小口径薄壁钢管水浸法超声波探伤系统研究

1 引 言

    高精度、薄壁、高强度管材在国民经济中占有重要地位, 广泛应用于航空、舰艇、导弹、原子能与空间技术等领域。但在管材的制造过程中, 往往由于材料中夹渣等影响, 使成型后的管材表面与内部出现裂纹等缺陷。管材常见缺陷与加工方法有关。无缝钢管中常见缺陷有裂纹、折迭、夹层等; 焊接管中常见缺陷有裂纹、气孔、夹渣、未焊透等; 而锻扎管中常见缺陷一般为裂纹、白点、重皮等。所以在实际应用之前, 必须对管材的缺陷进行可靠的检测。无损检测( Non- Destructive Testing, NDT)是在不破坏或损伤被检对象的前提下, 利用声、光、电、磁等各种物理原理或化学现象, 对各种工程材料、零部件、结构件进行有效地检测和测试,借以评估它们的连续性、完整性、安全可靠性及某些物理性能。超声波探伤是无损检测技术的方法之一, 以其快速、准确、无污染、低成本等特点已成为国内外应用广泛、使用频率高以及发展迅速的一种无损检测技术。

2 水浸法超声波探伤原理

    口径薄壁钢管由于曲率大、管壁薄, 采用直接接触法探伤难以实现, 故一般采用水浸法探伤。其原理是: 将水浸纵波聚焦探头置于水中, 利用超声波纵波聚焦探头发出的超声纵波斜入射至钢管表面, 当声束入射角满足条件:

3 系统总体结构与主要功能部件设计

    本项目系统总体结构框图如图 2 所示, 其工作原理与流程为: 根据操作控制指令, 上料机构将管材送到传输装置上, 电机带动传输装置使管材沿着导槽旋转和直线向前运动, 进给速度通过旋转编码器传输到数据采集卡进行处理。管材通过管材旋转机构后, 由旋转机构带动其旋转, 采用边旋转边直线进给的方式进入检测区进行探伤。超声波信号通过超声波数据采集卡进入 PC 进行判伤, 将判断的结果通过指令发送到 PLC 控制器, 由 PLC 控制缺陷标志器在管材上记出缺陷的位置。

3.1 管材旋转机构

    目前国内管材自动送进机构分为探头旋转式和管子旋转式两类。探头旋转式是管材直线送进,探头饶管材旋转; 管子旋转式是探头固定不动, 管材旋转送进。本项目设计了一种基于行星齿轮传动和蜗轮传动原理的旋转机构, 使得管材转速平稳、螺距稳定, 极大地减小了细而长的管子在旋转运动下的抖动, 较好地解决了小口径管材旋转送进问题。

3.2 水箱和探头装置

    水箱用于储存耦合液, 箱侧面部分分别设加液管和排液管, 管件进出口下方设有漏夜回收槽。在水箱中放有上下液位传感器, 保证液位始终在一定高度。