无缝管超声波探伤喷标控制的研究与设计

　　无缝钢管自动化探伤(包括测厚)一般选用旋转探头,水浸法探伤,即钢管在中间直行,探头高速旋转,探伤轨迹是多头螺旋状扫查,探伤腔内用水充满(图1)。

　　1　能量及信号传递

　　由于探头高速旋转(600转/分),在探伤过程中面临的一个非常重要的问题便是:如何把能量无接触地输送给探头,如何把探伤结果完整地反馈给固定的探伤仪?为解决这个问题所有电信号都必须以感应方式传播,常用方法有三种:

　　1.1　旋转变压器法

　　探伤仪与探头通过磁场相互耦合,初级线圈与探伤仪相连,次级线圈与探头相连,并一起高速旋转(图2)。该方法功率传递损失小,抗干扰性强,机械振动对能量传递影响小。

　　1.2　旋转电容法

　　探伤信号通过耦合电容相连,定片组与探伤仪相连,动片组与探头相连(图3)。该法能量传送较好,但抗干扰性不好,机械振动对能量传送影响较大。

　　1.3　无线通信法

　　探伤仪与探头一起旋转,用触滑线24V供电,利用高速无线通信传递信息(50Mb/s)(图4)。该方法优点是可利用现有无线网技术,缺点是探伤仪旋转,使得整机可靠性大大降低,一般工艺条件下不宜采用。

　　通过反复比较以上三种方法的优缺点,选用了抗干扰性强、信号损耗小的旋转变压器方法进行信号传递,通过试验取得了良好的效果,测厚精度达0.2 mm,使目前国内无缝管探伤方法得以改进。

　　最初的设计方案如图5所示。两个特制的线圈固定在同一轴上,左边为固定线圈称原边,与探伤仪相连;右边为旋转线圈称副边,与探头相连。探伤仪发 出的高压脉冲将能量通过电磁感应传送给探头,使探头发出超声始波。超声返回波再由副边传到原边进入探伤仪,通过放大、采样,送PC机进行显示和数据处理。

　　但此方案存在一个问题:在线圈中间通过的是实心钢管,通过线圈电磁感应传递的能量本应在被测钢管上形成环形电流,而结果却使大部分能量消耗在钢管上,没有达到能量传递的作用。为此对线圈的缠绕方法进行了改变(图6)。

　　把旋转线圈和固定线圈分别固定在两个树脂材料的圆盘槽内,两个线圈之间的间距为2 mm。当钢管的直径为300 mm时,线圈的内直径为550 mm,外直径为650 mm。采用此方法环型线圈内不存在铁芯,不会有能量的消耗,可以很好地解决能量和信息的传递问题。

　　以上为单组探头,如果多个探头可依次排列,组与组之间利用薄金属板进行屏蔽,探头成90°均匀分布。为节省空间,也可以一组包含两个探头,探头1对应的旋转线圈和固定线圈外再套一组探头2对应的旋转线圈和固定线圈,探头2的线圈直径应大于探头1的线圈直径(图7)。