钢质气瓶在线超声检测系统设计与应用

　　气瓶按照其制造过程可以分为钢制无缝气瓶、钢制焊接气瓶、缠绕玻璃纤维气瓶。气瓶在生产过程中都要进行无损检测，包括超声检测、磁粉检测等。相关标准中规定: 气瓶生产必须进行超声探伤检测，以确保产品质量。目前，很多厂家在超声探伤时采用离线检测，该方法效率较低，不适合大规模生产。

　　某公司生产的钢制无缝气瓶的原材料为不同口径的无缝钢管，经热旋压收口、收底制造而成，用于盛装永久气体 ( 压缩气体) 和高压液化气体。针对该气瓶，作者设计了在线检测设备，采用在线喷水式检测方法，通过 PLC 进行实时监控，以实现整个生产过程的自动化、节约成本。实验证明，该设备满足该公司的检测要求; 现场实践表明: 该设备运行良好，具有实用价值。

　　设计方案所执行的标准如下: 《GB/T 5777-1996无缝钢管超声波探伤检验方法》、 《JB/T4730. 3-2005承压设备无损检测超声检测部分》、《DIN EN1964 气瓶标准》和 《YB/T 4082-2000 钢管自动超声探伤系统综合性能测试方法》等。

　　1 机械结构方案

　　1. 1 超声探伤工艺

　　由于气瓶是由无缝钢管经热旋压收口、收底加工而成，加工过程中可能会产生拉丝、淬火裂纹等缺陷，从而影响气瓶质量。目前，气瓶自动化检测范围仅局限在瓶身上，而针对瓶口及瓶底的自动检测技术尚未成熟。因此，设计系统时采用了无缝钢管的一般检测方法。

　　钢管的超声探伤分为两种方式: 水浸探伤和喷水耦合探伤。一般情况下，大口径钢管的探伤时，超声探头组不旋转，钢管进行旋转，可以采用水浸也可采用喷水耦合; 小口径钢管一般采用探头旋转、钢管直进、喷水耦合的方式对材料进行扫查。在该设备中，采用的是钢管旋转、探头组直线运动、喷水耦合的探伤方式。

　　大量的水压爆破实验表明，轴向缺陷是气瓶存在的主要缺陷，一般检测方案也仅限于检测轴向缺陷。设计中考虑到不仅能够进行轴向缺陷的检测，还能够提高产品质量和使用的可靠性，则在该设备中增加了两组探头，其中两个探头 “打偏心”，检测轴向缺陷，两个探头 “打角度”，检测径向缺陷。所检测气瓶参数为: 外径 219 ～ 425 mm，厚度4. 5 ～ 15 mm，长度 700 ～ 2 000 mm。根据相关标准，检测的覆盖率应达到 115%，探伤线速度应在 150 ～200 mm / s 这个比较常规且保稳的范围之内。考虑到超声在介质中传播速度的限制，选择Φ20 mm/5 MHz的探头，探伤线速度为200mm/s，上述所设参数已达到了效率最大化设计。

　　1. 2 机械结构设计

　　该探伤设备的机械结构示意图见图1。