URP系列自动超声波探伤系统的使用及维护

URP超声波探伤

URP系列自动超声波探伤系统的使用及维护

刘太强

（山东墨龙石油机械股份有限公司，山东 寿光）

摘要：从超声波探伤原理、设备的性能参数、机械磨损造成的偏差及信号故障等方面对无缝钢管的漏报、误报等状况进行分析。具体阐述了影响URP系列自动超声波在线探伤设备的各种因素及改善方法。

关键词：超声波探伤机；自动探伤；在线检测；URP系列；无缝钢管 引言：自2006年山东墨龙石油机械股份有限公司连续引进3台URP自动超声波在线探伤设备，该设备具有检测内外表面纵向、横向、测厚、分层的能力，且可实现在降低探伤速度后能够对斜向缺陷进行检测。且在设备验收调试过程中均能实现以上检测能力。

目前，该系列设备已成为公司的主力探伤设备。然而在长期使用过程当中，由于生产线任务紧张，对该设备的维护保养不能够达到所附带的维护保养手册中的要求，使该设备的实际漏误报率提高不少，使产品质量不能保证，公司利益受到损失。随着无缝钢管市场的不断扩大，影响URP系列超声波探伤的所有因素应当立即整改，确保无缝钢管质量的稳定性。

1、设备参数

（1）探伤方式

采用水浸式，探头旋转钢管直线前进的方式，为保证探头的精度及保护探头不受磨损，URP探伤系统安装了耐磨靴，耐磨靴两侧附上硬质合金条（如图1），以防止与钢管摩擦而损坏。

图1

（2）水层厚度

我公司最先引进的URP350/S水层的厚度为48mm，而后期引进的URP200/S水层的厚度则在46.45mm。

（3）系统的重复频率

系统设置重复频率为8KHZ，在探伤过程当中，探伤频率不动，而测厚的频率则应设置在1/2的位置。（而在实际的检测中发现在探伤壁厚较厚的接箍料时，如果探伤的频率设在

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了8KHZ的时候，会出现幻想波报警的现象，适当降低频率可以改善这种情况的发生）

重复频率的计算方式：

公式1：1500*1000÷（46.45*2）÷2=8073

此公式1即为超声波在水中传播的速度1500m/s除去水层厚度46.45mm

乘以2是因为钢管中超声波传输的时间不允许超过超声波在水中传播的时间，以此为捷径算出的。

最后公式中再次除去2是因为超声波在回程时用掉了相同的时间。 因此发射频率在8KHZ 以下即不会产生幻象波。 （4）探头参数

纵向探头：线聚焦探头，频率在4MHZ,晶片的尺寸在15mm*8mm。

横向探头：线聚焦探头，频率4MHZ，URP350/S系列探头尺寸19mm*8mm，UPR200/S探头尺寸与纵向相同为15mm*8mm

测厚探头:频率为4MHZ,晶片尺寸为25mm*16mm

入射角度：探伤探头的入射角度在17度，折射角度在42度（实际的检测中发现16.5度—17.5度范围内波动，如有条件可修复为17度）。

（5）信号耦合方式

采用滑环-碳刷结构传输信号。

2、设备对管体的要求

（1）探伤时钢管表面的温度应该≤80°

（2）光管整体弯曲度5‰/m，完全可以满足标准要求。

（3）钢管表面不易有尖锐的突起，以防在探伤中探头高速旋转而损坏探头模块。 （4）外径偏差：±1%

3、设备覆盖率的计算

探头晶片长度为15mm,选取声束集中区为探头晶片实际宽度的70%~75%，实际最大可用宽度在11mm左右。

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图2 L-纵向 S-横向 THK-测厚/分层

以URP200/S为例，由图2可知每组探伤探头模块中都有4个探头，分别两两相对检测纵向缺陷跟横向缺陷，每个探头臂有两组探伤探头模块跟一个测厚/分层模块，而两组探伤探头模块中间有84mm的间格区域，为满足横向检测我们应尽量增加84mm区域探头每旋转一周通过的探头数量（一般的选择为9个/周），通过计算可知84÷9=9.3333mm即为单个探头的有效宽度，3个探头臂实际的螺距应为9.3333*6=56mm。而系统检测的速度则应为56*探头旋转的速度。

4、设备的维护保养

（1）每班

a、检查探头臂，探头块和探头支架是否灵活并对每个探头臂的注油点（如图3）进行注油，直至有润滑油从周边溢出为益。

图3

b、对导筒轴承进行注油，直至导筒转动时轴承无异响。 c、检查探靴的磨损及松紧状况。

d、检查探头模块输水管道的松动及磨损状况。 e、检查探头模块探头线的松动及磨损状况。

f、检查滑环、碳刷等是否有污物附着，用干净的压缩空气每天吹净。 g、检查压缩空气的来压是否在4-5bar之间 （2）每周

a、检查传感器是否被污物附着

b、检查电缆线与面板连接处是否紧密或有污垢存留

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（3）每月

a、给伸缩台上的锁紧销套上油脂 b、检查套筒轴承转动是否灵活

c、检查压辊的磨损情况，必要时更换 （4）每季度

a、卸下电刷盒，检查滑环，必要时，用石油溶剂清洗干净（只能用石油溶 剂油）

b、检查电刷的状态，需要时，更换单个的电刷。或者用备件更换整个电刷 箱

c、检查探头臂扭簧的松紧程度，若注润滑油后扭力小于35lbs则需更换新的扭簧

d、更换每个探头臂所有小螺栓、底座螺栓、主锁紧螺栓（M16 x 150L H.T. 带帽螺栓）及扭簧

（5）6个月

a、清除伸缩台线性轴承盖下的污垢。 b、给保护罩门的铰链上润滑油。

c、把电刷箱卸下，清除电刷臂之间的积垢。

d、给旋转头平台的千斤顶系统上油脂，包括支撑柱和千斤顶（图4）

图4

（6）每年

a、必要时，用玻璃砂纸把滑环清洁干净。（注：- 不要用金刚砂纸） b、使用千分表检查主转子的实际‘轴向游动’。若该移动等于或大于 1mm，须修正。（致电 Unicorn）。

c、检查驱动电机轴的密封，需要时，请予以更换。

d、检查门/保护罩的泄漏情况，需要时，请重新予以密封。 e、检查驱动电机皮带，必要时，请予以更换。 f、检查套筒线性轴承，需要时，重新涂抹油脂。

5、影响探伤精准度的原因

设备在长期的使用过程中，如不按上述的要求进行维护保养，则可能会使设备的探伤重复性下降，导致管子在重复探伤时显示的结果出现较大的差异，因此而造成的漏判跟误判的产品将会给公司带来极大的损失。 影响设备精准度的原因大致在三个方面： （1）样管

在探伤时样管是我们探伤所唯一依据的标准，因此在制作样管时应严格遵照样管的制作标准执行，而在制作完成后检测人工缺陷的时候同样不得随意了事。根据标准规定阐述对比样管的要求如下： a、 用途

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对比式样用于探伤设备的调试、综合性能测试和使用过程中的定时校验，对比式样上的人工缺陷时评定自然缺陷当量的依据，但不应理解为检测出的缺陷与人工却的信号幅度相等时二者的尺寸必然相等，也不能理解为该设备所能检测出的最小缺陷尺寸。 b、 材料

制作对比试样的钢管与被检钢管应具有相同的公称尺寸并具有相近的化学成分、表面状况、热处理状态和声学性能。 c、 长度尺寸

对比式样的长度应满足探伤方法和设备的要求。URP探伤设备可满足所选螺距/3的最小尺寸 d、 形状

检验纵向缺陷和横向缺陷所用的人工缺陷应分别为平行于管轴的纵向槽口和垂直于管轴的横向槽口，其断面形状为矩形（某公司的样管刻槽）

h----人工缺陷深度，单位为毫米（mm） b----人工缺陷宽度，单位为毫米（mm）

图5 人工缺陷示意图

e、 位置

墨龙公司内部均采用纵横向内部刻槽加工在管端200mm标准规定盲区以内，纵横向外部缺陷加工在600mm处。 f、 深度尺寸

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具体深度尺寸按表1执行

g、 制作与测量

人工缺陷可采用电饰、机械或其他方法加工。人工缺陷的几何尺寸和形状，应按国家计量管理规定进行验证。人工缺陷的深度可用光学方法或其他方法测量。 （2）设备的机械精度

设备在长期的使用过程当中难免会出现机械方面的精度偏差，针对URP系统主要影响探伤精度的问题在钢管与探伤主机的同心度，影响同心度的原因主要有以下几点： a、 钢管的直线度

钢管由于放置不当或进炉后容易产生弯曲，为保证探伤的精确应尽可能地确保管体的直线度

b、 探伤机压辊及辊道

探伤机辊道在长期使用后会产生磨损或压痕，导致各个辊道的中心不在同一条直线上，进而影响钢管与探伤主机的同心度 c、 探头臂扭簧压力不均

探头臂上的扭簧在长期使用后应及时同时更换，假如更换不及时由于设备旋转产生的离心力容易使探头模块与管体分离，从而改变了探头的入射角度造成设备的漏误报率大大提升 d、 探头支架的反弹灵活程度

在探头臂注油不及时的情况下容易磨损探头臂支架及探头模块的固定销，待磨损达到一定程度后会引起探头臂或探头模块的左右或上下晃动，在探伤过程当中会因此导致探头入射角度频繁变动，从而使探伤精度降低 （3）设备的电磁干扰

超声波探伤设备周围不应有较强的磁场存在，同时探伤设备自身的信号在设备调试不当的情况下同样会形成干扰信号。原因分析如下： a、各通道之间相互连通

各个通道之间本应相互绝缘，而在探伤机调试过程中发现关闭单通道的发射器后同样存在回波，显然通道之间相互连通。在此情况下继续使用会影响探伤机的灵敏度。解决此种情况的最佳途径应从两方面着手： 1）电刷及电刷箱

电刷在长期使用后会被磨损，而磨损所产生的粉末分散在电刷箱与滑环靠近的内壁上，若长时间不清理则会形成一层导电薄膜连通各个电刷底座，形成信号串接。 2）滑环

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滑环在长期的使用过程中，可能会因为电刷粉末的附着或耦合水的泄漏而导致信号串接，形成干扰。如图6附着物容易引起信号线接地而导致通道报废无信号回波产生，或者由于接地或其它原因使信号传输过程中大量损失，而致使信号底波过高，影响探伤精度。

图6滑环与信号线连接处水垢及电刷粉的附着

3)电刷箱与信号传输电缆

电刷箱后的连接插座与信号传输电缆相连接（如图7）。信号线接头跟电刷箱的接头由于车间环境容易受到污染，而这些污染物的附着可能会引起屏蔽线电阻过大，使部分屏蔽线不能更好地接地反而影响探伤信号的优越性，使探伤机信噪比大大降低，影响设备精度

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图7 电刷箱与信号电缆

6、结语

通过实践发现，URP系列自动超声波探伤系统在日常生产中的维护极其重要，维护的重点应为探头臂组件、水供给系统、滑环、电刷。同时建议加强探伤人员的培训，以更好的掌握软件操作及设备故障判断能力，以保证设备的正常运行及产品的质量。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/iy91.html