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钢管超声波探头旋转探伤系统

钢管超声波探头旋转探伤系统是南京博克纳自动化系统有限公司对外经营生产的主要产品之一，在工业生产的无损检测中有着重要应用。因此，在本文内我们将会就该系统进行具体介绍。

一、项目介绍：

因生产需要进行离线探伤,根据其特性、检测要求，设计一套自动化检测方案。

检测对象: 钢管

工件规格： 工件长度：3~12米，外徑Φ50mm ~ 89mm, 壁厚1~10mm

检测要求：执行标准 GB/T5777—2008无缝钢管超声波探伤检验方法 L2标准

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二、无线传输机头旋转超声设备优点

钢管生产企业对钢管超声波探伤机的基本要求是：超声波的声束对钢管圆周方向和长度方向实现全覆盖（不漏检），同时达到二高一快一稳定，即信噪比高，要有很好的信号稳定性和尽量低的干扰噪声；有效作业率高，要易于调试和操作，维修方便快捷；探伤速度快，要能实现自动化，能满足钢管产量要求；要稳定，设备能长期可靠稳定工作。

目前我国水浸法超声波探伤机常用的有两大类：一类是钢管旋转前进，探头和仪器是静态联接方式，不需要动态耦合设备，其特点是适用管径规格范围广（例如16—159mm）, 造价便宜，考核的技术指标少，容易通过测试或认证。缺点是探伤速度慢，加速则稳定性降低, 也不适用于小直径超长钢管。另一类是探头旋转，钢管直线前进方式，其技术难点是仪器—探头—仪器的发射—接收信号动态耦合效率问题。70年代我们就借鉴电动机工作原理，4个探头采用碳刷滑环的机械耦合方式，此处的耦合是指旋转的探头与静态的仪器之间信号的传输方式。，每分钟500—700转，用4台电子管单通道探伤仪内外同步联接工作，要经常用酒精棉花擦拭铜滑环上的碳粉才能连续作业，至今仍有企业在制作和使用，当然已有不少改进。2000年后，随着电容耦合技术的应用，大大改善了机械耦合方式的致命缺点，提高了钢管自动探伤的整体技术水平，但多数还是采用模拟信号处理或准数字化探伤仪器，信噪比不理想。与国际先进水平相比，我们落后了20年。 这套基于无线传输的探头旋转式超声波探伤系统，将探伤信号以数字化方式无线传输给全数字超声波探伤仪器进行处理，彻底排除了碳刷滑环的机械耦合或电容片的电耦合等容易受电噪声干扰的诟病。由于高速旋转的探头与静态的仪器是无线连接，无论有多少个通道，都能有效减少探伤信号的失真和衰减，从而大大提高探伤的信噪比，保证探伤的灵敏度和稳定性，防止误报或漏报，提高了各个通道的一致性和很高的探伤可靠性。现场实际测试中，在多台变频器、电焊机及上空行走的行车等密集开动的机、电、磁场的干扰环境下，无线传输探头旋转式超声波探伤主机即使在没有接地的情况下，也观察不到明显的干扰信号。

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三、三种耦合方式的探伤系统比较

传输介质 耦合部件 保养周期 保养成本 碳刷耦合 碳刷+集电环 每隔数小时需要用酒精棉擦拭清洁 高 电容耦合 电容片 1~1.5年需要更换电容片等，成本很高 高 长时间使用电容片会变形发热，旋转速度受限制 一般为6通道，增加通道数耦合部分变得复杂庞大 较高 中 易受电磁干扰等影响 中 中 一般 中 无线传输 无线信号 基本无需保养 很低 使用寿命 短 一般为4个通道，增加通道数耦合部分变得复杂庞大 低 低 易受电火花/电磁干扰等影响 大 最低 调试慢，效果差 低 最长 通道数 旋转速度 探伤速度 抗干扰 信号衰减 信噪比 操作性能 性价比 通道数不受信号传输限制 高 高 基本不存在电磁干扰的环节 小 最高 容易，快捷 高

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四、超声波探伤系统

钢管是一种组织密度较高，噪声适中，常规产品。本系统适用于各种钢管内、外部缺陷自动检测。超声波探伤原理是超声波经水耦合进入钢管后，入射传播，当管材中有缺陷时会引起超声反射，超声仪器将超声波反射信号经放大信号处理后实时报警，实现缺陷的自动检测。

4.1、探伤系统的技术参数及设备配置

4.1.1·探伤形式 超声纵波垂直入射，横波双向入射。 探伤方式：超声探头旋转水浸耦合式/超声钢管直线前进。

检测速度：采用交流变频无级连续调速。钢管直线前进速度调节范围为0-20m/min。 检测灵敏度：

·检测范围 外径(D) Φ16～Φ89mm (T/D≤0.2) ·通 道 数 6～16通道

·探伤速度 15～30m/min ·输送方向 顺逆可变

·动力输送 交流电机滚轮驱动、顺逆可变 ·配用仪器 6通道超声波数字探伤仪 ·控制方式 自动控制/手动控制

·执行标准 SE-213或ASTMA2 标准

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超声波探伤监视功能可同时显示各个通道的A型扫描和B扫描及滚屏显示缺陷高度。显示各通道的探伤条件和探伤进度、探伤数据记录，保存各个通道的仪器参数和探伤条件，记录每个缺陷在管材的位置，可回放每根管材的录像图形，自动生成探伤报告以展开图表示并打印。自动保存和管理数据。 4.2.1主要特点

? 仪器系统架构先进，低噪声、高速度

? 独特硬件数据处理算法，具有业界最高系统重复频率，可实现最高检测

速度

? 每一通道独立，可以任意调整探头性能差异

? 仪器采用了先进的相关报警处理技术，能有效抑制探伤现场的外来干扰 ? 具有多通道同时显示功能，可以在动态条件下观察每一通道的工作状态 ? 可以同时选择A扫描、B扫描以及滚屏等任意组合显示方式，清晰直观 ? 优化的菜单，调试方便，操作简单，可以切换到鼠标操作模式 ? 仪器可以保存任意组参数，探伤过程中需要用户的干预很少

? 自动记录检测数据，可存贮、回放、打印探测条件和缺陷波形，形成检

测报告

? 强大的报表文档处理能力，可以根据用户的需求自动生成各种报表 ? 可以外接笔记本，拓展各种应用，也可以外接大尺寸的显示器 ? 预留16组IO输入输出,可按用户要求定制应用软件和硬件控制系统 4.2.2仪器技术参数

? 增益总量 ? 工作方式

120dB，步进1dB

单探头发射、接收或双探头分别发射、接收

? 灵敏度余量 ≥50dB 分 辨 率 ≥26dB ? 动态范围 ? 频率范围 ? 采样范围 ? 重复频率 ? 垂直线性 ? 水平线性

≥30dB 扫描范围 0～5000mm 0.5～10MHz 80/160MHz

单通道100Hz～20KHz可调，具体见下述两个表格 ≤2% ≤1%

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? 检波方式 全波 、正半波、负半波 ? 闸门设置

踪 ? 报警指示 ? 延时报警 ? 波形存贮 ? ? ? ? ? ?

每通道A、B、C闸门报警颜色显示及声音报警 分两路，延时时间0.1～10S，步进0.1S

数量无限制，可进行波形回放、打印和报告生成 每通道设置3个闸门，A、B为内外伤报警闸门，C门界面跟

水平线性 ≤1%

检波方式 全波 、正半波、负半波

闸门设置 每通道设置3个闸门，A、B为内外伤闸门，C门界面跟踪 报警指示 每通道A、B、C闸门报警颜色显示及声音报警 延时报警 分两路，延时时间0.1～10S，步进0.1S

波形存贮 探伤波形海量存储，可进行波形回放、打印和报告生成

4.2.3检测主机系统

包括超声波检测主机 升降机构由内外导向套、涡轮涡杆和连接装置组成。可根据管材规格大小调节探伤机头的高度。

超声探伤水箱和挡水装置全部用不锈钢加工制作而成。

超声波探头调节跟踪装置可根据被检测管材规格大小调整探头入射角度和水层距离，全部由不锈钢和铜精密制作而成。

检测主机的高度采用手动方式进行调整，以适应Ф16～89mm规格范围的钢管在传输辊道上的高度差。

标记装置安装在检测主机出口处，在探伤仪发出判伤指令后经PLC进行延时打标。钢管表面的干燥由双方共同设法解决。 4.2.4、辅助控制设备

辅助控制设备主要包括：控制柜，变频器、按钮、急停开关等其他的电气控制硬件和软件，还有探伤主机中需要用的一些电气元器件。

全套高、低压元器件均采用正泰品牌。系统采用台达变频器。 电机/减速机均采用浙江银达品牌 ， 气动元件、电磁阀、气缸采用亚德克品牌。传感器采用欧姆

龙品牌。

4.3.1仪器界面

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4.3.2探头