螺旋焊管超聲波探傷探頭自動跟蹤方式

超聲波自動探傷是螺旋埋弧焊管質(zhì)量檢驗的重要方式。近幾年來，國內(nèi)對超聲波探傷的重視程度已有超過射線探傷的趨勢。

在超聲波探傷中因焊道邊緣反射回波離報警閘門的后沿很近，一旦調(diào)整好的探頭稍稍靠近焊縫，邊緣回波就會進(jìn)入閘門造成誤報警。所以，在自動檢測過程中必須保證探頭體中心始終在焊縫的螺旋運動曲線上，即所謂的自動跟蹤。自動跟蹤的靈敏度和精度，直接影響著自動探傷的準(zhǔn)確性。一直以來跟蹤已成為提高自動探傷準(zhǔn)確性的“瓶頸”，無論是探傷儀器生產(chǎn)廠家還是作為使用單位，都為此投入了大量的人力和物力。隨著科技的發(fā)展、工藝水平的提高，超聲波探傷自動跟蹤在方式方法、電氣控制和機(jī)械運動上都進(jìn)行了改進(jìn)。

探傷跟蹤方式及其基本原理

凹輪機(jī)械跟蹤：因為螺旋焊管焊縫的寬度相對固定，一般為16mm左右，其正負(fù)偏差不大。凹輪機(jī)械跟蹤利用這一特性，探頭架前后各帶一個凹輪，凹輪“騎”在焊縫上，其寬度恰好滿足焊縫的最大偏差，凹輪內(nèi)側(cè)與焊縫邊緣的摩擦力將保證凹輪始終沿焊縫表面滾動。

凹輪機(jī)械跟蹤的基本原理：交流電機(jī)帶動探頭架沿鋼管軸線移動，托輥帶動鋼管以一定的速度旋轉(zhuǎn)。在合成螺旋速度方向始終沿著焊縫且左右偏差不大時，依靠凹輪與焊縫邊緣有限的摩擦力來維持跟蹤，操作員必須隨時調(diào)整電機(jī)速度。

當(dāng)焊縫表面不規(guī)整，鋼管前后轉(zhuǎn)速不一致，托輥打滑，探頭架行走速度變化過大時，凹輪則極易偏移焊縫，且這種偏移不具備回復(fù)性，即必須停車，重新調(diào)整以使凹輪“騎”在焊縫上。在理想情況下，凹輪寬度與焊縫寬度之差即為該跟蹤方式的最大偏差。很顯然，這種跟蹤方式較粗糙，跟蹤精度低。

攝像跟蹤：在焊縫正上方用攝像機(jī)攝取焊縫及其兩側(cè)鋼管母材表面。這樣在跟蹤之前保證焊縫圖像在電視屏幕中心帶上，先設(shè)定1條光標(biāo)始終在電視屏幕正中心。由于焊縫與母材反射的光強(qiáng)度不同，故在電視屏幕上表現(xiàn)為黑白圖像。在跟蹤狀態(tài)下，利用加減計數(shù)器計算出母材與焊縫邊緣即黑白圖像突變處距中心光標(biāo)的脈沖個數(shù)。上邊緣與下邊緣的脈沖個數(shù)差值為正時則為正偏差，反之則為負(fù)偏差，偏差脈沖即是步進(jìn)脈沖。正、負(fù)反映的是跟蹤方向，差值大小反映的是跟蹤速度。步進(jìn)電機(jī)帶動滾珠絲桿，使探頭架左右移動，實現(xiàn)探傷自動跟蹤。

渦流跟蹤：為了解決偏差提取影響因素多的問題，近年來也有采用渦流跟蹤方式的。利用渦流感應(yīng)原理及伺服電機(jī)的可精確控制性，對原有的跟蹤模式進(jìn)行了全面更新。其基本原理是：激勵線圈產(chǎn)生交變均勻磁場，兩個檢測線圈則產(chǎn)生兩個感生電動勢。當(dāng)焊縫中心處于渦流探頭中心時，兩個感生電動勢相等；而焊縫一旦偏移，則必定產(chǎn)生電動勢差值。該差值通過放大，可直接控制伺服電機(jī)的正反轉(zhuǎn)：偏差值大則電機(jī)轉(zhuǎn)速快，偏差值小則電機(jī)轉(zhuǎn)速慢。伺服電機(jī)具有極強(qiáng)的速度增益調(diào)節(jié)能力，且最高轉(zhuǎn)速可達(dá)5000m/min左右，通過減速器驅(qū)動滾珠絲桿帶動探頭架實現(xiàn)跟蹤。為了防止探頭架來回擺動，在偏差電壓傳給伺服驅(qū)動器之前，利用過零限位電路，使探頭在一微小正負(fù)電壓區(qū)域內(nèi)不進(jìn)行跟蹤。這樣，既可實現(xiàn)快速跟蹤，又保持相對平穩(wěn)。

隨著信息處理技術(shù)和材料研究技術(shù)的提高，計算機(jī)自動控制日益增強(qiáng)，利用新的思路、新的方式來提高超聲波自動探傷探頭的自動跟蹤精度已成為可能。如利用激光精確的指向性掃描出焊縫及周圍母材的圖像，應(yīng)用計算機(jī)自動控制技術(shù)的跟蹤方式能夠較好地應(yīng)用在螺旋焊管上，但其在生產(chǎn)中的實際效果如何，還有待證實，相信這種跟蹤方式是近一段時期的發(fā)展方向。