超聲波檢測(cè)技術(shù)在焊管質(zhì)量控制中的應(yīng)用設(shè)計(jì)

1、超聲波檢測(cè)技術(shù)在焊管質(zhì)量控制中的應(yīng)用摘要本畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題是焊管焊縫超聲波探傷測(cè)試。主要任務(wù)是掌握焊管制造流程和焊接缺陷及其產(chǎn)生原因的基礎(chǔ)上，研究超聲波探傷技術(shù)在焊管焊縫探傷檢測(cè)中的應(yīng)用，并給出焊縫返修的具體方案。超聲無(wú)損檢測(cè)是在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的非常廣泛的一種無(wú)損檢測(cè)方法，它對(duì)于提高產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性有著重要的意義。本文首先針對(duì)波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行理論研究，簡(jiǎn)明扼要的介紹了超聲波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的研究意義和發(fā)展現(xiàn)狀,超聲波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是當(dāng)前一種較先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù),應(yīng)用領(lǐng)域更廣,適用范圍更寬。然后細(xì)致的分析了超聲波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的工作原理特性，基于超聲波的優(yōu)良特性，和傳播機(jī)理，進(jìn)行器件或工程的無(wú)損檢測(cè)。

2、針對(duì)給定的焊管焊縫，通過(guò)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)該焊縫的缺陷。同時(shí)給出了現(xiàn)場(chǎng)探傷、缺陷定位和長(zhǎng)度測(cè)量的具體方法，并通過(guò)gb11345-89標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試驗(yàn)中檢測(cè)到的缺陷進(jìn)行了等級(jí)評(píng)定并得出了檢測(cè)工藝卡。關(guān)鍵詞：焊管 ; 焊縫 ; 超聲波探傷 ; 超聲波tofd焊縫檢測(cè)abstractthe subject of the paper is ultrasonic inspection test of steel welding seam. the main task is to learn the utility of ultrasonic testing technology butt welding joint f

3、law detection for pressure vessel, based on mastering the manufacturing procedure of process equipment and the causes of welding defects, and the concrete plan of the weld repairing is described in this paper. as a kind of ndt(non-destructive testing)，ut (ultrasonic testing) is widely used in modern

4、 industry, which plays a very important role in improving the quality and the reliability of product.this paper according to wave nondestructive testing technology fortheoretical study, brief introduction ultrasonic nondestructive testingtechnology research and development present situation, the ult

5、rasonicnondestructive testing technology is a kind of advanced detection technology, application scope, more extensive more wide. then a detailed analysis ofultrasonic nondestructive testing technology based on the working principle, characteristics. selecting of check block and test-components debu

6、gging of equipment , common problems and solving methods in field testing are introduced in this paper besides the methods of field testing, defect locating and length measuring are also diven. and then the rating tests is made through the gb11345-89 standards. in the end the testing process card is

7、 given.key words: welding seam；ultrasonic testing；check block；time of flight diffraction technique 47目錄1緒論21.1選題的背景及意義21.2 超聲檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀31.3國(guó)際超聲檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀31.4我國(guó)超聲無(wú)損檢測(cè)發(fā)展現(xiàn)狀42. 焊管制造工藝流程和焊接缺陷及缺陷產(chǎn)生原因52.1螺旋焊管制造工藝流程52.2 常見(jiàn)焊接缺陷分類(lèi)及產(chǎn)生原因82.2.1焊管焊縫熔合不良類(lèi)缺陷及原因83.焊管常用的無(wú)損探傷種類(lèi)及特點(diǎn)和檢測(cè)方法123.1焊管焊縫常用的檢測(cè)方法123.2超聲波無(wú)損檢測(cè)的

8、優(yōu)點(diǎn)144.焊管超聲探傷技術(shù)154.1.超聲波的原理及分類(lèi)154.1.1超聲波探傷的原理154.1.2超聲波探傷方法及分類(lèi)164.2螺旋焊管板材電磁超聲檢測(cè)方法174.2.1基本原理184.2.2 探頭布置及數(shù)量的確定184.2.3檢測(cè)工藝204.3自動(dòng)超聲波在線檢測(cè)焊管焊縫244.3.1探頭的電磁機(jī)械跟蹤244.3.2探傷系統(tǒng)組成254.3.3焊縫跟蹤系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)274.3.4焊縫跟蹤系統(tǒng)電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)284.3.5自動(dòng)檢測(cè)過(guò)程295 超聲波tofd新技術(shù)在焊管檢測(cè)中的應(yīng)用305.1 超聲波tofd焊縫檢測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)介305.1.1 超聲波tofd焊縫檢測(cè)的基本原理305.1.2 超聲波tofd焊

9、縫檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)315.1.3 超聲波tofd焊縫檢測(cè)技術(shù)與其它檢測(cè)技術(shù)的對(duì)比325.2 超聲波tofd焊縫檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用345.3 超聲波tofd焊縫檢測(cè)的缺陷分析375.3.1 缺陷定性375.3.2 缺陷定位定量385.3.3 缺陷定位定量數(shù)式395.3.4 試驗(yàn)圖片對(duì)比分析406.結(jié)論44致謝45參考文獻(xiàn)461緒論1.1選題的背景及意義隨著現(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在設(shè)備和裝備的運(yùn)行、產(chǎn)品質(zhì)量的保證、提高生產(chǎn)率、降低成本等領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越大的作用，無(wú)損檢測(cè)也已經(jīng)發(fā)展成為一門(mén)獨(dú)立的綜合性學(xué)科，而超聲波探傷技術(shù)在無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域內(nèi)占有極其重要的地位，在很多領(lǐng)域均獲得非常廣泛的應(yīng)用。

10、焊管是各個(gè)工業(yè)部門(mén)不可缺少的重要生產(chǎn)設(shè)備，用于供熱、供電和儲(chǔ)存各種工業(yè)原料及產(chǎn)品，完成工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程必需的各種物理過(guò)程和化學(xué)反應(yīng)。因此它成為石油、化工、電站、核能和軍工等工業(yè)部門(mén)的重要生產(chǎn)裝備。其制造工藝以焊接為主，質(zhì)量要求比較高。焊縫質(zhì)量直接決定著焊管的使用安全和使用壽命，因此在制造和使用過(guò)程中的焊縫檢測(cè)顯得尤為重要。因此，迫切需要尋找一種高效、經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便可行的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)及缺陷評(píng)定方法。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)主要包括射線探傷、超聲波探傷、磁粉探傷、滲透探傷、聲發(fā)射等方法其中超聲波探傷和射線探傷是檢測(cè)壓力容器焊縫內(nèi)部缺陷的主要手段。超聲波探傷以其探傷距離大、探傷裝置體積小、重量輕、便于攜帶、檢測(cè)速度快、

11、檢測(cè)費(fèi)用低等優(yōu)勢(shì)，在過(guò)程設(shè)備制造和在役檢測(cè)工作中得到越來(lái)越多的應(yīng)用。由于歷史的原因，在焊管的檢驗(yàn)、檢測(cè)及缺陷評(píng)定仍存在很大的問(wèn)題。具體表現(xiàn)在：在役過(guò)程設(shè)備(其中包括國(guó)外進(jìn)口設(shè)備)由于設(shè)計(jì)、制造與安裝等所采用的標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，其檢驗(yàn)、檢測(cè)要求難以統(tǒng)一，制造質(zhì)量難以保證，給設(shè)備的維護(hù)和在用管理帶來(lái)很大難度。過(guò)去對(duì)焊管的驗(yàn)收管理不嚴(yán)，導(dǎo)致了現(xiàn)今在役設(shè)備焊縫中存著大量超標(biāo)缺陷。焊接缺陷的類(lèi)型主要包括未焊透、未熔合、裂紋、氣孔及夾渣等。國(guó)內(nèi)外關(guān)于缺陷評(píng)定的標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。這些缺陷如不進(jìn)行定期檢查及有效的安全評(píng)定而盲目使用勢(shì)必會(huì)造成重大惡性事故，給企業(yè)帶來(lái)重大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，怎樣實(shí)現(xiàn)對(duì)焊縫內(nèi)部缺陷的精確定位、定

12、量和定性分析及缺陷評(píng)定，是需迫切解決的課題。在焊縫缺陷檢測(cè)中，超聲檢測(cè)是目前公認(rèn)的最有效的常規(guī)無(wú)損檢測(cè)方法之一，與其它常規(guī)檢測(cè)相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)。焊縫超聲檢測(cè)一方面以其較為經(jīng)濟(jì)、操作輕便靈活而在質(zhì)量控制和在役設(shè)備安全性能檢查中得到廣泛的應(yīng)用，而在另一方面由于焊縫超聲檢測(cè)的不直觀性，以及檢測(cè)人員、檢測(cè)對(duì)象、儀器探頭等諸多因素，可能產(chǎn)生漏檢或誤判。因此，針對(duì)超聲檢測(cè)技術(shù)顯示不直觀，探傷技術(shù)難度大以及探傷結(jié)果不便保存等技術(shù)難點(diǎn)，深入學(xué)習(xí)和掌握超聲檢測(cè)技術(shù)，在搞清原理、掌握使用的同時(shí)發(fā)揮創(chuàng)新精神探索超聲檢測(cè)過(guò)程中的出現(xiàn)的問(wèn)題并加以解決。針對(duì)焊縫內(nèi)部缺陷的超聲波檢測(cè)及安全評(píng)定過(guò)程中所涉及的關(guān)鍵性問(wèn)題進(jìn)行

13、系統(tǒng)的分析，并依據(jù)缺陷檢測(cè)所得到的結(jié)果進(jìn)行缺陷評(píng)定具有重要意義。1.2 超聲檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀無(wú)損探傷技術(shù)是檢測(cè)壓力容器焊縫內(nèi)部缺陷的主要手段。無(wú)損探傷是指利用聲、光、磁和電等特性，在不損害或不影響被檢對(duì)象使用性能的前提下，檢測(cè)被檢對(duì)象中是否存在缺陷或不均勻性，給出缺陷的大小、位置、性質(zhì)和數(shù)量等信息，進(jìn)而判定被檢對(duì)象所處技術(shù)狀態(tài)的所有技術(shù)手段的總稱(chēng)。工業(yè)生產(chǎn)中常用的無(wú)損檢測(cè)方法有射線檢驗(yàn)(rt)、超聲檢測(cè)(ut)、磁粉檢測(cè)(mt)和液體滲透檢測(cè)(pt) 四種。其中射線探傷和超聲波探傷是檢測(cè)壓力容器焊縫內(nèi)部缺陷的主要手段。1.3國(guó)際超聲檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀無(wú)損檢測(cè)技術(shù)歷經(jīng)一個(gè)世紀(jì)，盡管

14、無(wú)損檢測(cè)技術(shù)本身并非一種生產(chǎn)技術(shù)，但其技術(shù)水平卻能反映該部門(mén)、該行業(yè)、該地區(qū)甚至該國(guó)的工業(yè)技術(shù)水平。超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)(ut)作為四大常規(guī)檢測(cè)技術(shù)之一，由于其與其它常規(guī)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)相比，它具有被測(cè)對(duì)象范圍廣，檢測(cè)深度大；缺陷定位準(zhǔn)確，檢測(cè)靈敏度高；成本低，使用方便，速度快，對(duì)人體無(wú)害以及便于現(xiàn)場(chǎng)使用等特點(diǎn)，因而世界各國(guó)都對(duì)超聲無(wú)損檢測(cè)給予了高度的重視。目前，國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)已逐步從ndi和ndt向nde過(guò)渡。無(wú)損探傷(ndi)、無(wú)損檢測(cè)(ndt)和無(wú)損評(píng)價(jià)(nde)是無(wú)損檢測(cè)發(fā)展的三個(gè)階段。超聲波無(wú)損探傷是初級(jí)階段，它的作用僅僅是在不損害零部件的前提下，發(fā)現(xiàn)其人眼不可見(jiàn)的內(nèi)部缺陷，

15、以滿(mǎn)足工業(yè)設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度求。超聲無(wú)損檢測(cè)是近20年來(lái)應(yīng)用最廣泛的術(shù)語(yǔ)，它不僅要檢測(cè)最終產(chǎn)品，而且還要對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。超聲無(wú)損評(píng)價(jià)是超聲檢測(cè)發(fā)展的最高界，不但要探測(cè)缺陷的有無(wú)，還要給出材質(zhì)的定量評(píng)價(jià)，也包括對(duì)材料和缺陷的物理和力學(xué)性能的檢測(cè)及其評(píng)價(jià)。本文建立在ndi的基礎(chǔ)上，在過(guò)程裝備制造與維護(hù)過(guò)程中，對(duì)焊縫進(jìn)行有效檢測(cè)，并進(jìn)行缺陷分析和計(jì)算，從而對(duì)過(guò)程裝備進(jìn)行有效的安全評(píng)估。1.4我國(guó)超聲無(wú)損檢測(cè)發(fā)展現(xiàn)狀近年來(lái)我國(guó)超聲無(wú)損檢測(cè)事業(yè)取得了巨大進(jìn)步和發(fā)展。超聲無(wú)損檢測(cè)已經(jīng)應(yīng)用到了幾乎所有工業(yè)部門(mén)，其用途正日趨擴(kuò)大。超聲無(wú)損檢測(cè)的相關(guān)理論和方法及應(yīng)用的基礎(chǔ)性研究正在逐步深入，已經(jīng)取得了許

16、多突破性進(jìn)展。比如，用戶(hù)友好界面操作系統(tǒng)軟件；各種掃描成象技術(shù)；多坐標(biāo)、多通道的自動(dòng)超聲檢查系統(tǒng)；超聲機(jī)器人檢測(cè)系統(tǒng)等。無(wú)損檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，檢測(cè)儀器的數(shù)字化、智能化、圖象化、小型化和系列化工作也都取得了較大發(fā)展。我國(guó)已經(jīng)制訂了一系列國(guó)標(biāo)、部標(biāo)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，而且引進(jìn)了iso，atsm等一百多個(gè)國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)。無(wú)損檢測(cè)人員的培訓(xùn)也逐漸與國(guó)際接軌。但是，我國(guó)超聲無(wú)損檢測(cè)事業(yè)從整體水平而言，與發(fā)達(dá)國(guó)家之間仍存在很大差距。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1）檢測(cè)專(zhuān)業(yè)隊(duì)伍中高級(jí)技術(shù)人員和高級(jí)操作人員所占比例較小，極大阻礙了超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)向自動(dòng)化、智能化、圖象化的進(jìn)展。由于經(jīng)驗(yàn)豐富的老一輩檢測(cè)工作者缺乏把實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)

17、化為理論總結(jié)，而年輕的檢測(cè)人員缺乏切實(shí)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，這有可能導(dǎo)致現(xiàn)有的超聲檢測(cè)軟件系統(tǒng)不同程度的缺陷，降低了檢測(cè)的可靠性。2）專(zhuān)業(yè)無(wú)損檢測(cè)人員相對(duì)較少，現(xiàn)有無(wú)損檢測(cè)設(shè)備有待改進(jìn)。從而導(dǎo)致目前我國(guó)產(chǎn)品的質(zhì)量普遍存在較大問(wèn)題。更嚴(yán)重的后果是產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力差，焊縫的超聲波檢測(cè)技術(shù)研究影響產(chǎn)品進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)。3）對(duì)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域的信息技術(shù)應(yīng)用重視不夠。我國(guó)對(duì)無(wú)損檢測(cè)信息技術(shù)的建設(shè)工作還處在相當(dāng)薄弱的階段。4）無(wú)損檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范多而雜。我們相信，隨著超聲檢測(cè)的廣泛應(yīng)用和對(duì)超聲檢測(cè)重視程度的不斷提高，我國(guó)的超聲檢測(cè)將獲得更加快速的發(fā)展和進(jìn)步。2. 焊管制造和焊接缺陷及缺陷產(chǎn)生原因本章主要介紹焊管制造過(guò)程、

18、產(chǎn)生的常見(jiàn)的焊接缺陷，以及產(chǎn)生這些缺陷的原因。2.1螺旋焊管制造工藝流程過(guò)程設(shè)備的生產(chǎn)工藝流程大致為下料、成型、焊接、無(wú)損檢測(cè)、組對(duì)焊接、無(wú)損檢測(cè)、熱處理、壓力試驗(yàn)幾個(gè)階段。下面分別簡(jiǎn)要介紹個(gè)流程的注意事項(xiàng)。(1)螺旋焊管生產(chǎn)工藝流程圖(2)螺旋縫埋弧焊鋼管工藝流程圖入庫(kù) 合同/訂單平頭、倒棱水壓試驗(yàn) 超聲波探傷成品檢驗(yàn)涂層標(biāo)志補(bǔ)焊、修磨超聲波探傷內(nèi)焊縫外觀檢查外焊縫外觀檢查在線超聲波檢驗(yàn)鋼板對(duì)焊 圓盤(pán)剪銑邊銑 邊自動(dòng)內(nèi)焊焊縫x射線探傷遞送、矯平原材料檢驗(yàn)采 購(gòu) 購(gòu) 購(gòu)工藝技術(shù)準(zhǔn)備成 型 型自動(dòng)外焊 定尺、飛剪1）原材料即帶鋼卷，焊絲，焊劑。在投入前都要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的理化檢驗(yàn)。把合格的鋼帶吊裝在開(kāi)

19、卷機(jī)上，對(duì)鋼帶進(jìn)行開(kāi)卷、矯平。2）鋼帶經(jīng)矯平后運(yùn)行到對(duì)焊工藝,帶鋼頭尾對(duì)接，采用單絲或雙絲埋弧焊接，在卷成鋼管后采用自動(dòng)埋弧焊補(bǔ)焊。 3）鋼帶對(duì)焊完畢后，采用電接點(diǎn)壓力表控制輸送機(jī)兩邊壓下油缸的壓力，確保了帶鋼的平穩(wěn)輸送, 成型前，帶鋼經(jīng)過(guò)矯平、剪邊(圓盤(pán)剪工序，剪切對(duì)鋼帶剪切毛邊)、銑邊（鋼帶剪邊后運(yùn)行到銑邊工序，對(duì)鋼帶板邊進(jìn)行進(jìn)一步處理，去掉毛刺、超過(guò)8mm以上鋼板銑去坡口等），表面清理、輸送和予彎邊處理（鋼帶銑邊處理后，為（不知）在成型過(guò)程中焊縫形成“噘嘴”現(xiàn)象對(duì)鋼帶邊緣進(jìn)行預(yù)彎處理）。4）鋼帶進(jìn)行成型器，采用外控或內(nèi)控輥式成型，進(jìn)行調(diào)型。5）鋼管成型后，對(duì)鋼帶實(shí)施內(nèi)焊縫焊接。鋼管內(nèi)焊完

20、畢后，焊縫旋轉(zhuǎn)半周到過(guò)鋼管上方時(shí)，外焊工對(duì)焊縫實(shí)施外焊縫焊接。利用焊縫間隙控制裝置來(lái)保證焊縫間隙滿(mǎn)足焊接要求，管徑錯(cuò)邊量和焊縫間隙都得到嚴(yán)格的控制。內(nèi)焊和外焊均采用單絲或雙絲埋弧焊接，從而得穩(wěn)定的焊接。6）焊完的焊縫均經(jīng)過(guò)在線連續(xù)超聲波自動(dòng)傷儀檢查，保證100的螺旋焊縫的無(wú)損檢測(cè)覆蓋率。若有缺陷，自動(dòng)報(bào)警并噴涂標(biāo)記，生產(chǎn)工人依此隨時(shí)調(diào)整工藝參數(shù)，及時(shí)消除缺陷。 7）鋼管外焊完畢后繼續(xù)向前運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)鋼管頂端到達(dá)客戶(hù)要求的定尺長(zhǎng)度時(shí)，通過(guò)光電感應(yīng)器傳送到等離子切割機(jī)，對(duì)鋼管定尺切割。8）切成單根鋼管后，每批鋼管頭三根要進(jìn)行嚴(yán)格的首檢制度，檢查焊縫的力學(xué)性能，化學(xué)成份，溶合狀況，鋼管表面質(zhì)量以及經(jīng)過(guò)無(wú)

21、損探傷檢驗(yàn)，確保制管工藝合格后，才能正式投入生產(chǎn)。 9）焊縫上有連續(xù)聲波探傷標(biāo)記的部位，經(jīng)過(guò)手動(dòng)超聲波和x射線復(fù)查，如確有缺陷，經(jīng)過(guò)修補(bǔ)后，再次經(jīng)過(guò)無(wú)損檢驗(yàn)，直到確認(rèn)缺陷已經(jīng)消除。 10）帶鋼對(duì)焊焊縫及與螺旋焊縫相交的丁型接頭的所在管，全部經(jīng)過(guò)x射線電視或拍片檢查。 11）每根鋼管經(jīng)過(guò)靜水壓試驗(yàn)，壓力采用徑向密封。試驗(yàn)壓力和時(shí)間都由鋼管水壓微機(jī)檢測(cè)裝置嚴(yán)格控制。試驗(yàn)參數(shù)自動(dòng)打印記錄。 12）管端機(jī)械加工，使端面垂直度，坡口角和鈍邊得到準(zhǔn)確控制。 13）根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和客戶(hù)要求在鋼管一端內(nèi)、外壁噴涂標(biāo)識(shí)。2.2 常見(jiàn)焊接缺陷分類(lèi)及產(chǎn)生原因螺旋焊管是一種主要的輸送流體的焊接鋼管, 由于螺旋焊管可以由一種

22、寬度的鋼卷連續(xù)成型焊接生產(chǎn), 容易實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化, 并且采用雙面埋弧自動(dòng)焊的焊接型式, 又有多種探傷方法檢查把關(guān)保證焊縫質(zhì)量。因此敷設(shè)輸油輸氣管線時(shí), 螺旋焊管得到了廣泛的應(yīng)用。但在成型焊接過(guò)程中, 由于操作失誤或工藝欠成熟等方面的原因, 導(dǎo)致焊管產(chǎn)生各種各樣的缺陷。下面就螺旋焊管常見(jiàn)的幾種焊縫缺陷的產(chǎn)生及典型特征以及應(yīng)用射線探傷(rt ) 和超聲波探傷(v t ) 作一個(gè)簡(jiǎn)單分析與介紹。2.2.1焊管焊縫熔合不良類(lèi)缺陷及原因(1)熔合不良類(lèi)缺陷包括未熔合和未焊透,未焊透是指焊接金屬母材與母材之間, 未被電弧熔化而留下的空隙, 對(duì)于雙面焊螺旋焊管一般產(chǎn)生在焊縫中部。未焊透產(chǎn)生原因: 1)電流強(qiáng)

23、度不夠，運(yùn)條速度太快；2)管道組對(duì)時(shí)，坡口的鈍邊太厚或間隙太??；3)焊條角度不對(duì)以及電弧偏吹；4)焊件散熱速度太快使焊融金屬迅速冷卻。常見(jiàn)的未焊透如圖2.1 所示:圖2.1未焊透 (2)未熔合是指焊縫金屬與母材之間、多焊道時(shí)焊縫金屬之間彼此沒(méi)有完全熔合在一起的現(xiàn)象。前者稱(chēng)為邊緣未熔合, 后者稱(chēng)為層間未熔合, 由于未熔合大面積地降低了焊接接頭強(qiáng)度, 相對(duì)而言, 未熔合比未焊透更具危害性。產(chǎn)生原因: 焊接電流過(guò)小, 焊條焊絲偏于坡口一側(cè)或因焊條偏心使電弧偏于一側(cè), 使母材或前一道焊縫金屬未得到充分熔化就被填充金屬所覆蓋。當(dāng)母材坡口或前一層焊縫表面有銹或臟物, 焊接時(shí)由于溫度不夠, 未將其熔化而覆蓋

24、上填充金屬, 也會(huì)形成層間或邊緣未熔合。由于螺旋焊管在成型前用圓盤(pán)剪剪去帶鋼卷兩側(cè)各約20mm , 焊接接頭部分不會(huì)有銹蝕或污物, 并且采用雙面埋弧自動(dòng)焊, 故在自動(dòng)焊縫中由于焊偏及電流過(guò)小等原因可能產(chǎn)生邊緣未熔合, 而在補(bǔ)焊焊縫中(多層焊)有可能產(chǎn)生層間未熔合。如圖2.2 所示:圖2.2未熔合a. 邊緣未熔合b. 層間未熔合 (3)氣孔和夾渣1)氣孔是焊接熔池在高溫時(shí)吸收了過(guò)多的氣體, 而在冷卻時(shí)氣體在金屬中的熔解度急劇下降, 氣體來(lái)不及逸出而殘留在焊縫金屬中形成的。氣孔可分為孤立氣孔、密集氣孔、鏈狀氣孔和蟲(chóng)孔等, 一般能導(dǎo)致焊接過(guò)程中產(chǎn)生大量氣體的因素都是產(chǎn)生氣孔的原因, 主要有以下幾個(gè)方

25、面:1)熔化金屬冷卻太快，氣體來(lái)不及從焊縫中逸出：如風(fēng)速過(guò)大、溫度較低，或者焊工操作技術(shù)不良，運(yùn)條速度太快，使焊肉很薄，冷卻過(guò)快，氣體來(lái)不及從焊縫中逸出；2)電弧太長(zhǎng)或太短。電弧太長(zhǎng)使空氣浸入熔池，太短則阻礙氣體外逸；焊條受潮；3)焊件及焊條上沾有油漆、油污等，受熱后放出氣體浸入熔池；基本金屬及焊條化學(xué)成分不當(dāng)，含碳?xì)膺^(guò)多，所含的合金成分使鐵水發(fā)粘。4)使熔渣粘度太大，阻礙氣體外逸；氣孔的分類(lèi)及典型特征見(jiàn)圖2.3:a. 孤立氣孔b. 密集氣孔c. 鏈狀氣孔d. 蟲(chóng)孔圖2.3氣孔夾渣是焊接冶金反應(yīng)產(chǎn)生的, 焊后殘流在焊縫金屬中的非金屬夾雜物。夾渣可分為點(diǎn)狀?yuàn)A渣、密集夾渣和條狀?yuàn)A渣三種。如圖2.4

26、 所示。圖2.4夾渣a. 點(diǎn)狀?yuàn)A渣b. 密集夾渣c(diǎn). 條狀?yuàn)A渣產(chǎn)生原因: 坡口角度過(guò)小、焊接電流過(guò)小, 或焊接速度過(guò)快, 使夾雜物不能與液態(tài)金屬分離并浮出。多層焊時(shí), 如果前一層的熔渣清理不徹底, 焊接操作又未能將其完全浮出, 也會(huì)在焊縫中形成夾渣。夾渣的外形很不規(guī)則, 大小差異也很懸殊, 對(duì)焊接質(zhì)量的影響一般來(lái)說(shuō)比氣孔嚴(yán)重。 (4)裂紋裂紋是危害嚴(yán)重的焊接缺陷, 也是焊縫中常見(jiàn)的缺陷。裂紋是在焊接應(yīng)力及其它致脆因素共同作用下, 焊接接頭局部地區(qū)的金屬原子結(jié)合力遭到破壞而形成的新界面(縫隙)。裂紋按照其形成原因可分為熱裂紋、冷裂紋、再熱裂紋、層狀撕裂、應(yīng)力腐蝕裂紋。由于螺旋焊管一般采用優(yōu)質(zhì)碳素

27、鋼和低合金鋼材料, 焊完后也不再進(jìn)行熱處理等工藝, 因此大多數(shù)裂紋是熱裂紋和冷裂紋。冷裂紋經(jīng)常出現(xiàn)的形態(tài)是: 焊道下裂紋、焊趾裂紋、焊縫根部裂紋, 見(jiàn)圖2.5。圖2.5裂紋 1焊縫縱向裂紋 2焊縫橫向裂紋3熱影響區(qū)縱向裂紋 4弧坑裂紋5熱影響區(qū)橫向裂紋 6焊趾裂紋7熱影響區(qū)貫穿裂紋 8焊縫根部裂紋9焊道下裂紋 10焊縫內(nèi)晶間裂紋(5)在螺旋焊管中由于成型不穩(wěn)定引起錯(cuò)邊, 焊接接頭有效面積減少以及鋼帶對(duì)頭時(shí)由于壁厚在公差帶范圍內(nèi)發(fā)生變化而導(dǎo)致成型焊接不穩(wěn)定, 在焊完內(nèi)焊后, 由于遞送力很大也可能造成撕裂, 一般裂紋產(chǎn)生在內(nèi)焊縫中。綜合上所述，常見(jiàn)的焊接缺陷大致與下述因素有關(guān)。見(jiàn)表2.3。表2.3

28、 焊接缺陷產(chǎn)生的可能因素因素裂紋未焊透夾渣氣孔焊瘤咬邊材料照管不當(dāng)材料選用焊機(jī)保養(yǎng)電源與接地夾具與轉(zhuǎn)胎工具與焊工管理焊條選用焊條保管焊接設(shè)計(jì)坡口尺寸及類(lèi)型裝配精度焊接位置焊接順序焊接條件焊接操作標(biāo)準(zhǔn)注：-關(guān)系密切；-關(guān)系不大。3.焊管常用的無(wú)損探傷種類(lèi)及特點(diǎn)和檢測(cè)方法3.1焊管焊縫常用的檢測(cè)方法鋼管是一種金屬管道，應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)方面。金屬材料直接決定鋼管的質(zhì)量，優(yōu)質(zhì)材料的化學(xué)成分、物理性能及幾何形狀都必須是連續(xù)的、單純的和均勻的。如果這3方面存在不足或者受到破壞，該金屬材料即為缺陷材料。鋼管的缺陷可通過(guò)各種形式的探傷進(jìn)行檢測(cè)。常用的無(wú)損探傷方法有射線探傷、超聲探傷、磁粉探傷、滲透探傷和渦

29、流探傷。下面分別介紹:(1) 射線探傷。射線探傷（rt）是利用電磁波穿透工件，完好部位與缺陷部位透過(guò)劑量有差異，其程度與這兩部分的材質(zhì)、射線強(qiáng)度和透過(guò)方向與缺陷尺寸有關(guān)，從而形成缺陷影像。射線探傷的主要特點(diǎn)如下：1）圖片上有完好部位與缺陷部位的黑度差形成的缺陷平面投影影象，一 般無(wú)法測(cè)量缺陷的深度；2)基本不受焊縫厚度限制； 3)要求焊縫雙面靠近，檢驗(yàn)成本高，時(shí)間長(zhǎng)；4)對(duì)操作人員有射線損傷射線探傷有利于檢驗(yàn)出夾渣、氣孔等體積形缺陷。對(duì)平行于射線方向的開(kāi)口性缺陷有檢出能力（2）滲透探傷。滲透探傷的原理是利用毛細(xì)作用將帶有顏色的滲透液噴涂在焊縫表面上，使其滲入缺陷內(nèi)，清洗后施加顯象劑顯示缺陷彩色

30、痕跡。滲透檢測(cè)適用于各種金屬工件，不要電源，缺陷性質(zhì)容易辨認(rèn)，滲透操作到顯示缺陷約半小時(shí)。能夠檢測(cè)出光潔與清潔表面開(kāi)口缺陷。（3）超聲波探傷。超聲探頭發(fā)射的超聲波在工件的不連續(xù)區(qū)產(chǎn)生反射，從而被探頭和儀器接收。一般情況下，超聲探傷主要用來(lái)探測(cè)鋼管內(nèi)外表面及其內(nèi)部的縱向缺陷，根據(jù)用戶(hù)需要也可探測(cè)橫向缺陷。超聲探傷有較高的檢測(cè)靈敏度，對(duì)鋼管中裂紋、直道等缺陷比較敏感，也能探測(cè)出非金屬夾雜等體積型缺陷。因此，它適用于檢測(cè)質(zhì)量高的無(wú)縫鋼管，但由于檢測(cè)速度較慢，難以在鋼管檢測(cè)的流水線上進(jìn)行快速在線檢測(cè)，因此一般作為高質(zhì)量鋼管的離線檢測(cè)手段。（4）渦流探傷。渦流探傷是利用探頭線圈內(nèi)流動(dòng)的高頻電流可在焊縫表

31、面感應(yīng)出渦流的效應(yīng)，有缺陷會(huì)改變渦流磁場(chǎng)引起線圈輸出(如電壓或相位)變化來(lái)反映缺陷。渦流探傷檢驗(yàn)參數(shù)控制相對(duì)困難，檢驗(yàn)結(jié)果的解釋稍微困難。可檢驗(yàn)各種導(dǎo)電材料焊縫與堆焊層表面與近表面缺陷。適合于鋼管質(zhì)量檢驗(yàn)的自動(dòng)渦流探傷方法有點(diǎn)式探頭探傷和穿過(guò)式探傷法2種。采用點(diǎn)式探頭探傷高速旋轉(zhuǎn)的方法來(lái)探測(cè)鋼管中的縱向缺陷，其檢測(cè)速度由探頭的數(shù)量和其旋轉(zhuǎn)的速度而定，一般來(lái)說(shuō)比較慢，加之設(shè)備較復(fù)雜，因而其應(yīng)用不太廣泛；采用穿過(guò)式探頭檢測(cè)鋼管中的橫向缺陷，這種方法設(shè)備簡(jiǎn)單，探傷速度快，且對(duì)鋼管表面和近表面的常見(jiàn)缺陷如裂口、凹面、結(jié)疤及部分外折等有較高的檢測(cè)靈敏度，因而成為鋼管檢測(cè)的主要方法。（5）漏磁探傷。鋼管的

32、漏磁探傷技術(shù)主要分為磁粉探傷法和磁場(chǎng)測(cè)定法2 種。磁粉探傷是將焊縫磁化利用缺陷部位的漏磁通可吸附磁粉的現(xiàn)象得以形成缺陷痕跡以達(dá)到探傷效果的檢測(cè)手段。磁粉探傷限于檢驗(yàn)鐵磁材料，要完全接近與工件表面，缺陷性質(zhì)容易辨認(rèn)，油漆與電鍍面基本不影響檢驗(yàn)靈敏度，但應(yīng)做層膜厚度對(duì)靈敏度影響的試驗(yàn)。磁粉檢測(cè)可以用來(lái)檢表面與近表面缺陷?？尚栌萌庋蹃?lái)觀察磁痕，因此難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。磁場(chǎng)測(cè)定法盡管設(shè)備復(fù)雜，成本高且操作難度大，但卻是通過(guò)傳感器來(lái)拾取漏磁場(chǎng)信息的，因此易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化探傷。（6）電磁超聲探傷。超聲探傷是利用彈性波在缺陷部位形成反射或衍射的方法提取缺陷信號(hào)，其信號(hào)強(qiáng)度與波的類(lèi)型、探傷頻率，缺陷的尺寸、取向及其

33、表面狀態(tài)以及完好部位和缺陷部位的材質(zhì)有關(guān)。超聲探傷的主要特點(diǎn)如下：1)顯示器屏幕上缺陷波的幅度與位置代表缺陷的尺寸與深度，一般較難測(cè)量缺陷真實(shí)尺寸，只有采用衍射波法可測(cè)缺陷高度；2)厚度小于8mm時(shí)，要求特殊檢驗(yàn)方法；3)焊縫只須單面靠近，檢驗(yàn)時(shí)間短，成本低；4)對(duì)操作人員無(wú)損害。 超聲探傷有利于檢出裂紋類(lèi)面積形缺陷。電磁超聲傳感器激發(fā)的超聲波可沿著管材圓周方向傳播，無(wú)須使鋼管或傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)便可掃描鋼管的圓周。電磁超聲探傷能同時(shí)探出壓電超聲、渦流、漏磁探傷各自能探出的缺陷，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)保證生產(chǎn)節(jié)奏。綜合分析各種檢測(cè)方法的特點(diǎn)。不同材質(zhì)焊縫探傷方法的選擇見(jiàn)下表3.1.表3.1不同材質(zhì)焊縫探傷方法

34、的選擇檢驗(yàn)方法檢驗(yàn)對(duì)象超聲探傷射線探傷磁粉探傷滲透探傷渦流探傷鐵素體鋼焊縫 內(nèi)部缺陷表面缺陷奧氏體鋼焊縫 內(nèi)部缺陷表面缺陷鋁合金焊縫 內(nèi)部缺陷表面缺陷其他金屬焊縫 內(nèi)部缺陷表面缺陷塑料接頭焊縫注：很適合 ：適合 ：有附加條件時(shí)適合 ：不適合3.2超聲波無(wú)損檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)在各種檢測(cè)方法中，磁粉、滲透和渦流三種檢測(cè)方法，只能檢查表面和近表面缺陷，對(duì)試件內(nèi)部的裂紋不敏感。射線檢測(cè)法雖然可以用于檢測(cè)內(nèi)部缺陷，但是它對(duì)裂紋等面形缺陷檢測(cè)靈敏度低，另外由于其檢測(cè)速度慢，并且需要專(zhuān)門(mén)的防護(hù)設(shè)備，因而大大限制了該方法的應(yīng)用范圍。超聲檢測(cè)與射線檢測(cè)相比，對(duì)不理想的波束方向有更大的適應(yīng)性。它不僅對(duì)平面缺陷很敏感，而且

35、對(duì)夾渣和氣孔也有較高的靈敏性。此外，超聲波對(duì)人體無(wú)害，并且檢測(cè)速度快，操作方便，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，因此應(yīng)用最為廣泛。超聲檢測(cè)方法除了具有設(shè)備簡(jiǎn)單，使用方便和安全性好，檢測(cè)范圍廣等根本性的優(yōu)點(diǎn)外，超聲檢測(cè)產(chǎn)生的時(shí)域波形信號(hào)形式，使得計(jì)算機(jī)信號(hào)處理、模式識(shí)別和人工智能等技術(shù)能夠方便的用于檢測(cè)過(guò)程。計(jì)算機(jī)在超聲檢測(cè)中的應(yīng)用，也使得超聲檢測(cè)的可靠性越來(lái)越高17l。目前已經(jīng)超過(guò)了射線檢測(cè)，成為最普遍應(yīng)用的無(wú)損檢測(cè)方法。普遍采用超聲檢測(cè)的另外一個(gè)原因，是為了采用斷裂力學(xué)和損傷力學(xué)的知識(shí)對(duì)檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行壽命估計(jì)，超聲檢測(cè)對(duì)微型裂紋敏感的特點(diǎn)j下符合這種需要。由此可見(jiàn)，超聲檢測(cè)在焊管的檢測(cè)中有著廣泛的用途，同時(shí)也

36、占據(jù)著非常重要的作用，下面就超聲檢測(cè)技術(shù)加以詳細(xì)說(shuō)明4.焊管超聲探傷技術(shù)4.1.超聲波的原理及分類(lèi)4.1.1超聲波探傷的原理超聲波無(wú)損檢測(cè)主要是基于超聲波在試件中的傳播特性。首先通過(guò)激勵(lì)超聲發(fā)射換能器產(chǎn)生超聲波并使其進(jìn)入工件，然后再通過(guò)超聲接收換能器將工件中經(jīng)過(guò)被檢測(cè)材料自身或缺陷所反射、折射、衍射、散射的入射波轉(zhuǎn)換成接收信號(hào)，缺陷作為與構(gòu)件材料不同的介質(zhì)將會(huì)產(chǎn)生不同的特征信號(hào)，接著再對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行分析，從而獲得有關(guān)缺陷或材料的特性信息。；根據(jù)接收的超聲波的特征，焊管本身及其內(nèi)部是否存在缺陷及缺陷的特性。超聲波無(wú)損檢測(cè)的原理圖如下：報(bào)警電路電源顯示器時(shí)基電路同步電路接收放大電路發(fā)射電路 圖

37、4.1 超聲無(wú)損檢測(cè)示意圖同步電路：是超聲波探傷儀的心臟和指揮中心，它有多諧振蕩器產(chǎn)生周期性矩形同步脈沖，經(jīng)微分電路后變成正負(fù)尖脈沖，觸發(fā)閘流管后同時(shí)控制發(fā)射電路、時(shí)基電路、時(shí)標(biāo)電路等部門(mén)進(jìn)行步調(diào)一致的工作。發(fā)射電路發(fā)出頻率一定的超聲波脈沖,進(jìn)行器件檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果通過(guò)放大電路送到示波器的顯示屏，根據(jù)波形顯示來(lái)確定器件是否有瑕疵。4.1.2超聲波探傷方法及分類(lèi)超聲波探傷法的種類(lèi)很多，根據(jù)聲耦合方式可分為接觸法和液浸法兩大類(lèi)，按聲波傳播方式可分為反射法和透射法兩種。按超聲波激勵(lì)方式可分為脈沖波、連續(xù)波和調(diào)頻波等探傷方法。按波形分又可分為縱波、橫波、表面波和板波等。超聲波探傷作為無(wú)損檢驗(yàn)的一種重要手

38、段，在工業(yè)上已獲得廣泛的應(yīng)用。目前，從儀器品種、探頭種類(lèi)、探傷方法、自動(dòng)化水平等各方面都在不斷的革新和發(fā)展中。在超聲波探傷中，由于使用的波型、發(fā)射和接收的方法、信號(hào)的顯示方式、探頭與工件耦合的特點(diǎn)、工件形狀和缺陷類(lèi)型、實(shí)現(xiàn)探傷的手段等都不相同，所以從不同的方面出發(fā)，就可以按不同的歸納方式分類(lèi)。如按自動(dòng)化程度可以分為自動(dòng)化探傷、半自動(dòng)化探傷、手工探傷：按缺陷在熒屏上顯示的方式可以分為：顯示缺陷深度及反射波幅度的a型顯示、顯示在橫截面上缺陷的形狀和分布情況的b形顯示、顯示水平截面上缺陷形狀和分布情況的c型顯示。所以，要想把探傷的方法按一種格式嚴(yán)格分類(lèi)是不可能的，現(xiàn)僅就常用的金屬超聲波探傷方法綜合歸

39、納于下表。表4.1 常用超聲波探傷方法的分類(lèi)脈沖反射法是目前運(yùn)用最廣泛的一種超聲波探傷法。它使用的不是連續(xù)波，而是有一定持續(xù)時(shí)間按一定頻率發(fā)射超聲脈沖。探傷結(jié)果用示波器顯示。脈沖發(fā)射法包括縱波直探頭探傷法及橫波斜探頭探傷法兩種。4.2螺旋焊管板材電磁超聲檢測(cè)方法目前, 螺旋焊管行業(yè)一般在帶鋼或管體上采用壓電超聲波縱波多通道流狀或擺動(dòng)掃查探傷法。為保證各通道耦合良好、通道增益一致、邊探探頭跟蹤位置正確, 故調(diào)校設(shè)備時(shí)間較長(zhǎng), 且由于探頭直徑和間距決定的探傷覆蓋率等因素的影響, 無(wú)法對(duì)板厚6mm20mm 的焊管板材進(jìn)行100% 檢測(cè)。而且探傷時(shí), 如果水量太小, 則耦合不良, 影響探傷結(jié)果; 如果

40、水量大, 則不易風(fēng)干, 會(huì)影響焊接質(zhì)量。而采用電磁超聲裝置, 其所用通道數(shù)量少, 具有調(diào)校設(shè)備時(shí)間短, 無(wú)需耦合劑, 覆蓋面積大, 發(fā)現(xiàn)自然缺陷能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)多年的研究開(kāi)發(fā), 國(guó)內(nèi)有關(guān)部門(mén)采用電磁超聲技術(shù)對(duì)鐵磁性材料進(jìn)行無(wú)損檢測(cè),目前已進(jìn)入了工業(yè)應(yīng)用階段, 特別是在管材上運(yùn)用電磁超聲檢測(cè)取得了良好的效果。2007 年筆者單位已將ema 電磁超聲自動(dòng)探傷裝置成功地應(yīng)用在西氣東輸二線工程土庫(kù)曼斯坦阿姆河地面管線106712. 7 x70 和哈薩克斯坦中亞管線106715. 9 x70 及國(guó)內(nèi)東線 121918. 4x80 螺旋鋼管生產(chǎn)線上帶鋼板材分層的在線探傷。4.2.1基本原理超聲波探傷探頭

41、機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖4.2所示。其工作原理是: 曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)由連接桿帶動(dòng)探頭支架左右往復(fù)擺動(dòng), 實(shí)現(xiàn)探頭在鋼板上的左右掃查。鋼板的進(jìn)板速度設(shè)置為兩檔, 快速檔6m /m in( l =160mm)、慢速檔3m /m in (l = 80 mm )。在單位時(shí)間內(nèi), 兩種不同的進(jìn)板速度使探頭掃查鋼板的軌跡不同, 因而掃查的面積也就不同, 探頭掃查軌跡如圖4.3所示。圖4.2 探頭機(jī)械結(jié)構(gòu)圖4.3 探頭掃查軌跡4.2.2 探頭布置及數(shù)量的確定（1）探頭布置用超聲波對(duì)鋼板進(jìn)行探傷時(shí), 探頭布置如圖4.4所示, 探頭掃查面積如圖4.5所示。探頭數(shù)量的確定應(yīng)綜合考慮鋼板寬度標(biāo)準(zhǔn)、工藝所要求的覆蓋面積以及檢驗(yàn)速度等因

42、素。圖4.4 探頭布置示意圖圖4.5 探頭掃查面積示意圖（2） 探頭的檢測(cè)區(qū)域圖3中, 中部探頭左右擺動(dòng)探傷的鋼板區(qū)域?qū)挾萩 = a - 2b, a 為鋼板總寬度, b 為邊探所探傷的鋼板區(qū)域?qū)挾? 鋼板邊緣部分的探頭固定不動(dòng), 每側(cè)各布置3只, 若探頭的晶片直徑為20mm, 重合量取5mm, 則單側(cè)邊探探頭掃查有效寬度為50mm。（3） 探頭掃查面積計(jì)算1）單個(gè)探頭掃查面積已知: 電機(jī)轉(zhuǎn)速為1 520 r/m in, 減速比為1：40, 曲輪半徑為80mm, 探頭直徑為20mm, 進(jìn)板速度選快速檔, v = 6m /m in= 100mm / s。則有曲軸轉(zhuǎn)速n= 1 520 /40=38

43、r /m in。由于曲軸的1轉(zhuǎn)為探頭的1個(gè)往復(fù), 則探頭1個(gè)往復(fù)的時(shí)間為60 38= 1.6 s, 探頭1個(gè)往復(fù)的前進(jìn)距離為100 1.6= 160mm。則: 一只探頭的掃查面積為( 2 80 314) 20110。說(shuō)明: 鋼板前進(jìn)和探頭左右擺動(dòng)同時(shí)進(jìn)行,因而探頭在鋼板上的掃查軌跡為正弦波軌跡; 探頭晶片直徑20mm與一個(gè)正弦波軌跡的長(zhǎng)度的乘積所形成的面積就是單個(gè)探頭的掃查面積。2）探頭數(shù)量確定探頭數(shù)量可按( 1)式確定, 即探頭數(shù)量= (鋼板寬度- 邊探覆蓋面積)/一只探頭掃查面積探頭一個(gè)周期長(zhǎng)度要求掃查面積(1)。說(shuō)明: 邊探覆蓋面積按實(shí)際布置探頭數(shù)量并減去重合量計(jì)算; 要求掃查面積依據(jù)標(biāo)

44、準(zhǔn)及工藝而確定數(shù)值; 該探頭數(shù)量計(jì)算值與邊探探頭布置數(shù)量無(wú)關(guān)。以西氣東輸1 016mm21mm鋼管用鋼板的探傷為例, 鋼板寬度a = 3 090mm, 使用探頭晶片直徑20mm, 探頭1個(gè)掃查周期的長(zhǎng)度l = 80mm,邊探單邊探頭掃查有效寬度b = 50mm, 單只探頭的掃查面積s = 10 000mm2, 要求掃查面積比例為50%, 則按( 1) 式可計(jì)算出該鋼板探傷時(shí)所需的探頭數(shù)量。探頭數(shù)量=( 3 090- 100) 80/10 00050%= 11.96 12(只)4.2.3檢測(cè)工藝（1）工藝流程工藝流程見(jiàn)圖4.6。鋼管制造拒收或切除c.超聲手動(dòng)探傷 （評(píng)定結(jié)果）帶鋼移動(dòng)電磁超聲 板

45、中掃查a自動(dòng)探傷 板邊掃查b合 b再測(cè)驗(yàn) 格 或檢測(cè) a（2）掃查方法掃查方法見(jiàn)表4.3。表4.3帶鋼板材掃查方法項(xiàng)目檢測(cè)方式檢測(cè)范圍a.帶鋼體中固定掃查電磁超聲脈沖反射法a. 對(duì)帶鋼板體母材 25%的表面覆蓋面積進(jìn)行超聲波自動(dòng)掃查探傷。b. 對(duì)帶鋼兩側(cè)邊緣45mm 范圍內(nèi)母材, 進(jìn)行100%超聲波自動(dòng)探傷。b.帶鋼兩側(cè)固定掃查c.評(píng)定結(jié)果手動(dòng)檢測(cè)a型超聲脈沖反射法對(duì)板邊緣和板體中部的母材可疑缺陷噴標(biāo)部位進(jìn)行壓電超聲手動(dòng)復(fù)檢。（3）閘門(mén)設(shè)置板面a1、a 2 探頭報(bào)警閘門(mén)位置設(shè)置( 帶鋼體中) : 將板面a 1、a2 探頭落到鋼板表面, 施加磁化電流, 顯示屏幕上出現(xiàn)始波和板邊反射波, 將報(bào)警閘

46、門(mén)的前沿緊靠始波的后沿, 報(bào)警閘門(mén)的后沿緊靠板邊反射波的前沿, 此時(shí)閘門(mén)寬度范圍即為檢測(cè)范圍。將6mm 人工分層反射波高調(diào)節(jié)為滿(mǎn)幅度的100% 作為合格極限。板邊b1、b2 探頭報(bào)警閘門(mén)位置設(shè)置( 帶鋼兩側(cè)) : 將板邊b1、b2 探頭置于試板上, 探頭聲束對(duì)準(zhǔn)6mm 人工分層, 施加磁化電流, 移動(dòng)探頭找到6mm人工分層反射波的最高波, 調(diào)節(jié)發(fā)射頻率和磁化電流, 使6mm 人工分層反射波形最佳, 調(diào)節(jié)報(bào)警閘門(mén)的前沿緊靠始波后沿, 將報(bào)警閘門(mén)的后沿套住6mm人工分層反射波形, 調(diào)整增益調(diào)節(jié)器使6mm 人工分層反射波高為滿(mǎn)幅度的100% 作為合格極限。1. 組焊完成后將對(duì)接焊縫余高去除，粗糙度不

47、低于6.32. 圖中的 部分為線切割部位（a）1. 組焊完成后將對(duì)接焊縫余高去除，粗糙度不低于6.32. 圖中的 部分為線切割部位(b)1. 組焊完成后將對(duì)接焊縫余高去除，粗糙度不低于6.32. 圖中的 部分為線切割部位(c)圖4.7人工分層缺陷試樣應(yīng)用電磁超聲波在螺旋焊管生產(chǎn)線上對(duì)板材進(jìn)行自動(dòng)化檢測(cè), 探傷靈敏度高, 檢測(cè)速度快, 探頭布置少, 掃查范圍廣, 無(wú)需耦合劑, 對(duì)焊接質(zhì)量無(wú)影響,儀器調(diào)校效率高, 操作便利, 完全滿(mǎn)足現(xiàn)行鋼管檢測(cè)和附加標(biāo)準(zhǔn)的要求, 能有效地檢測(cè)出板材分層缺陷。4.3自動(dòng)超聲波在線檢測(cè)焊管焊縫鋼管焊縫的無(wú)損檢測(cè)一直是各企業(yè)難以解決而又巫待解決的重要問(wèn)題，迫切需要開(kāi)發(fā)

48、一種適合于我國(guó)生產(chǎn)條件的自動(dòng)化焊縫檢測(cè)設(shè)備。本文將首先介紹一種用于螺旋焊接鋼管焊縫檢測(cè)的自動(dòng)化超聲波探傷系統(tǒng)整體組成，然后介紹作為檢測(cè)設(shè)備核心的焊縫跟蹤機(jī)構(gòu)的機(jī)械和電氣結(jié)構(gòu)，并介紹了系統(tǒng)自動(dòng)探傷的工作過(guò)程。4.3.1探頭的電磁機(jī)械跟蹤探頭跟蹤是在電磁傳感器的監(jiān)控下完成 1 , 其工作原理是當(dāng)鋼管一端焊縫旋轉(zhuǎn)到正上方位置時(shí),系統(tǒng)啟動(dòng), 探頭落下, 鋼管螺旋運(yùn)動(dòng), 機(jī)械跟蹤機(jī)構(gòu)和電磁傳感器也同時(shí)工作, 并不斷將偏差數(shù)據(jù)送回控制部分, 經(jīng)比較將執(zhí)行信號(hào)傳回跟蹤伺服機(jī)構(gòu)。這樣在檢測(cè)過(guò)程中始終保證探頭架處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)( 圖4.8) 。圖4.8電磁檢測(cè)信號(hào)采集精度高, 可鑒別1mm 的偏差, 跟蹤范圍達(dá)

49、15mm。整個(gè)系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便、不怕水、無(wú)漂移、信號(hào)拾取可靠、跟蹤平穩(wěn)。兩個(gè)探頭對(duì)同一段焊縫掃查, 其分布情況如圖1 所示。圖中l(wèi) 為焊縫寬度, 一般約16mm。設(shè)l= l / 8, 當(dāng)探頭的k = 2 時(shí), sin0. 9(是超聲波折射角) , 則超聲波在tl 中的往返傳播時(shí)間為式中c- 鋼中的橫波速度c = 3 230m/ s一個(gè)探頭掃查6t , 焊縫另一側(cè)探頭也掃查6t兩探頭主聲束覆蓋整個(gè)焊縫以防止漏檢。程序設(shè)計(jì)中, 保證缺陷波出現(xiàn)在始波到6. 5t 之間有效。程序中設(shè)缺陷波閘門(mén)寬度為9us。實(shí)際探傷時(shí), 可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)情況設(shè)置缺陷波閘門(mén)寬度。4.3.2探傷系統(tǒng)組成焊縫探傷比較有效的手段是采

50、用脈沖反射式超聲波檢測(cè)技術(shù)。由于主要是判斷是否存在缺陷，這里我們采用a型顯示(a掃描)的超聲波探傷儀。它利用超聲波的反射特性，在熒光屏上以縱坐標(biāo)代表反射回波的幅度，以橫坐標(biāo)代表反射回波的傳播時(shí)間，根據(jù)缺陷反射波的幅度和時(shí)間來(lái)確定缺陷的大小和存在的位置，如圖4.9所示。圖中，t為工件表面反射波，f為缺陷波，b為底面反射波。圖4.9 掃描顯示缺陷采用超聲波探傷儀的自動(dòng)化探傷系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖6.2所示，整個(gè)系統(tǒng)由超聲波探傷儀、運(yùn)輸小車(chē)和焊縫跟蹤機(jī)構(gòu)組成。超聲波探傷儀用于焊縫探傷，這里采用沿圓周對(duì)稱(chēng)分布的6個(gè)斜探頭以檢測(cè)焊縫中存在的氣孔、裂紋、夾渣、未焊透和未熔合等缺陷;運(yùn)輸小車(chē)用于移動(dòng)鋼管，檢測(cè)時(shí)，

51、將鋼管放在運(yùn)輸小車(chē)上送到焊縫跟蹤系統(tǒng)下方，小車(chē)一邊前進(jìn)，一邊旋轉(zhuǎn)鋼管，兩種運(yùn)動(dòng)合成為鋼管的螺旋運(yùn)動(dòng)，理想情況下，鋼管的進(jìn)給和旋轉(zhuǎn)嚴(yán)格同步，在鋼管焊縫螺旋角不變的條件下，焊縫嚴(yán)格位于探傷系統(tǒng)的檢測(cè)范圍內(nèi)。焊縫跟蹤系統(tǒng)是超聲探傷儀的載體，用于跟蹤鋼管焊縫的中心。為保證檢測(cè)的精度和可靠性，超聲探頭系統(tǒng)需要安裝在焊縫跟蹤系統(tǒng)上進(jìn)行工作。其原因是:(1)探傷儀的探頭系統(tǒng)對(duì)位置精度要求較高。由于超聲探頭系統(tǒng)本身的原理和結(jié)構(gòu)的限制，要求探頭系統(tǒng)必須具有很高的定位精度。(2)焊縫條件限制。理想情況下，鋼管的焊縫為一參數(shù)固定的螺旋線，但在鋼管焊接過(guò)程中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)偏差，造成鋼管焊縫幾何參數(shù)發(fā)生變化，因而要求檢測(cè)設(shè)

52、備能夠補(bǔ)償這一種變化。(3)由于運(yùn)輸小車(chē)的運(yùn)動(dòng)不精確，難以保證進(jìn)給和旋轉(zhuǎn)兩種運(yùn)動(dòng)的嚴(yán)格同步，從而導(dǎo)致焊縫相對(duì)探頭系統(tǒng)發(fā)生偏移，因此，要求檢測(cè)設(shè)備必須能跟蹤焊縫的偏移。圖4.10 螺旋鋼管焊縫自動(dòng)超聲探傷系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 在圖4.10的系統(tǒng)中，采用兩臺(tái)交流變頻調(diào)速電機(jī)實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸小車(chē)的進(jìn)給和鋼管的旋轉(zhuǎn)，由于鋼管的質(zhì)量大，鋼管的進(jìn)給和旋轉(zhuǎn)無(wú)法嚴(yán)格同步，在檢測(cè)初始階段尤顯著，因而焊縫跟蹤系統(tǒng)是焊縫自動(dòng)探傷設(shè)備的關(guān)鍵部分。4.3.3焊縫跟蹤系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)自動(dòng)化超聲波探傷對(duì)焊縫跟蹤系統(tǒng)的要求很高，通常焊縫跟蹤系統(tǒng)滿(mǎn)足下述指標(biāo)要求:1)適用鋼管范圍:螺旋埋弧焊管外徑337-1200;帶鋼寬度550-1500mm ;焊縫

53、螺旋角10-75;焊縫余高2 mm.;焊縫寬度8-30mm.2)焊縫切線運(yùn)動(dòng)速度:8m/min;3)焊縫位置跟蹤精度:士1 mm; 4)水平跟蹤范圍:士300 mm;5)垂直跟蹤范圍: 士150 mm 根據(jù)指標(biāo)要求，在設(shè)計(jì)焊縫跟蹤系統(tǒng)時(shí)，在機(jī)械上采用兩個(gè)平移自由度:一個(gè)為垂直方向，帶動(dòng)超聲波探頭架上下移動(dòng);另一個(gè)為水平方向，帶動(dòng)探頭架在水平面內(nèi)沿鋼管母線方向移動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼管焊縫偏移的跟蹤。焊縫跟蹤系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖3所示。探頭架安裝在垂直螺母上。兩個(gè)自由度均采用絲杠副實(shí)現(xiàn)平移運(yùn)動(dòng)，各采用一臺(tái)交流伺服電機(jī)通過(guò)減速器驅(qū)動(dòng)。電機(jī)軸到絲杠軸的減速比為9，絲杠的螺距為6mm,電機(jī)最高轉(zhuǎn)速為300 r/m

54、in，由上述參數(shù)得到水平垂直機(jī)構(gòu)的最大跟蹤線速度為2m/min，根據(jù)實(shí)際條件下測(cè)得的焊縫偏移統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，此系統(tǒng)能夠滿(mǎn)足跟蹤速度的要求。根據(jù)傳動(dòng)方式和系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)參數(shù)，將所有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算到電機(jī)軸上，依照公式:w（額）(3一4) w（軸）計(jì)算，取兩個(gè)交流伺服電機(jī)的額定功率為200 w。上式wo為電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩，wm為電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩。4.3.4焊縫跟蹤系統(tǒng)電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)焊縫跟蹤系統(tǒng)電氣部分組成如圖4.11所示，它主要由以下幾部分構(gòu)成。(1)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。系統(tǒng)不僅要實(shí)現(xiàn)各種控制功能，還要具有良好的操作界面。這里采用一臺(tái)pentirun586工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為系統(tǒng)主機(jī)，編制了基于windows95的圖形模式操作軟件，可在顯示器上實(shí)時(shí)顯示焊縫外觀的三維信息，并且具有設(shè)備的各種狀態(tài)顯示和報(bào)警提示，易于掌握和使用。操作面板焊縫位置傳感器伺服電機(jī) 驅(qū)動(dòng)器焊縫傳感器接口卡數(shù)字量輸出卡數(shù)字量輸入卡定時(shí)器/計(jì)數(shù)器卡isa總線工控機(jī)圖4.11焊縫跟蹤系統(tǒng)電氣結(jié)構(gòu)(2)數(shù)字量輸人卡用于掃描操作面板上各種操作按鈕的狀態(tài)、伺服驅(qū)動(dòng)器的狀態(tài)以及各個(gè)軸