連接，能推、拉檢測(cè)車在橫梁上移動(dòng)。當(dāng)邊緣跟蹤啟動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)車向內(nèi)推檢測(cè)車，直到檢測(cè)車跟蹤輥輪接觸到鋼板邊緣，不再向內(nèi)移動(dòng)，邊探小車的探頭落下。驅(qū)動(dòng)車?yán)^續(xù)推進(jìn)，使連接彈簧壓縮到平衡長(zhǎng)度范圍內(nèi)，驅(qū)動(dòng)車停止，探頭處于邊緣跟蹤位，當(dāng)鋼板邊緣向外擴(kuò)張時(shí)，彈簧繼續(xù)壓縮，超出平衡長(zhǎng)度范圍。驅(qū)動(dòng)車自動(dòng)后退，伸長(zhǎng)彈簧，彈性接觸跟蹤起落架，探頭臂安裝在跟蹤車上，邊緣檢測(cè)采用3個(gè)探頭組合塊。在邊緣跟蹤車上有兩個(gè)觸動(dòng)開關(guān)及一個(gè)撥板，撥板觸動(dòng)開關(guān)1使伺服電機(jī)反向驅(qū)動(dòng)，跟蹤小車向外移動(dòng)，直到撥板離開開關(guān)2，伺服電機(jī)停止，跟蹤小車游動(dòng)范圍被控制在開關(guān)1和開關(guān)2之間，左右兩臺(tái)跟蹤小車，同步同向運(yùn)行（除初始信號(hào)外），跟蹤輪始終緊緊貼在鋼板邊，跟蹤輪和邊探機(jī)架同在跟蹤小車相應(yīng)位置上，保證邊探探頭離鋼板邊沿的距離不變。

圖8 邊探機(jī)構(gòu)示意圖

（3）邊探探頭小車機(jī)構(gòu)如圖9所示。板邊探頭夾持由2組探頭構(gòu)成，1個(gè)斜探頭組和1個(gè)雙晶直探頭組，每個(gè)探頭組由3個(gè)探頭組成，探頭夾持采用不銹鋼制作，獨(dú)立平穩(wěn)起落。斜探頭組距離鋼板邊緣位置可調(diào)，可調(diào)距離為150 mm，主要用于橫波斜探頭檢測(cè)鋼板邊緣15 mm內(nèi)的母材夾雜類缺欠（利用二次或三次波橫波檢測(cè)）。每個(gè)探頭組均通過直線軸承并通過氣缸進(jìn)行單獨(dú)起落，起落的行程為250 mm。

（4）陣列探臂機(jī)構(gòu)如圖10所示。主體探頭夾持安裝在2#橫梁的兩側(cè)，由多組探頭構(gòu)成，每組探頭夾持間距可調(diào)，滿足不同規(guī)格要求，探頭夾持結(jié)構(gòu)在橫梁一側(cè)的直線導(dǎo)軌上可以移動(dòng)，并通過中間的導(dǎo)軌進(jìn)行固定。陣列探臂機(jī)構(gòu)由49組探頭構(gòu)成，分別位于橫梁的兩側(cè)，滿足不同規(guī)格要求，探頭夾持采用不銹鋼制作。

圖9 邊探探頭小車機(jī)構(gòu)示意圖

圖10 陣列探臂機(jī)構(gòu)示意圖

（5）陣列探頭小車機(jī)構(gòu)如圖11所示。探頭夾持器與探頭采用萬(wàn)向節(jié)連接，就探頭與鋼板而言，探頭具有3個(gè)空間自由度和3個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度。探頭夾持器采用直線軸承及滑塊結(jié)構(gòu)，檢測(cè)過程中有足夠的自由度來滿足鋼板凸起、不平、偏擺等各種狀態(tài)，完全保證檢測(cè)的需要。

圖11 陣列探頭小車機(jī)構(gòu)示意圖

探頭夾持起落行程為250 mm，當(dāng)探頭架落下后，利用直線軸承方式，可以很好地控制探頭夾持隨鋼板表面的起伏而進(jìn)行隨動(dòng)，同時(shí)直線軸承利用自身的剛度及強(qiáng)度也充分保證探頭夾持的可靠性及穩(wěn)定性。

（6）預(yù)濕機(jī)構(gòu)如圖12所示。預(yù)濕支架對(duì)鋼板先期預(yù)濕，當(dāng)光電開關(guān)檢測(cè)到鋼板進(jìn)入預(yù)濕區(qū)域時(shí)，自動(dòng)打開預(yù)濕管路水閥，在鋼板表面均勻噴水。

預(yù)濕支架上裝有一個(gè)前置編碼器，編碼器計(jì)數(shù)輪接觸鋼板時(shí)，將實(shí)時(shí)記錄設(shè)備在鋼板上的移動(dòng)距離。當(dāng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)鋼板缺陷時(shí)，記錄缺陷位置。缺陷到達(dá)噴標(biāo)器位置時(shí)，噴標(biāo)機(jī)構(gòu)動(dòng)作，在鋼板缺陷位置噴上標(biāo)記。

（7）刮水及吹干機(jī)構(gòu)如圖13所示。在原有檢測(cè)工位后方增加雙人字形刮水機(jī)構(gòu)及吹干機(jī)構(gòu)。人字形刮水機(jī)構(gòu)以鋼板寬度方向正中心為起點(diǎn)架起雙人字形刮水橡膠，橡膠厚度10 mm，這樣有利于鋼板表面積水通過人字形橡膠向鋼板兩邊緣刮水。吹干機(jī)構(gòu)是由壓力型熱風(fēng)機(jī)（鼓風(fēng)機(jī)+加熱器）和4 500 mm扁平鴨嘴風(fēng)刀（圖14）及耐熱吹風(fēng)管路組成，用于鋼板上表面的吹干，加熱器具有溫度調(diào)節(jié)、超溫報(bào)警、過壓保護(hù)、加熱與送風(fēng)選擇的功能。

圖12 預(yù)濕機(jī)構(gòu)示意圖

圖13 刮水及吹干機(jī)構(gòu)示意圖

圖14 風(fēng)刀示意圖

圖15 位置編碼機(jī)構(gòu)示意圖

（8）位置編碼機(jī)構(gòu)如圖15所示。板探設(shè)備有2套位置編碼機(jī)構(gòu)，前置編碼器機(jī)構(gòu)安裝于預(yù)濕橫梁上，后置編碼器機(jī)構(gòu)安裝在刮水及吹干機(jī)構(gòu)上，實(shí)時(shí)記錄鋼板檢測(cè)時(shí)的實(shí)際位置信息，位置編碼器是位置編碼機(jī)構(gòu)的核心元件。

（9）噴標(biāo)機(jī)構(gòu)如圖16所示。噴標(biāo)機(jī)構(gòu)安裝于風(fēng)干機(jī)構(gòu)后方，主要用于發(fā)現(xiàn)缺陷后將標(biāo)記記錄到鋼板上，以便于復(fù)查。噴標(biāo)用的液體主要為可溶性涂料，便于清洗。

圖16 噴標(biāo)機(jī)構(gòu)示意圖

3.2 超聲波檢測(cè)儀

超聲波檢測(cè)儀用212通道（儀器型號(hào)HSD-212），采用以太網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)分布系統(tǒng)，每4個(gè)通道為一個(gè)模塊，共53個(gè)模塊，所用模塊通過1G交換機(jī)連接在一起。每個(gè)檢測(cè)通道具有獨(dú)立的超聲波發(fā)射、接收放大、濾波、檢波和數(shù)字化采樣電路，能同步錯(cuò)位脈沖重復(fù)發(fā)射[12]。超聲波檢測(cè)儀采用界面波跟蹤和浮動(dòng)閘門技術(shù)，從而極大地降低漏報(bào)及誤報(bào)率，提高了設(shè)備的可靠性；采用分體式檢測(cè)儀并前置，光纖傳輸數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)降噪、隔離電源等多項(xiàng)抗干擾措施，保證了在工廠環(huán)境中的可靠運(yùn)行；數(shù)字化儀器、結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)，可互換，易擴(kuò)展，抗干擾性能強(qiáng)，多重保護(hù)措施，維護(hù)簡(jiǎn)潔；系統(tǒng)可全面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，檢測(cè)過程全信息記錄，滿足不同場(chǎng)合的需求，放置工控機(jī)和儀器的儀器柜密封性能達(dá)到IP65，儀器柜便于插拔探頭線，同時(shí)易于抽出工控機(jī)或儀器維修。

HSD-212型超聲波檢測(cè)儀1～6通道用于鋼板邊緣縱向檢測(cè)，7～12通道用于鋼板邊緣橫向檢測(cè)，13～208通道用于鋼板中部檢測(cè)。

3.3 檢測(cè)及分析軟件

檢測(cè)及分析軟件采用全中文界面，波形與包絡(luò)圖并存，根據(jù)檢測(cè)鋼板規(guī)格參數(shù)，各通道配置參數(shù)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)匹配與調(diào)整。通道波形顯示區(qū)域可單個(gè)通道放大顯示，亦可同時(shí)顯示多個(gè)通道，顯示序列可自行定義?？蓪?shí)現(xiàn)通道參數(shù)的批量復(fù)制、導(dǎo)出另存、工藝導(dǎo)入等。

檢測(cè)過程中，自動(dòng)實(shí)時(shí)對(duì)超標(biāo)缺陷報(bào)警與噴標(biāo)，噴標(biāo)時(shí)間可選擇立即與延時(shí)方式等；發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺欠，檢測(cè)設(shè)備自動(dòng)報(bào)警并噴標(biāo)，能夠打印出帶狀曲線報(bào)表，同時(shí)可以導(dǎo)出曲線文件，能在其他計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)報(bào)表的打印和顯示功能；報(bào)表格式與紙質(zhì)記錄采用同一模板，中英文對(duì)照適合國(guó)內(nèi)外管線客戶查閱。

板探設(shè)備可實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有MES的通訊連接和數(shù)據(jù)傳輸,所有數(shù)據(jù)的處理滿足MES系統(tǒng)上傳、下達(dá)要求。檢測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)將現(xiàn)有檢測(cè)圖片中的鋼管長(zhǎng)度、缺陷位置、缺陷長(zhǎng)度、檢測(cè)時(shí)間、檢測(cè)員姓名、母材報(bào)警點(diǎn)數(shù)、焊縫報(bào)警點(diǎn)數(shù)、檢測(cè)結(jié)果等數(shù)據(jù)項(xiàng)抽取出來與管號(hào)綁定后發(fā)送至MES系統(tǒng)。以上數(shù)據(jù)項(xiàng)，采用TCP/IP實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互換，數(shù)據(jù)格式支持以O(shè)PC Sever方式上傳。

4 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

4.1 多探頭探架結(jié)構(gòu)

探架采用多探頭結(jié)構(gòu)，如圖17所示。內(nèi)探每個(gè)探架可安裝4個(gè)5P8×30×2雙晶直探頭。為滿足100%覆蓋率，相鄰探頭晶片之間相互重疊不小于6 mm，相鄰探架的探頭相互重疊≥6 mm，保證單個(gè)探頭、相鄰探頭、相鄰探架探頭檢測(cè)鋼板參考反射體無漏檢，實(shí)現(xiàn)板體100%全覆蓋。為了防止板邊翹起帶來的耦合不良，邊探采用5P8×15×2小晶片雙晶探頭。為避免焊縫邊緣母材夾雜，邊探還配置了2.5P15×15K1斜探頭橫波檢測(cè)。

圖17 探架結(jié)構(gòu)圖

4.2 開放式框架結(jié)構(gòu)

改造后的板探框架采用同軸提升結(jié)構(gòu)，如圖18所示。提升裝置安裝在輥道下方，能夠?qū)⒄麄€(gè)探架橫梁升到輥道上方300～600 mm范圍內(nèi)，該結(jié)構(gòu)保證了探架提升的同步性，降低了設(shè)備檢、維修難度，提升了設(shè)備的安全性，提高了檢測(cè)精度。

圖18 板探框架圖

4.3 三級(jí)緩沖式探頭夾持結(jié)構(gòu)

根據(jù)直接接觸式水膜法檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，改造后的板探使用緩沖式探頭夾持結(jié)構(gòu)，探架依靠直線滑軌固定在探架橫梁上，升降動(dòng)作為彈性下落及氣缸提升方式，每組探架夾持結(jié)構(gòu)可容納4個(gè)雙晶直探頭，每個(gè)探頭使用彈性鋼片固定在夾持塊之間，夾持結(jié)構(gòu)內(nèi)部有水路空腔[13]。夾持部分可滿足四自由度活動(dòng)，探架通過滾動(dòng)軸承與鋼板接觸，變滑動(dòng)為滾動(dòng)。整個(gè)夾持結(jié)構(gòu)有三處緩沖，結(jié)構(gòu)如圖19所示，極好地解決了檢測(cè)過程中探頭與鋼板硬性摩擦帶來的耦合不良問題。該結(jié)構(gòu)在減少探架數(shù)量的前提下，增加了探頭數(shù)量，既提升了檢測(cè)覆蓋率，又降低了設(shè)備維護(hù)量。

圖19 三級(jí)緩沖式探頭夾持結(jié)構(gòu)

4.4 板邊橫波檢測(cè)

鋼管制造中，板邊夾雜類缺陷難于檢測(cè)，且處理困難。新型檢測(cè)系統(tǒng)利用原材料板邊橫波檢測(cè)方法，將鋼管焊縫自動(dòng)超聲波檢測(cè)方法引用至鋼板板邊夾雜檢測(cè)，通過設(shè)備預(yù)先設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)，將原材料的檢測(cè)盲點(diǎn)進(jìn)一步壓縮。

4.5 模塊集成式數(shù)字化儀表及分析軟件

集成式數(shù)字化儀表因體積小、故障點(diǎn)少、便于維護(hù)等特點(diǎn)，在檢測(cè)設(shè)備中的應(yīng)用越來越廣泛。探頭數(shù)量的增多，隨之而來的是通道數(shù)量的增加，若滿足4 500 mm鋼板100%檢測(cè)，傳統(tǒng)的模擬式儀器結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)擁塞是難以突破的瓶頸。選用高度集成數(shù)字化儀表，能夠解決數(shù)據(jù)擁塞、繁瑣連接線等問題。新的板探操作間內(nèi)只有1臺(tái)工控機(jī)，通過光纖與機(jī)架上的儀器相連。板卡式的儀器、儀表節(jié)省了設(shè)備空間與連接線，降低了設(shè)備故障查找難度。數(shù)字化儀表的使用、數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定及抗干擾能力的增強(qiáng)，為檢測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性能提供了支撐。

板探軟件具備多通道實(shí)時(shí)監(jiān)控、A掃波形查詢、C掃存圖、通道波形記錄、報(bào)表生成、耦合監(jiān)測(cè)、參數(shù)記憶與復(fù)制等功能，可滿足不同的技術(shù)要求，每張鋼板檢測(cè)結(jié)果信息量最高達(dá)到60 MB，可根據(jù)不同的需要進(jìn)行調(diào)整[14]。

5 實(shí)際應(yīng)用

經(jīng)過4年多的使用，新型檢測(cè)系統(tǒng)的鋼板檢測(cè)覆蓋率達(dá)到了100%，設(shè)備檢測(cè)漏報(bào)率為0，誤報(bào)率控制在1%以內(nèi)，勞動(dòng)強(qiáng)度與設(shè)備維護(hù)量都降低了50%以上，每年節(jié)省設(shè)備停機(jī)時(shí)間（包括設(shè)備調(diào)校用時(shí)）468 h，每年可節(jié)約維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用2.7萬(wàn)元，檢測(cè)狀態(tài)穩(wěn)定并且順利通過了國(guó)內(nèi)外資格認(rèn)證。

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Design and Application of 100%Coverage Rate Steel Plate Ultrasonic Testing

GAO Cailu，MENG Qingjun，LI Hongchen，CHAO Xiang
（Zhongyou BSS（Qinhuangdao） Petro-pipe Co.,Ltd.,Qinhuangdao 066206，Hebei，China）

TG115.285

B

10.19291/j.cnki.1001-3938.2017.04.009

2016－12－31

編輯：張 歌

高財(cái)?shù)摚?982—）男，碩士，機(jī)械工程師，目前主要從事直縫埋弧焊管生產(chǎn)線的設(shè)備管理工作。