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1、超声波探伤在济钢中厚板厂的应用Application of the Ultrasonic Detector in Heavy Plate Mill of Jigang济钢中厚板厂（山东济南 250101）岳临萍摘要 本文介绍了超声波探伤检测系统的实际应用，阐述了超声波探伤的原理及系统的基本组成，在钢板缺陷的自动检测方面有较好的实用效果。关键词 超声波检测器 耦合水 Abstract: The application of the ultrasonic detector system in heavy plate mill and introduce the theory and consist
2、 of the system. It has better practice in faults auto-detecting on the plate.Key words: Ultrasonic detector Coupling water1 概述 济钢中厚板厂在线钢板探伤采用超声波探伤检测系统。根据标准规定或用户要求，锅炉与压力容 器板、桥梁、建筑、管线用板等特殊用途的钢板，需要进行超声波探伤。随着对钢板产品内在质量 、性能、规格越来越高的要求，越来越多的用户要求对钢板进行100%的探伤。根据使用方式的 不同，超声波探伤可分为手动探伤和自动探伤。由于手动探伤具有投资低、使用灵活等优点，国
3、内 中厚板厂多采用此方式，但手动探伤也存在着许多无法弥补的缺点，一是探伤时间长、生产效率低 ；二是探伤劳动强度大，容易疲劳；三是占用生产场地钢板复搬运量大；四是难以保证超声波波束 100%地覆盖钢板表面，从而不可避免地造成漏探和误探。手动探伤还因探伤速度慢而难以适应 现代化大生产的要求。而自动探伤具有速度快、效率高、占用生产场地小等明显优点，采用在线方 式则基本上不占用生产场地也不存在钢板的重复搬运问题。该厂采用的SONOTROTM66 钢板检测器是 NDT 技术公司运用超声波技术生产的一种非损伤性检测重型钢板的检测系统。钢板的在线高速扫描速度为 2.0 米/秒，探伤能力能透过 6-60mm
4、厚的钢板，并且覆盖 100%表面及钢板的里面。所 采用的探头是性能较高的压电晶体制成的，有两种形式单晶体式探头和双晶体式探头。两种 形式的探头运转由电子脉冲产生的高频脉波穿过水干扰后进入钢板内，并从缺陷点或壁表处反射回 来。缺陷表面越大，则反射的能量越大，并产生一个较高的可视峰值。该操作方式称为“脉冲回声 模式” ，扫描结果由集成电子系统处理。可以检测的钢板材料类型有：锅炉板、压力容器板、桥梁 板、船板、结构板及用于其它特殊结构的钢板等。系统组成及功能超声波探伤装置是一个完整的系 统，由检测系统、数据系统、自动控制系统、报告输出系统、缺陷标记系统等子系统组成，为检测 钢板需要配套运输辊道、压紧
5、辊、侧导辊、打正机等。检测器探头安装在测试钢板下方的两个伺服 驱动架上的探头机座内，按照一定编码的通道根椐钢板的宽度进行扫描。最窄的钢板要求测试一个 通道，而最宽的则需测试 3 个通道。每次进行测试时，探头在支架内执行浮移和倾斜功能。由此， 探头表面与板尽可能的水平接触，同时也能补偿了钢板表面的偏差值。为了实现 100%的探伤， 还需要一定的速度检测与位置检测元件；探头是自动超声波检测系统的基本结构，呈阵列布置，它 从底部检测钢板。在探头之间超声波应 100%地覆盖，而且整个探头覆盖板宽的 1/3。探头必 须与被测材料尽量接近，以便于超声波进入材料和从材料中反射。在超声波的传输中水是必须的。
6、检测探头位于钢板下面，同时安装在小车上，能够横向移动。伺服驱动能够在钢板侧边任何地方对 探头进行定位，同时能与钢板边部保持同步，这一点对 100%探伤是非常重要的。该系统为全自 动化控制系统，使用的是 Mitsubishi 逻辑控制器（PLC） ，它将主操作员站与现场操 作柜进行联锁。该系统从纵向探头和横向探头采集数据，并把数据发送给视频监测器上的操作员。 该系统有 5 台计算机：主数据显示计算机、2 台 UMS 计算机、打印服务器计算机和运行控制器计 算机。其功能有自动诊断系统、通过计算机可调节灵敏度、脉冲频率、DAC 补偿及补偿范围、检 测钢板通过速度及方向、自动报警及检测不良耦合、检测内
7、部超过标定参数的不连续的缺陷、标准 扫描等。由于检测记录、缺陷标记和钢板等级判别与钢板一一对应的，因此有关钢板的信息就非常 重要。对检测系统来说，获取钢板信息有三种途径：人工键盘输入、通过条形码自动输入、通过工 厂标准 LAN 获得。主数据显示计算机获取并显示实时测试结果。UMS 计算机（UMS1 和 UM S2）用作超声波仪器的一个接口，它包括一个配电集成内置处理器和一个微型控制器，均为较高 配置的挠性超声波仪器。 UMS1 用作控制纵向通道，而 UMS2 用作控制横向通道。打印服务器可为每次测试后打印数据报告，并存档。运行控制器计算机用于监测钢板通过系统测试时的运行情况，并为主数据计算机控
8、制测试信号3 超声波探伤原理超声波测试的基本方法是基于超声波的频率要高于 20KHz。对于不同频率和波形 ，从材料返回的波形是不同的。当超声波进入材料后，将在材料中产生机械振动，由于在材料中超 具有不同的特性，所以测试材料的特性才成为可能。检测过程是通过使用一种压电晶片向材料里面 发射超声波进行的，这种压电晶片被称为探头或传感器。使用的探头分为单晶和双晶两种探头，是 基于脉冲反射的原理。脉冲反射方式是：超声波进入材料中，当遇到缺陷或界面时，声波将被反射 回探头通过观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。 为了使超声波进入材料和从材料中反射，探头必须与被测材料
9、尽量靠近，并且在探头和被测材料之 间有介质。在钢板的超声波探伤中，多用水作介质，即所谓“耦合水” 。检测期间，所有探头处在 离钢板表面同一水平面，声音藕合由水来完成。为使超声波很好地进入材料中，超声波必须两次通 过水界面。测试过程是通过纵波和横波两种波形来完成的。纵波是用来检测钢板内部缺陷的，这种波适合检测钢板内部的分层、夹渣和球状裂纹；横波被用来检测钢板表面和内部的纵向线状缺陷。4 检测过程简述两个探头架安装在带有轨道的装置上同步运行。该架上有3 个明显不同的操作位，需根 据操作员要求选择而定，这 3 个位分别是：钢板测试位、探头校准位及服务维护位。架内有 Son otronTm探头组件。若
10、为“钢板测试位”时，有 3 个扫描位，称为Pass#1、Pass #2、Pass#3，这三个位的选择完全取决于钢板宽度和控制指令即需要通过测试几个通 道。钢板进入测试区内直至通过光电管 PC101，在这个位置上，钢板开始减速，并在编码器 #1的下面通过，由此激活编码器，编码器的轮子没有触到它下面的滚轮，只有当钢板到达时它才 启动，然后系统获得信号钢板已进入测试区的位置。邻近开关安装在探头支架内，用于检测钢 板的到位情况，并启动浮动活塞以跟踪钢板的波度。当钢板已将所有探头机座覆盖以后，钢板速度 加速至 2 米/分，当钢板完全被扫描后，最后一个邻近开关再次暴露出来，钢板开始减速。当钢板 来到光电管
11、 PC103 时，编码器#1 的信号切换到编码器#2 的信号。继续跟踪钢板的位置。 钢板将继续运行，直至完成 PC104 光电管测试，然后钢板退出测试区并停下来。 钢板测试 区详图若钢板的宽度宽于探头组列，系统则启动 Pass#2。这时钢板的行进方向逆转，向回退 进测试区内。探头机座由摆式汽缸加载，当邻近开关对已覆盖探头机座的钢板进行检测时，则增加 了垂直载荷汽缸的压力。钢板将再次加速至 2 米/秒，并继续运作直至所有探头暴露出来。当光电 管 PC102 检测回转运行时钢板时，它再一次将编码器#2 的信号切换到编码器#1 的信号。 第三次“通道”测试与第一次“通道”测试操作相同，第三次“通道”
12、测试完成后除外，钢板继续 行进到终端挡塞杆。在作第三次通道测试时，需使用涂漆涂在缺陷表面上作标记，便于识别缺陷类 型。检查过程中，该系统使用邻近传感器和两个工业摄像机跟踪钢板的边缘。在纵向架上有 16 个 高温邻近传感器，横向架上有 32 个高温邻近传感器。摄像机定位在与探头架有关的钢板位置上， 并测量钢板的宽度。速度偏差值不影响测试精度，因为电子设备与钢板移动之间能自动保持同步。 为了能补偿钢板的扭曲度，探头的所有部分应该上下移动或倾斜，以保证测试其间它们与钢板表面 完全接触。为了使探头得到保护，在上面安装了高效防腐材料制作的专用防磨装置。探头表面与表面下面的钢板不直接接触，而是因为使用了声藕合装置，它由供给探头的洁净、非紊流的足量排放水施加压力。5 结束语该套超声波检测系统能 100%覆盖钢板表面；探头能准确跟踪钢板并与钢板表面良好耦合， 减少了漏探和误探，而且检测缺陷尺寸精度达到最小 3mm ；配套的计算机系统能够根据各种标准对钢板缺陷进行评判，对钢板轧制质量的分析具有较好的实用价值。
