超聲波探傷在濟鋼中厚板廠(chǎng)的應用

1、概述

濟鋼中厚板廠(chǎng)在線(xiàn)鋼板探傷采用超聲波探傷檢測系統。根據標準規定或用戶(hù)要求，鍋爐與壓力容器板、橋梁、建筑、管線(xiàn)用板等特殊用途的鋼板，需要進(jìn)行超聲波探傷。隨著(zhù)對鋼板產(chǎn)品內在質(zhì)量、性能、規格越來(lái)越高的要求，越來(lái)越多的用戶(hù)要求對鋼板進(jìn)行100%的探傷。

根據使用方式的不同，超聲波探傷可分為手動(dòng)探傷和自動(dòng)探傷。由于手動(dòng)探傷具有投資低、使用靈活等優(yōu)點(diǎn)，國內中厚板廠(chǎng)多采用此方式，但手動(dòng)探傷也存在著(zhù)許多無(wú)法彌補的缺點(diǎn)，一是探傷時(shí)間長(cháng)、生產(chǎn)效率低；二是探傷勞動(dòng)強度大，容易疲勞；三是占用生產(chǎn)場(chǎng)地鋼板復搬運量大；四是難以保證超聲波波束100%地覆蓋鋼板表面，從而不可避免地造成漏探和誤探。手動(dòng)探傷還因探傷速度慢而難以適應現代化大生產(chǎn)的要求。而自動(dòng)探傷具有速度快、效率高、占用生產(chǎn)場(chǎng)地小等明顯優(yōu)點(diǎn)，采用在線(xiàn)方式則基本上不占用生產(chǎn)場(chǎng)地也不存在鋼板的重復搬運問(wèn)題。

該廠(chǎng)采用的SONOTROTM66鋼板檢測器是NDT 技術(shù)公司運用超聲波技術(shù)生產(chǎn)的一種非損傷性檢測重型鋼板的檢測系統。鋼板的在線(xiàn)高速掃描速度為2.0米/秒，探傷能力能透過(guò)6-60mm厚的鋼板，并且覆蓋100%表面及鋼板的里面。所采用的探頭是性能較高的壓電晶體制成的，有兩種形式———單晶體式探頭和雙晶體式探頭。兩種形式的探頭運轉由電子脈沖產(chǎn)生的高頻脈波穿過(guò)水干擾后進(jìn)入鋼板內，并從缺陷點(diǎn)或壁表處反射回來(lái)。缺陷表面越大，則反射的能量越大，并產(chǎn)生一個(gè)較高的可視峰值。該操作方式稱(chēng)為“脈沖回聲模式”，掃描結果由集成電子系統處理?？梢詸z測的鋼板材料類(lèi)型有：鍋爐板、壓力容器板、橋梁板、船板、結構板及用于其它特殊結構的鋼板等。

2、超聲波探傷原理

超聲波測試的基本方法是基于超聲波的頻率要高于20KHz。對于不同頻率和波形，從材料返回的波形是不同的。當超聲波進(jìn)入材料后，將在材料中產(chǎn)生機械振動(dòng)，超聲波在被檢測材料中傳播時(shí)，材料的聲學(xué)特性和內部組織的變化對超聲波的傳播產(chǎn)生一定的影響，通過(guò)對超聲波受影響程度和狀況的探測來(lái)了解材料性能和結構的變化。

檢測過(guò)程是通過(guò)使用一種壓電晶片向材料里面發(fā)射超聲波進(jìn)行的，這種壓電晶片被稱(chēng)為探頭或傳感器。使用的探頭分為單晶和雙晶兩種探頭，是基于脈沖反射的原理。脈沖反射方式是：超聲波進(jìn)入材料中，當遇到缺陷或界面時(shí)，聲波將被反射回探頭通過(guò)觀(guān)察波形中反射回的能量多少可知道缺陷的大小，大的缺陷比小的缺陷返回的能量多。測試過(guò)程是通過(guò)縱波和橫波兩種波形來(lái)完成的?？v波是用來(lái)檢測鋼板內部缺陷的，這種波適合檢測鋼板內部的分層、夾渣和球狀裂紋；橫波被用來(lái)檢測鋼板表面和內部的縱向線(xiàn)狀缺陷。

為了使超聲波進(jìn)入材料和從材料中反射，探頭必須與被測材料盡量靠近，并且在探頭和被測材料之間有介質(zhì)。在鋼板的超聲波探傷中，多用水作介質(zhì)，即所謂“耦合水”。檢測期間，所有探頭處在離鋼板表面同一水平面，聲音藕合由水來(lái)完成。

3、系統組成及功能

超聲波探傷裝置是一個(gè)完整的系統，由檢測系統、數據系統、自動(dòng)控制系統、報告輸出系統、缺陷標記系統等子系統組成，為檢測鋼板需要配套運輸輥道、壓緊輥、側導輥、打正機等。

檢測器探頭安裝在測試鋼板下方的兩個(gè)伺服驅動(dòng)架上的探頭機座內，按照一定編碼的通道根椐鋼板的寬度進(jìn)行掃描。最窄的鋼板要求測試一個(gè)通道，而最寬的則需測試3個(gè)通道。每次進(jìn)行測試時(shí)，探頭在支架內執行浮移和傾斜功能。由此，探頭表面與板盡可能的水平接觸，同時(shí)也能補償了鋼板表面的偏差值。

為了實(shí)現100%的探傷，還需要一定的速度檢測與位置檢測元件；探頭是自動(dòng)超聲波檢測系統的基本結構，呈陣列布置，它從底部檢測鋼板。在探頭之間超聲波應100%地覆蓋，而且整個(gè)探頭覆蓋板寬的1/3。探頭必須與被測材料盡量接近，以便于超聲波進(jìn)入材料和從材料中反射。在超聲波的傳輸中水是必須的。檢測探頭位于鋼板下面，同時(shí)安裝在小車(chē)上，能夠橫向移動(dòng)。伺服驅動(dòng)能夠在鋼板側邊任何地方對探頭進(jìn)行定位，同時(shí)能與鋼板邊部保持同步，這一點(diǎn)對100%探傷是非常重要的。

該系統為全自動(dòng)化控制系統，使用的是Mitsubishi邏輯控制器（PLC），它將主操作員站與現場(chǎng)操作柜進(jìn)行聯(lián)鎖。該系統從縱向探頭和橫向探頭采集數據，并把數據發(fā)送給視頻監測器上的操作員。其功能有自動(dòng)診斷系統、通過(guò)計算機可調節靈敏度、脈沖頻率、DAC補償及補償范圍、檢測鋼板通過(guò)速度及方向、自動(dòng)報警及檢測不良耦合、檢測內部超過(guò)標定參數的不連續的缺陷、標準掃描等。

4、檢測過(guò)程簡(jiǎn)述

鋼板的位置檢測完全靠四個(gè)光電開(kāi)關(guān)的動(dòng)作來(lái)實(shí)現，在運輸輥道上可根據需要進(jìn)行一道次或三道次的來(lái)回檢測。

光電開(kāi)關(guān)PC—101動(dòng)作時(shí)表明鋼板開(kāi)始進(jìn)入了測試區，鋼板減速運行并啟動(dòng)浮動(dòng)活塞以跟蹤鋼板的波度。當鋼板已將所有探頭座覆蓋以后，鋼板速度加速至2米/分，開(kāi)始進(jìn)行鋼板的超聲波探傷工作。鋼板完全被掃描完成后，減速繼續運行直至運行到PC—104光電開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)，鋼板退出測試區并停下來(lái)。

圖1 鋼板測試區詳圖

檢查過(guò)程中，該系統使用傳感器和兩個(gè)工業(yè)攝像機檢測鋼板的邊緣。在縱向架上有16個(gè)高溫傳感器，橫向架上有32個(gè)高溫傳感器，攝像機定位在探頭架上測量鋼板的寬度。為了能補償鋼板的扭曲度，探頭的所有部分能夠上下移動(dòng)或傾斜，以保證測試期間它們與鋼板表面完全接觸。為了使探頭得到保護，在探頭表面安裝了高效防腐材料制作的專(zhuān)用防磨裝置。探頭表面與表面下面的鋼板不直接接觸，使用了聲藕合裝置達到檢查的目的。

5、結束語(yǔ)

該套超聲波檢測系統能100%覆蓋鋼板表面，探頭能準確跟蹤鋼板并與鋼板表面良好耦合，減少了漏探和誤探，而且檢測缺陷尺寸精度達到最小φ3mm；配套的計算機系統能夠根據各種標準對鋼板缺陷進(jìn)行評判，對鋼板軋制質(zhì)量的分析具有較好的實(shí)用價(jià)值。(end) 光電開(kāi)關(guān)相關(guān)文章:光電開(kāi)關(guān)原理