摘要：设计了一种全管超声波探伤自动检测系统。该系统由超声波探头和超声波探伤仪表、图像跟踪系统、PLC电气控制系统以及焊缝检测与母系金属检测的整个管体检测机构，实现了螺旋管全身超声波探伤的自动化。在全管体探伤机械装置中的焊缝管端检测装置后增加焊缝跟踪装置，在母材管端检测装置后依次增加管尾检测装置、母材管端探头体和管头检测装置，实现了管端自动探伤，解决了管端盲区问题，提高了检测速度，保证螺旋管探伤的可靠性和准确性，减少人力资源的成本。
关键词：焊缝超声波；自动探伤；电磁跟踪法
1前言
超声波自动检测是检测和控制螺旋埋弧焊管焊缝质量的有效方法。钢管制造商使用螺旋管自动检验系统，实现自动检测，提高了检测速度，但在整个的过程中钢管自动探伤主要需要设置两个检查区：焊接检验区和母材检测区，给生产过程带来很多麻烦。大多数超声波探测设备的焊接探头都在焊接探头内。在自动探伤过程中，为了保证所有的焊接探头落入钢管中，管端的盲区应引起约300毫米的故障。在材料的自动检测过程中，虽然对材料的探头是一种分组缺陷，但由于探头本身的大小，也导致了30毫米的材料盲区。因此，检查完成后，也需要两名专业人员在钢管末端，用手取用两个管道末端螺旋钢管人工检查，增加每根钢管的检测时间，影响生产进度和效率；同时，由于检测人员的疲劳工作，会引起泄漏检测，从而影响钢管探伤的可靠性和准确性。
2存在的问题
螺旋埋弧焊焊缝自动检测，由于焊缝边缘的回波接近于检测门沿，所以一旦在焊缝附近的探头，轻微的使边缘回波到门引起假警报。采用常用的机械凹轮跟踪、接近开关跟踪、摄像机跟踪等方法，机械凹轮和接近开关方法精度低、效果差。摄像机跟踪方法具有较高的检测精度，但其表面的光散射和对精度的影响。近年来，有机械扫描激光测距机焊接方法用于焊接观图像，而非摄像机方法，但毕竟也是一种光学方法，提高机械扫描频率和扫描速度稳定性是困难的，因此没有成功。针对上述情况，我们开发了电磁跟踪和伺服控制复合电磁焊接跟踪控制机电系统，取得了较好的效果。
3电磁跟踪信号采集
3.1工作原理
如图1所示，磁芯线圈产生20kHz的均匀交变磁场，在两个二次线圈中感应电位VA和VB的振幅和相位是相同的。当外铁磁材料的空间分布不均匀时，磁芯核心的磁场线分布将发生变化，使VA不等于VB。
图1
3.2电磁跟踪传感器
电磁跟踪传感器，主要由振荡绕组和位移检测ICAD598组成。振荡绕组由6个x6x26E型铁氧体磁芯和1个主线圈和2套支付线圈组成。主线圈和AD598产生20kHz的正弦振荡，两组分别支付诱导电位VA和VB，连接到AD598（VA-VB）/（VA+VB）的差分输入端口，并扩大输出。由于AD598正在监测VA-VB和VA+VB的比率，它是VA可以检测出VB的振幅差或相位差，因此不需要特别注意主激磁绕组的恒频、恒幅和二次绕组的相移，这是一个非常方形的现象。图2是AD5098的框图。
图2
3.3电磁跟踪信号的二次放大
AD598放大器的扩增可以调整，但放大倍数不稳定。做一个近似的估计，不管VA和VB的相位因子，只考虑幅度的变化，要求最高的检测灵敏度可以达到1mV（1mV相当于一个地方电视台的空间电磁场强度），R2值是确定的。磁芯，AD598和2水平的运放，铁磁层中封装Φ30x100，由电磁跟踪传感器。实际测量的传感器表明，该设计不仅具有足够高的检测精度，而且具有足够的宽量程跟踪，非常适合于应用于自动探伤探测跟踪控制。
4伺服电机增益控制及速度调节
电磁跟踪传感器的输出电压可以直接控制伺服电机的转动。驱动有三种基本控制方式：速度控制方式、位置控制方式和转矩控制方式。系统采用调速控制方式。在速度控制模式下，积极的和反向电机的旋转速度和速度的模拟指令正负电压成正比，这就是电磁传感器的输出电压成正比，比例系数可以设置由用户设置范围10~（2600）。设置值越高，速度增益越高。为了避免过度的电动机转速，应设置限速指令。该系统的限速指令是4500r/min，这是低于5000r/min的最大速度，以确保电动机的安全操作。如果将集合值改为600，那么3伏电压对应于4000r/min，设置值改为900，2电压对应于4000r/min，设置值改为1800，1电压对应4000r/min。伺服电机具有非常强的速度增益调节能力。该系统的设置值为450，即4伏特对应于4000r/min，且不使用许多增益剩余。
5输出处理
为了避免在0.5mm的小范围内的持续振荡，在电磁传感器的二次控制仪表中设置了零极限电路。电压低于或负0.6v是孤立的，也就是说，电磁传感器的输出电压下降到0.6v。该方法不仅避免了系统中不必要的频繁振荡和振荡，而且大大降低了伺服电机的功耗，有利于系统的运行，延长了使用寿命。考虑到目前国内的焊接管检查现场跟踪系统采用步进电机，在二次控制仪表中采用电磁传感器，加上步进电机控制接口，使伺服电机和步进电机驱动器的电磁跟踪传感器可以应用于系统。
5.1重置和限制
伺服电机是由10：1减速机驱动螺杆驱动的，螺杆的长度为正负200mm，两端接近于开关限位保护。在跟踪开始时，跟踪的探头应位于螺钉的中心位置，以确保跟踪范围为正负200mm。在每个钢管测试完成后，探头框上的两个复位开关发出复位信号，自动将系统重置到螺丝的中心。电磁场传感器的二级控制仪表处理了该限制和复位信号，并将其发送给伺服电机的驱动。
结束语
螺旋埋弧焊缝自动探伤，调查跟踪的需求较高，因为有水，蒸汽，焊缝宽度和高度不统一，所以信号采集困难，加上驱动系统的能力，探讨了国内20多年，未能找到一个令人满意的解决方案，高误报率。我们采用电磁跟踪传感器和伺服马达驱动系统来解决这一问题。一个传感器的检测精度可达0.5mm，跟踪精度可达1.5毫米。这种精度对于螺旋焊缝来说是足够的。采用ms-8n数字多通道探伤系统的自动跟踪技术，获得了独特的检测和检测软件。结果是，焊缝检测和母材检验，实现自动化螺旋管的全身检查，增加管自动探伤同时，解决管端盲区的问题，提高了检测速度，保证螺旋管探伤的可靠性和准确性，减少人力资源的成本。该系统方便可靠，简单实用，易于维护，通用性强，使用寿命长，深受用户欢迎，对提高我国超声检测具有重要意义。
参考文献：
[1]曹广权.螺旋焊管焊缝超声波自动检测的柔性导向跟踪[J].焊管，2006，（01）：46-49+79.
[2]常少文，杨彤.钢管超声波自动探伤控制装置的研制与应用[J].焊管，2012，35（09）：51-56.
论文作者:陈志强
论文发表刊物:《基层建设》2018年第1期
论文发表时间:2018/5/18
标签：电磁论文; 传感器论文; 系统论文; 超声波论文; 速度论文; 钢管论文; 电压论文; 《基层建设》2018年第1期论文;