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I 無(wú)縫鋼管超聲波無(wú)損檢測(cè)裝置設(shè)計(jì) 摘要 為了無(wú)縫鋼管的檢測(cè) 無(wú)縫鋼管的應(yīng)用涉及到的范圍很大而大多數(shù) 的企業(yè)沒(méi)有很高的自動(dòng)化技術(shù) 本文主要用的是超聲波探傷的檢測(cè)方法 設(shè)計(jì) 出了檢測(cè)的機(jī)械部分 實(shí)現(xiàn)了圓形鋼管的自動(dòng)檢測(cè) 整個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)部分具有很 方便的操作和實(shí)用性很強(qiáng) 第二章主要介紹了超聲波監(jiān)測(cè)的原理 論述了無(wú)縫鋼管無(wú)損監(jiān)測(cè)設(shè)備設(shè)計(jì) 的關(guān)鍵技術(shù)和原理 介紹了超聲無(wú)損監(jiān)測(cè)技術(shù)在無(wú)縫鋼管監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中的典型應(yīng) 用 并對(duì)超聲自動(dòng)監(jiān)測(cè)機(jī)械結(jié)構(gòu)部分就行了了分析和對(duì)比 確定了本次設(shè)計(jì)的 研究?jī)?nèi)容和方向 結(jié)合現(xiàn)在所能應(yīng)用的超聲波檢測(cè)裝置 針對(duì)現(xiàn)有的檢測(cè) 檢測(cè)時(shí)所遇到的 局部性 本次設(shè)計(jì)為了系統(tǒng)的簡(jiǎn)單化 并且采用的是水浸探傷的方法 所以要 用到噴頭 把探頭和噴頭放在一起 正對(duì)鋼管的軸線上方 鋼管浸在水中 探 頭不動(dòng) 鋼管旋轉(zhuǎn)向前運(yùn)動(dòng) 其中探頭的位置和方向是可調(diào)的 II Seamless steel tube ultrasonic nondestructive testing device design Abstract Detection for seamless steel pipe seamless steel pipe application involves the scope is very big and most of the enterprises is not very high automation technology this paper mainly USES the detection method of ultrasonic flaw detection and designed the testing of the mechanical parts realizes the automatic detection of circular steel tube the mechanical structure parts has convenient operation and strong practicability The second chapter mainly introduces the principle of ultrasonic monitoring this paper discusses the key technologies of seamless steel tube nondestructive monitoring equipment design and principle Ultrasonic nondestructive monitoring technology in the measurement of the seamless steel pipe are introduced in the field of typical applications and the ultrasonic automatic monitoring mechanical structure parts are able to analysis and contrast the research content and direction of this design is determined Combined with the application of ultrasonic testing device now can in view of the existing detection detection of locality the design for the system simplification and USES a water detection method so want to use sprinklers place the probe and a shower together right above the axis of the steel tube steel tube is immersed in the water probe steel pipe rotation forward movement the probe position and orientation is adjustable III 目錄 摘要 Abstract 目錄 1 緒論 1 1 1 課題介紹 1 1 2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 1 3 無(wú)縫鋼管超聲檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù) 3 2 超聲檢測(cè)原理 4 2 1 檢測(cè)對(duì)象 4 2 2 無(wú)縫鋼管主要缺陷類型 4 2 3 無(wú)縫鋼管檢測(cè)方案的選擇設(shè)計(jì) 5 2 3 1 穿透法 5 2 3 2 脈沖反射法 5 2 3 3 接觸法與水浸法 6 2 4 檢測(cè)探頭的選擇 7 2 4 1 探頭類型的確定 7 2 5 掃查方式選擇 7 2 5 1 探頭進(jìn)給速度 9 2 5 2 鋼管的旋轉(zhuǎn)速度 9 2 6 系統(tǒng)工作原理 9 2 7 機(jī)械部分 10 2 7 1 輥道 10 2 7 2 超聲探頭 10 2 7 3 水循環(huán)模塊 11 3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 12 IV 3 1 驅(qū)動(dòng)部分設(shè)計(jì) 12 3 2 檢測(cè)部分設(shè)計(jì) 14 3 3 鋼管運(yùn)動(dòng)原理 14 3 3 1 齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 15 3 3 2 確定傳動(dòng)主要尺寸 17 3 3 3 齒根彎曲疲勞計(jì)算 17 3 4 主機(jī)架設(shè)計(jì) 18 3 5 檢測(cè)機(jī)構(gòu) 18 3 6 噴頭機(jī)構(gòu) 19 3 7 定位機(jī)構(gòu) 20 4 結(jié)論 22 參考文獻(xiàn) 23 致謝 25 1 1 緒論 1 1 課題介紹 在現(xiàn)代的工業(yè)中 無(wú)縫鋼管主要在化工 石油 船只 汽車 建筑 地質(zhì) 勘查 軍工以及核工業(yè)等行業(yè) 涉及面很廣 因此無(wú)縫鋼管在現(xiàn)代化工業(yè)中已 經(jīng)占有很重要的位置 無(wú)縫鋼管也經(jīng)歷了很長(zhǎng)時(shí)間了 也發(fā)展了幾十年了 我 國(guó)在鋼管的需要量上也很大 成為了最大的消費(fèi)和出口的國(guó)家 但我國(guó)的鋼管 生產(chǎn)技術(shù)還很不完善 自動(dòng)檢測(cè)裝置都是從歐美的國(guó)家引進(jìn)的 創(chuàng)新能力不足 生產(chǎn)裝備國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程緩慢 1 2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 目前 我國(guó)大型的鋼管生產(chǎn)所用的檢測(cè)設(shè)備主要依賴于進(jìn)口 如上海寶鋼 使用的是德國(guó)的 Mannesmarm 公司設(shè)計(jì)的超聲自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng) 天津鋼管有限責(zé)任 公司的則使用了德國(guó) KarlDeutsch 德國(guó) Nukem 日本三菱等公司設(shè)計(jì)的超聲檢 測(cè)設(shè)備 武鋼則引進(jìn)了德國(guó)本特勒公司的檢測(cè)設(shè)備 縱觀整條生產(chǎn)線裝備 多 國(guó)化 已形成基本局面 產(chǎn)品質(zhì)量是產(chǎn)品立足于國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的基石 國(guó)內(nèi)無(wú)縫 鋼管行業(yè)無(wú)損檢測(cè)的技術(shù)應(yīng)該更加成熟起來(lái) 一方面 受國(guó)際原材料和運(yùn)輸費(fèi) 用的繼續(xù)上揚(yáng) 人民幣持續(xù)升值等因素的影響 國(guó)內(nèi)無(wú)縫鋼管的生產(chǎn)成本在不 斷提升 2008 年鐵礦石基準(zhǔn)價(jià)上漲 65 人民幣至少升值 8 一 10 我國(guó)先進(jìn)的 自動(dòng)無(wú)損檢測(cè)設(shè)備一般都是來(lái)自于美國(guó) 從國(guó)外買(mǎi)的設(shè)備一般費(fèi)用高使我國(guó)的 中小企業(yè)利潤(rùn)低 另一方面 國(guó)外無(wú)縫鋼管的產(chǎn)量和產(chǎn)能也在不斷提高 能源和 材料都在加快生產(chǎn) 而在國(guó)外的一些國(guó)家 大部分都擁有先進(jìn)的自主研發(fā)的技 術(shù)裝備 生產(chǎn)調(diào)度靈活 設(shè)備淘汰更新較快 在這樣的比對(duì)下 我國(guó)的設(shè)備更 新代價(jià)昂貴 消化吸收慢 國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程緩慢 先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)還是被美國(guó)這些 國(guó)家所掌控 隨著現(xiàn)在的國(guó)際形勢(shì)來(lái)看 我國(guó)無(wú)縫鋼管產(chǎn)品的質(zhì)量要想在國(guó)際 市場(chǎng)上立足并且邁上鋼管生產(chǎn)強(qiáng)國(guó)的道路 必須加快無(wú)損檢測(cè)的技術(shù)研發(fā)設(shè)備 研制 以便于能夠降低生產(chǎn)成本 在近幾十年中 國(guó)外在超聲波檢測(cè)的技術(shù)方面有了較大的發(fā)展 在無(wú)縫鋼 管的檢測(cè)領(lǐng)域大量的采用了超聲波檢測(cè)設(shè)備 其中 國(guó)外較為成功的超聲波檢 測(cè)方法主要有兩種 探頭靜止鋼管螺旋前進(jìn)式 鋼管直線進(jìn)給探頭旋轉(zhuǎn)式 探頭靜止 鋼管螺旋前進(jìn)式 2 這種檢測(cè)方式比較簡(jiǎn)易 一般在設(shè)備上布置多個(gè)探頭 用水做耦合劑 鋼 管螺旋親近經(jīng)過(guò)探頭進(jìn)行探傷 英國(guó) Krautkramer 公司采用的超聲波大型鋼管 檢測(cè)設(shè)備 GRP PAT 其應(yīng)用方式即為這種檢測(cè)方式 GRP PAT 采用了模塊化相控振電子檢測(cè)裝置 VPA 其采用的是部分液浸探傷 技術(shù)以及螺旋式傳送方式 并配備小尺寸檢測(cè)機(jī)械裝置用于高速螺旋式鋼管傳 送 其探頭液浸器在鋼管上其導(dǎo)向作用 該設(shè)備不僅能夠用來(lái)檢測(cè)縱向和橫向 缺陷 測(cè)量管壁厚度以及分層缺陷 還可以用來(lái)檢測(cè)斜向缺陷 GRP PTA 只采 用了一個(gè)液浸器 這樣能夠有效的降低其切換次數(shù) 還能用來(lái)對(duì)關(guān)閉變形以及 超聲耦合進(jìn)行檢驗(yàn) 1 探頭旋轉(zhuǎn) 鋼管直線進(jìn)給式 探頭旋轉(zhuǎn)式檢測(cè)設(shè)備對(duì)無(wú)縫鋼管的傳動(dòng)裝置的要求較低 能夠比較好的避 免因鋼管旋轉(zhuǎn)而造成的震動(dòng)對(duì)其超聲信號(hào)的影響 從而大大提高其檢測(cè)速度 代表著在線超聲波無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)的最高水平 在這一方面 國(guó)內(nèi)相差甚遠(yuǎn) 2 鋼管不旋轉(zhuǎn)直行 探頭靜止不動(dòng)式 鋼管不旋轉(zhuǎn)直行 探頭靜止不動(dòng)的工藝是目前國(guó)際上使用較少 僅限于直 徑在 50mm 以下的工藝 其工作原理是儀器發(fā)射高平電脈沖 直接傳遞到探頭連 接線上 觸發(fā)探頭壓電晶片產(chǎn)生超聲波 向鋼管中發(fā)射超聲波 超聲波遇界面 返回到壓電晶片 通過(guò)壓電晶片產(chǎn)生高平電脈沖 直接將信號(hào)傳回處理器 3 鋼管原地旋轉(zhuǎn) 探頭沿軸線移動(dòng)式 鋼管原地旋轉(zhuǎn) 探頭沿軸線移動(dòng)式的工藝是在早期檢測(cè)試驗(yàn)時(shí)使用較多的 工藝 其工作原理是通過(guò)儀器發(fā)射高頻電脈沖 并將其直接傳遞到探頭連接線 上 使其觸發(fā)探頭的壓電晶片 從而產(chǎn)生超聲波 超聲波遇到界面返回到壓電 晶片 并通過(guò)壓電晶片產(chǎn)生高頻電脈沖 直接傳回信號(hào)處理器 通過(guò)鋼管繞自 身軸線旋轉(zhuǎn)且通過(guò)托輥帶動(dòng)鋼管直線運(yùn)動(dòng) 鋼管的復(fù)合運(yùn)動(dòng)為 S 形 探頭均勻 掃查鋼管體 我國(guó)對(duì)于超聲檢測(cè)方面的研究比較晚 從 1973 年以來(lái) 我們國(guó)家才開(kāi)始大 量的進(jìn)行檢測(cè)的技術(shù)完善 并且取得了很大的成果 主要代表是冶金鋼鐵研究 院總院張廣純教授等 在經(jīng)過(guò) 30 多年的深入研究與不斷完善 他們通過(guò)發(fā)射 機(jī)發(fā)射出大功率脈沖信號(hào) 在壁厚 18mm 的鋼板中產(chǎn)生 lamb 波檢測(cè)缺陷 從理 3 論研究領(lǐng)域看 我國(guó)的研究水平與國(guó)際基本同步 但在實(shí)際應(yīng)用方面 我國(guó)與 國(guó)外尚存在一定差距 1 3 無(wú)縫鋼管超聲檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù) 無(wú)損檢測(cè)的磁粉檢測(cè) MT 超聲檢測(cè) UT 以及渦流檢測(cè) ET 等方法 各有其優(yōu)缺點(diǎn) 11 目前超聲檢測(cè)技術(shù)主要有三種 1 電磁超聲檢測(cè) 電流在磁場(chǎng)中受到洛倫茲力作用 金屬在交變應(yīng)力作用下就會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力波 當(dāng) 頻率超過(guò) 20KHz 就形成了超聲波 從電磁超聲產(chǎn)生的機(jī)理可以看出 該種檢 測(cè)方法也是一種非接觸式超聲檢測(cè) 由于橫波聲速較縱波聲速小 可用于測(cè)量 厚度較薄 13 的金屬試件 且精度更高 在工業(yè)實(shí)際中 電磁超聲探傷在無(wú)縫鋼 管的缺陷檢測(cè)中運(yùn)用極廣 2 空氣耦合的超聲檢測(cè) 一般情況下 在鋼管實(shí)際檢測(cè)中 藕和劑尤其是水盡可能不出現(xiàn)在檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng) 但是近年來(lái)逐漸得到重視 尤其是在材料無(wú)損檢測(cè) 14 領(lǐng)域 超聲波在空氣中的 衰減厲害 早期缺乏合適的換能器 主要進(jìn)行低頻超聲和導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù) 現(xiàn)在 美國(guó) QMI 公司已研制出商品化的空氣耦合超聲探傷儀 3 組合式檢測(cè)使無(wú)損檢測(cè) 任何一種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)都只能檢測(cè)材料中某些特定的缺陷 對(duì)于鋼管中的各 類型缺陷 其檢測(cè)種類多 形式各樣 檢測(cè)難度大 一般需采用組合式檢測(cè)方 法來(lái)檢測(cè)鋼管的內(nèi)部缺陷 例如在油管檢測(cè)過(guò)程中 典型的組合是漏磁和超聲 組合 實(shí)現(xiàn)縱 橫缺陷檢測(cè)及測(cè)厚功能 對(duì)于高壓輸送管道 某些化工用管一 般采用渦流 超聲組合 基于以上方法的比較與分析 本文以無(wú)縫鋼管的出廠質(zhì)量檢測(cè)為研究對(duì)象 可確定本文的研究方法為基于水介質(zhì)超聲波檢測(cè)法 4 2 超聲檢測(cè)原理 2 1 檢測(cè)對(duì)象 本系統(tǒng)的檢測(cè)對(duì)象為無(wú)縫鋼管 無(wú)縫鋼管是一種管狀工件 在實(shí)際生產(chǎn)中 無(wú)縫鋼管的缺陷主要是形式是 外折 凹坑 壁厚不均勻以及鋼管裂紋等 17 根據(jù)其缺陷的方向 又可以分為軸向缺陷 徑向缺陷和折疊缺陷三種 三種缺 陷的特點(diǎn)不同 其有效檢測(cè)方式也不同 根據(jù)實(shí)際要求 本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu) 能夠檢測(cè)的規(guī)格范圍如下 1 材質(zhì) 低碳合金鋼 2 鋼管直徑 140 200mm 3 鋼管壁厚 g 14mm 4 管長(zhǎng) 480 785mm 5 彎曲度 2mm m 6 表面特性 矯直 輥軋 實(shí)際檢測(cè)中 為了使得監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的達(dá)到要求 采用兩中極端狀態(tài)參數(shù)的鋼管 其規(guī)格參數(shù)如下 l 號(hào)鋼管 外徑 140mm 壁厚 8mm 管長(zhǎng) 480mm 2 號(hào)鋼管 外徑 200ram 壁厚 14ram 管長(zhǎng) 785mm 2 2 無(wú)法鋼管主要缺陷類型 經(jīng)過(guò)人們的總結(jié) 無(wú)縫鋼管缺陷大致分為以下幾種 1 內(nèi)折 鋼管生產(chǎn)過(guò)程中中心疏松 芯部縮孔以及柱狀晶在鑄坯內(nèi)的存在 很容易造成內(nèi)折缺陷的產(chǎn)生 這是由于管坯中心疏松在穿孔的探入階段會(huì)造成 芯部開(kāi)裂并在后續(xù)的穿孔 輾壓過(guò)程中形成內(nèi)折 管壁中的縮孔受熱時(shí)內(nèi)表面 氧化 穿孔時(shí)又不能被焊合 同時(shí)在縱向剖開(kāi)鑄坯時(shí)發(fā)現(xiàn)縮孔在鑄坯內(nèi)是不連續(xù) 的 縮孔的這一系列性質(zhì) 導(dǎo)致鋼管內(nèi)折缺陷的形成 2 外折 外折是指在無(wú)縫鋼管的外表面上與鋼管軸線形成一定角度的折疊 3 扎折 扎折是指鋼管表面凹陷皺褶狀的缺陷 在連軋過(guò)程中機(jī)架之間的 金屬秒流量不等是 特別容易造成扎折缺陷的產(chǎn)生 4 壁厚不均勻 壁厚不均勻 是指鋼管壁厚的跳動(dòng)誤差超出了國(guó)標(biāo)定義的最大壁厚公差值的 造成壁厚不均 5 勻的因素比較多 使連軋孔型形狀改變而增加金屬橫向?qū)捳够蚩仔桶l(fā)送歪斜以及 增大軋制過(guò)程中金屬的流動(dòng)不均勻都會(huì)影響鋼管的壁厚精度 其中連軋管機(jī)組 在穿孔過(guò)程中與軋制中心線不夠吻合是造成壁厚不均勻的最主要原因 除了上述四種缺陷外無(wú)縫鋼管的缺陷還包括結(jié)疤 內(nèi)麻坑 內(nèi)直道 發(fā)紋 劃傷 青線等 但是超聲檢測(cè)一般只能對(duì)上述缺陷中屬于裂紋 折疊以及壁厚 不均勻這樣的缺陷才具有檢出能力 而對(duì)包括鋼管表面劃傷等缺陷卻無(wú)能為力 所以以下討論的缺陷也以裂紋 折疊以及壁厚不均勻缺陷的檢出為主 2 3 無(wú)縫鋼管檢測(cè)方案的選擇設(shè)計(jì) 下面針對(duì)鋼管具體檢測(cè)實(shí)際 查閱現(xiàn)有的常用的檢測(cè)手段 并根據(jù)無(wú)縫鋼 管的具體情況以及本設(shè)計(jì)所要達(dá)到的設(shè)計(jì)要求 選擇設(shè)計(jì)出本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的機(jī)械 部分 2 3 1 穿透法 如圖 2 1 穿透法是利用電磁波激發(fā)設(shè)備和接收設(shè)備來(lái)監(jiān)測(cè)無(wú)縫鋼管內(nèi)部缺 陷的 電磁激發(fā)設(shè)備發(fā)射的電磁波以波的形式穿過(guò)鋼管體 當(dāng)電磁波穿過(guò)有缺 陷的鋼管截面時(shí) 波的傳播形式會(huì)發(fā)生改變 一部分波會(huì)被反射回來(lái) 利用這 個(gè)波的傳播特性來(lái)監(jiān)測(cè)鋼管內(nèi)部缺陷 圖 2 1 2 3 2 脈沖反射法 如圖 2 2 反射法是將脈沖超聲波入射至被檢測(cè)件后 傳播到有缺陷的截面 時(shí) 產(chǎn)生反射聲波 波在被檢測(cè)件的反射狀況就會(huì)以一定形式放映 根據(jù)反射 6 的時(shí)間及形狀來(lái)判斷被檢測(cè)件內(nèi)部缺陷及材料性質(zhì)的方法 反射法既可以采用 發(fā)射和接收兩個(gè)獨(dú)立的探頭進(jìn)行檢測(cè) 也可以使用一個(gè)集發(fā)射和接收功能于一 體的探頭 18 圖 2 2 由上述對(duì)比可以發(fā)現(xiàn) 相對(duì)于反射法而言 穿透法具有如下缺點(diǎn) 1 兩探頭位置必須相互對(duì)準(zhǔn)以保證接收正常 探頭定位相對(duì)困難 2 探頭與試樣的接觸狀態(tài)會(huì)影響檢測(cè)波的狀態(tài) 3 當(dāng)兩探頭之間波的共振容易而影響測(cè)量結(jié)果 在超聲檢測(cè)發(fā)展的最初階段 穿透法是種較為有效的監(jiān)測(cè)手段 同時(shí)針于無(wú) 縫鋼管來(lái)說(shuō) 在管壁內(nèi)外各安裝一個(gè)探頭也是不現(xiàn)實(shí)的 既不能滿足自動(dòng)化檢 測(cè)的要求 也加大了安裝難度 從而使檢測(cè)精度難以控制 因此 本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 選用脈沖反射法 2 3 3 接觸法與水浸法 根據(jù)超聲探頭與被檢測(cè)件之間的耦合方式的不同 超聲檢測(cè)法又可以分為接 觸法和水浸法兩種 下面分別進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹并選擇出本系統(tǒng)使用的方法 1 接觸法 如圖 2 3 接觸法是指探頭與被檢測(cè)件表面之間經(jīng)一層很薄的耦合劑或不用任 何耦合直接接觸進(jìn)行檢測(cè)的方法 其中耦合劑主要起傳遞超聲波能量作用 這 種方法操作簡(jiǎn)單 但是要求探頭與鋼管表面直接接觸且需保證二者之間的間隙 不超過(guò)某一值 因此對(duì)與鋼管的表面粗糙度精度等級(jí)要求比較高 7 圖 2 3 2 水浸法 如圖 2 4 水浸法又叫作液浸法 是指將超聲波探頭與被檢測(cè)的無(wú)縫鋼管全部 浸入液體 或探頭與被檢測(cè)件之間局部充滿液體進(jìn)行檢測(cè)的一種方法 其中作 為耦合液一般用水 因此通常又稱為水浸法 圖 2 4 根據(jù)兩種方法的原理可知 水浸法與接觸法相比較 有如下優(yōu)點(diǎn) 1 超聲波探頭與被檢測(cè)鋼管表面不直接接觸 超聲波的發(fā)射與接收信號(hào)較 為穩(wěn)定 被檢測(cè)件表面粗糙度對(duì)檢測(cè)效果的影響不大 2 探頭發(fā)射的超聲波束相對(duì)于被檢測(cè)件受檢面的取向是可以自由改變的 可以比較容易的實(shí)現(xiàn)斜入射檢測(cè) 3 由于被檢測(cè)件的界面回波寬度比發(fā)射脈沖寬度窄 可以縮小盲區(qū) 從而 使檢測(cè)較薄的被檢測(cè)件成為可能 4 由于探頭不直接接觸被檢測(cè)件 對(duì)探頭和晶體電路損壞的可能性小 從 而可以采用工作頻率較高的薄晶片 從而提高檢測(cè)的分辨率 正是因?yàn)樯鲜鎏攸c(diǎn) 由于本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是基于工業(yè)自動(dòng)化檢測(cè)方向的 因此選 用水浸法能夠得到更好的效果 2 4 檢測(cè)探頭的選擇 8 2 4 1 探頭類型的確定 超聲波由于其波長(zhǎng)的不同 其在水中和鋼管中的傳播速度 傳播方式都有差 異 對(duì)于不同的缺陷類型 根據(jù)缺陷情況的差異其波的波動(dòng)變化是不用的 對(duì) 這種差異進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和歸類 不同的缺陷情況下檢測(cè)結(jié)果也不一樣 因此針 對(duì)不同的缺陷類型 要選用不同類型的超聲探頭及檢測(cè)波型 由 2 3 節(jié)可知 無(wú)縫鋼管中存在的缺陷主要分為軸向缺陷 徑向缺陷和折 疊缺陷三種 對(duì)于徑向探頭 探頭超聲波信號(hào)發(fā)送器置于鋼管上方 徑向方向 布置方式 其發(fā)射的超聲波信號(hào)經(jīng)水介質(zhì)折射到鋼管 其折射角為 在經(jīng)鋼 管內(nèi)部反射 通過(guò)信號(hào)收集器采集數(shù)據(jù) 若鋼管徑向存在內(nèi)部缺陷 其采集的 超聲波信號(hào)會(huì)發(fā)生異常變化 根據(jù)變化特征來(lái)識(shí)別缺陷類型 對(duì)于軸線探頭 其布置方式為圖 b 探頭置于鋼管上方 其發(fā)射的超聲波信號(hào)經(jīng)水介質(zhì)折射到 鋼管 其折射角為 在經(jīng)鋼管內(nèi)部反射 通過(guò)信號(hào)收集器采集數(shù)據(jù) 若鋼管 徑向存在內(nèi)部缺陷 其采集的超聲波信號(hào)會(huì)發(fā)生異常變化 根據(jù)變化特征來(lái)識(shí) 別缺陷類型 對(duì)于直探頭 其發(fā)射的超聲波信號(hào)經(jīng)水介質(zhì)折射到鋼管 其入射 角為 在經(jīng)鋼管內(nèi)部反射 通過(guò)信號(hào)收集器采集數(shù)據(jù) 若鋼管徑向存在內(nèi)09 部缺陷 其采集的超聲波信號(hào)會(huì)發(fā)生異常變化 同樣根據(jù)變化特征來(lái)識(shí)別缺陷 類型 三種探頭的檢測(cè)過(guò)程以及原理如下圖 a b c 所示 2 5 掃查方式選擇 9 掃查方式就是指 超聲探頭和被檢測(cè)鋼管之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方式 掃查方式是 進(jìn)行無(wú)縫鋼管檢測(cè)的關(guān)鍵 良好的掃查方式能夠準(zhǔn)確 全面的能夠的完成對(duì)整 個(gè)鋼管檢測(cè)單元的掃查 其漏查率和準(zhǔn)確度亦可得到極大的提高 針對(duì)無(wú)縫鋼 管這一特殊構(gòu)建 查閱大量資料以及借鑒國(guó)外先進(jìn)設(shè)計(jì)思路 選定超聲探頭和 鋼管之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方式為螺旋式 理論上已經(jīng)證明螺旋式掃查方式能保證在 相對(duì)短的時(shí)間內(nèi)掃查整個(gè)鋼管的外表面掃查效率極高 而不本設(shè)計(jì)考慮到探頭 若做選擇運(yùn)動(dòng)的話 其附加的動(dòng)力部分 機(jī)械結(jié)構(gòu)部分的增加 無(wú)疑會(huì)造成生 產(chǎn)成本的提高 運(yùn)動(dòng)構(gòu)建的復(fù)雜 實(shí)際是不必要的 通過(guò)研究這個(gè)掃描原理可 知道 實(shí)現(xiàn)螺旋試的掃描 可以讓探頭靜止不懂 鋼管不經(jīng)繞自身旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 利用同一套動(dòng)力系統(tǒng)可以讓鋼管保持較為穩(wěn)定的直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 這樣不僅有利 于探頭布置 減少了機(jī)械結(jié)構(gòu) 利用同一套動(dòng)力系統(tǒng) 節(jié)能環(huán)保 2 5 1 探頭進(jìn)給速度 從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工作的情況看 工廠的標(biāo)準(zhǔn)一般是要求鋼管的檢測(cè)速度達(dá)到 0 1 加 0 4m s 但是在現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用中 為了提高檢測(cè)速度 一般會(huì)采用 四組或者四組以上同類型的探頭同時(shí)工作 因此首先可以確定探頭進(jìn)給速度為 25 100mm s 這一參數(shù)是不隨檢測(cè)對(duì)象的改變而改變的 2 5 2 鋼管的旋轉(zhuǎn)速度 同樣從實(shí)際檢測(cè)和理論基礎(chǔ)上 鋼管繞自身軸線的旋轉(zhuǎn)速度越快 其掃查覆 蓋率越大 檢測(cè)精度也越高 但對(duì)探頭靈敏度的要求也會(huì)提高 因此須權(quán)衡考 慮使的整個(gè)系統(tǒng)的配合 在滿足掃查全面覆蓋的前提下 其決定因素有兩個(gè) 一是探頭的直線進(jìn)給速度 這個(gè)參數(shù)已經(jīng)確定 二是探頭超聲波發(fā)射面積 所 選探頭的發(fā)射面積為 8mm 6mm 為了保證檢測(cè)的有效性 還必須對(duì)掃查面積保 有余量 因此可以根據(jù)式計(jì)算得出鋼管旋轉(zhuǎn)速度為 300 1200rpm 這一參數(shù)同 10 樣也不隨檢測(cè)對(duì)象的改變而改變 2 6 系統(tǒng)工作原理 該系統(tǒng)采用橫波脈沖反射法對(duì)鋼管進(jìn)行探傷 其探傷原理 圖 2 5 中 F 為探 頭焦距 尹為鋼管內(nèi)半徑 R 為鋼管外半徑 D 為鋼管直徑 D ZR T 為鋼管壁厚 a 為人射角 X 為探頭偏離鋼管中心的距離 圖 2 5 為保證超聲波聲束入射角差別最小 識(shí)別能力強(qiáng) 對(duì)于探頭入射角度有較高要求 不同入射角度對(duì)于超聲波接受的型號(hào)有一定的差別 對(duì)于收集到數(shù)據(jù) 進(jìn)行數(shù) 據(jù)識(shí)別 包括發(fā)射波 界面波 缺陷波以及二次界面波的識(shí)別 準(zhǔn)確識(shí)別 避 免誤判是數(shù)據(jù)處理的核心 2 7 機(jī)械部分 整個(gè)無(wú)縫鋼管在線檢測(cè)系統(tǒng)的機(jī)械部分主要包括輸送輥道 擺動(dòng)輥道 水循 環(huán)模塊 探傷機(jī)架 探頭架組 噴頭單元等 這些機(jī)械子系統(tǒng)構(gòu)成了探傷系統(tǒng) 的 整體 2 7 1 輥道 本系統(tǒng)是作為無(wú)縫鋼管軋制流水線上的一套設(shè)備 根據(jù)鋼管的產(chǎn)能按一定的 速度一根接一根的生產(chǎn)出來(lái)通過(guò)鋼管廠的傳送設(shè)備傳送到無(wú)縫鋼管在線檢測(cè)設(shè) 備前面 所以該設(shè)備也必須設(shè)計(jì)一套輥道用來(lái)把到位的鋼管以一定的速度平穩(wěn)傳 送到探傷本體內(nèi)進(jìn)行探傷 更具需求我們?cè)O(shè)計(jì)了兩套輥道 每套輥道由若干個(gè)輥 道單元組成 分為傳輸輥道和擺動(dòng)輥道 兩套輥道間隔安裝 傳輸輥道只負(fù)責(zé)將 11 鋼管向前傳送 鋼管在前進(jìn)的過(guò)程中并無(wú)旋轉(zhuǎn) 所以傳輸輥道上的輥?zhàn)又恍柽x用 V 型或梯型輥?zhàn)?這是因?yàn)殇摴艿轿灰院箅x探傷本體還有一定的距離 在這段距 離的傳輸并不需鋼管的旋轉(zhuǎn) 2 7 2 超聲探頭 超聲探頭必須成組的安裝在探頭架上 橫向缺陷 縱向缺陷 壁厚缺陷三個(gè) 檢測(cè)單元各占一個(gè)探頭架組 三個(gè)探頭架組依次安裝在探傷本體上 待檢測(cè)鋼管 從輥道上螺旋傳輸過(guò)來(lái)的時(shí)候三個(gè)探頭架組依次由氣缸從下面頂上來(lái)貼在鋼管 上進(jìn)行橫向缺陷 縱向缺陷 壁厚缺陷的檢測(cè) 2 7 3 水循環(huán)模塊 本系統(tǒng)采用的超聲禍合劑是水 在超聲檢測(cè)的過(guò)程中要不斷往超聲檢測(cè)單元 中注入水 使得鋼管始終浸泡在水中 考慮到中國(guó)是個(gè)缺水的國(guó)家 水資源并不 豐富 所以如果不斷注水 然后用過(guò)的水直接排放掉則會(huì)造成的水資源的浪費(fèi) 不 符合我國(guó)現(xiàn)在實(shí)行的節(jié)能減排的政策 所以有必要設(shè)計(jì)一套水循環(huán)裝置 收集從 超聲檢測(cè)單元溢出來(lái)的水 過(guò)濾后重新導(dǎo)入檢測(cè)單元二次使用 圖 2 6 圖 2 6 所示為本系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的水循環(huán)系統(tǒng) 在每個(gè)超聲檢測(cè)單元的側(cè)壁都 開(kāi)有進(jìn)水口 水管由進(jìn)水口插入 經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn) 如果水直接由水管注入 則在注入 時(shí)會(huì)造成大量的氣泡 而氣泡在檢測(cè)過(guò)程中是要嚴(yán)格控制的 一旦出現(xiàn)氣泡 則會(huì) 導(dǎo)致鋼管檢測(cè)的勿報(bào)警 增大系統(tǒng)的勿報(bào)率 所以在水管口安裝一個(gè)擋板 擋板 的作用是擠壓水泡 水管注水時(shí)產(chǎn)生的水泡可由擋板擠壓破裂 這樣就避免了檢 12 測(cè)過(guò)程中檢測(cè)單元內(nèi)的水泡問(wèn)題 如圖所示 檢測(cè)單元中溢出的水由水槽流入水 循環(huán)模塊 系統(tǒng)使用濾網(wǎng)和濾紙雙重過(guò)濾掉水中的顆粒物雜質(zhì) 直徑比較大的顆 粒物雜質(zhì)會(huì)對(duì)檢測(cè)產(chǎn)生影響 細(xì)小的雜質(zhì)則不影響檢測(cè) 過(guò)濾后的水由水泵抽 入檢測(cè)單元再次利用 3 超聲檢測(cè)系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3 1 驅(qū)動(dòng)部分設(shè)計(jì) 圖 3 1 本機(jī)械部分設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)要求可知 如圖 3 1 中鋼管運(yùn)動(dòng)方式為旋轉(zhuǎn)和直線 運(yùn)動(dòng) 在個(gè)別敏感區(qū)域需要特別仔細(xì)檢查的時(shí)候 需要人工手動(dòng)進(jìn)行反復(fù)監(jiān)測(cè) 缺陷 所以本次設(shè)計(jì)采用電機(jī)作為動(dòng)力源 電機(jī)軸要求可以正反轉(zhuǎn) 電機(jī)的控 制就應(yīng)該有連續(xù)正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 點(diǎn)動(dòng)正反轉(zhuǎn)以及啟動(dòng) 急停等幾個(gè)操作 電機(jī)與減 速器之間用聯(lián)軸器連接 減速器和鋼管的兩托輥軸用錐齒輪進(jìn)行動(dòng)力傳動(dòng) 鋼 件的檢測(cè)長(zhǎng)度一般在 2 4 米左右 所以只靠四個(gè)相互錯(cuò)開(kāi)的橡膠滾輪帶動(dòng)是不 夠的 其鋼管行走的直線度不能保證 需要對(duì)其進(jìn)行輔助定位 保證在鋼管監(jiān) 測(cè)是其工作位置不會(huì)因?yàn)楣芗^(guò)程而出現(xiàn)擺動(dòng) 其定位夾持件有 V 型塊 連桿 組成 鋼管在滾輪上可以自由滾動(dòng) 管件上方為一個(gè)類似于 V 型塊的部件 它 13 與鋼管有一定的間隙 可以阻止鋼管出現(xiàn)較大的擺動(dòng) V 型塊有一帶有兩個(gè)孔 的桿件連接 定位和擰緊有螺栓來(lái)保證 所以該設(shè)計(jì)可以對(duì)不同直徑的管件進(jìn) 行檢查 松開(kāi)螺母 適當(dāng)調(diào)整 V 型塊的位置便可 1 電機(jī)的選擇 按照工作要求和條件選擇普通的三項(xiàng)異步電機(jī) 2 功率 工作所需功率為 nPT61095 式 3 1 實(shí) 際 式中 電機(jī)工作效率 mNT 160in 50r 97 0 式 3 2 8 97 5 實(shí) 際P 電機(jī)所需的輸出功率為 總實(shí) 際電 式中 為電機(jī)至工作臺(tái)主動(dòng)軸之間的總效率 齒輪 軸承 97 01 9 02 蝸桿 因此 式 3 3 8 3 89 073321 總7 總 KWP2 1 實(shí) 際電 一般電機(jī)的額定功率 式 3 4 51 電Pm 考慮電機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩軸聯(lián)動(dòng)工作 故考慮將電機(jī)功率取大一些 取電機(jī)額定功 率為 kwm2 3 轉(zhuǎn)矩 由后面齒輪的轉(zhuǎn)矩可得 14 式 3 5 mNnPTm 7 25601 9105 9 6min 8 91 6ax 4 確定電機(jī)轉(zhuǎn)速 由文獻(xiàn) 2 表1 8推薦的各種機(jī)構(gòu)傳動(dòng)范圍為 取 錐齒輪齒輪傳動(dòng)比 3 5 減速器傳動(dòng)比 5 12 則總的傳動(dòng)范圍為 15 60 21i 電機(jī)轉(zhuǎn)速的范圍為 min 21605436 05 rnNm 為降低電機(jī)的重量和價(jià)格 選用JZR2 YZ系類電機(jī) 功率2KW 鼠籠型電機(jī) 環(huán) 境溫度40度 F 級(jí)絕緣 同步轉(zhuǎn)速 1000r min 工作制為S3 S5 3 2 檢測(cè)部分設(shè)計(jì) 圖 3 2 圖 3 3 由圖 3 2 和圖 3 3 可知本次設(shè)計(jì)采用浸水 選購(gòu)的電機(jī)最高速度為 1000r min 經(jīng)減速器和傳動(dòng)鏈以后 輸送帶的周向速度最高為 50r min 系統(tǒng) 控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)速來(lái)控制鋼管的運(yùn)動(dòng) 在鋼管的移動(dòng)過(guò)程中 如果缺陷 由工控機(jī)通過(guò)通信件缺陷信號(hào)位移輸入控制器 有控制器根據(jù)當(dāng)前速度值和探 頭打點(diǎn)器距離值計(jì)算沿時(shí)時(shí)間 延時(shí)時(shí)間一到 說(shuō)明缺陷已處在打點(diǎn)氣位置處 有打點(diǎn)器做記號(hào) 并有報(bào)警器提醒工作人員 另外因?yàn)槭撬絺?所以需要 15 潛水泵為水箱注水 3 3 鋼管運(yùn)動(dòng)原理 圖 3 4 由圖 3 4 可以看出機(jī)架 其主要作用時(shí)固定其他組成部分以及電機(jī)等 同 時(shí)能夠在內(nèi)部充滿耦合劑 說(shuō)以保證鋼管以及探頭底部完成浸入水中 檢測(cè)機(jī)構(gòu) 其主要作用是將探頭水平固定并做水平直線運(yùn)動(dòng) 同時(shí)由于鋼管的直 徑是一個(gè)范圍 所以為了保證對(duì)于不同直徑的鋼管探頭檢測(cè)的有效性 必須實(shí) 現(xiàn)探頭的高度可調(diào)節(jié)的功能 為了實(shí)現(xiàn)對(duì)于不同直徑長(zhǎng)度的無(wú)縫鋼管檢測(cè) 完 成了定位機(jī)構(gòu)和鋼管的復(fù)合螺旋掃描運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 本文為了實(shí)行托輥帶動(dòng)無(wú)縫鋼管的直線運(yùn)動(dòng) 由于是兩個(gè)托輥軸同時(shí)聯(lián)動(dòng) 故而設(shè)計(jì)了錐齒輪機(jī)構(gòu)如下圖 3 5 實(shí)現(xiàn)了一軸驅(qū)動(dòng)兩托輥軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 圖 3 5 16 設(shè)計(jì)的直齒錐齒輪傳動(dòng) 軸交角 小齒輪懸臂支撐 大齒輪兩端o90 支撐 傳遞功率 P 2Kw 小齒輪轉(zhuǎn)速 320r min 傳動(dòng)比 i 3 電機(jī)通過(guò)減速器驅(qū) 動(dòng) 工作載荷穩(wěn)定而平穩(wěn) 長(zhǎng)期單向回轉(zhuǎn) 可不考慮壽命因素 直齒錐齒輪加 工多為刨齒 筆譯采用硬齒面 小齒輪材料 調(diào)制處理 硬度 250HB Cr40 300HB 取平局硬度 260HB 大齒輪 調(diào)質(zhì)處理 硬度為 200 250HB SiMn2 取平局硬度 230HB 設(shè)計(jì)計(jì)算步驟為 3 3 1 齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 齒數(shù) Z 和精度等級(jí) 取 Z1 24 724312 iz 初步 由表 12 6 查的其精度等級(jí)為 9 級(jí)smv 8 0 使用壽命 由表 12 9 選 1 0AKAK 動(dòng)載系數(shù) 由表 12 9 選 1 17V V 齒間載荷分配系數(shù) 由表 12 10 估計(jì)Ha 95 01cos 1021 umNbFKtA 3 cos2 u 253 07cos 6 9 42211 Zvv 74 1cos 8121 vav Z 8 0374 4 avZ 2 1 KHa 齒向載荷分布系數(shù) 由表 12 20 級(jí)標(biāo)注 3 取 1 9 K 載荷系數(shù) K 9 HaVA 17 轉(zhuǎn)矩 T1 mNnPT 974032105 9105 9661 彈性系數(shù) 由表 12 12 EZMaZE8 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) 由表 12 16 H52H 接觸疲勞極限 由表 12 17c min PaPH680 7102limlim 接觸最小安全系數(shù) 由表 12 14 取 1 05 iSinS 接觸壽命系數(shù)由設(shè)計(jì)要求可知取 1NZ 需用接觸應(yīng)力 式 3 6 H MPaSHN64805 17 min2l2il1 小輪大端分度圓直徑 取1d3 0R 式 3 7 m ZuKTdHERR28 96487 052 193 0513074 4 223 2211 3 3 2 確定傳動(dòng)主要尺寸 大端模數(shù) m 取 m 4mm93 248 1 zZd 實(shí)際大端分度圓直徑 d m7621 錐距 R ZR9 511 齒寬 b b 43 0 3 3 3 齒根彎曲疲勞計(jì)算 齒形系數(shù) 由圖 12 30 2 73 2 15FaY1FaY2Fa 應(yīng)力修正系數(shù) 由圖 12 31 07 64 SS 18 重合度系數(shù) 式 3 8 Y 68 074 152 075 2 0 avY 齒間載荷分配系數(shù) 由表 12 10 FaK YKF 載荷系數(shù) K 27 391471 aVA 彎曲疲勞極限 由圖 12 23C 查出 limF MPaF60lim 52li 彎曲最小安全系數(shù) 由表 12 14 得出 1 25inFSinFS 彎曲壽命系數(shù) 由設(shè)計(jì)要求的NY121 NY 尺寸系數(shù) 由圖 12 25 0 X 許用彎曲應(yīng)力 F MPaSFNF 48025 16min1l1 YFX6 70in2l2 驗(yàn)算 式 3 9 15 0142312 uZKTRRSaF 帶入個(gè)參數(shù)得出 15 80FFMP 同理得出 224 79Fa 3 4 主機(jī)架設(shè)計(jì) 主機(jī)架是檢測(cè)機(jī)構(gòu)主要的承重部件 主要起著擔(dān)負(fù)支撐和固定電機(jī)以及其 他機(jī)械結(jié)構(gòu)的任務(wù) 具有一定的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性 設(shè)計(jì)的主機(jī)架的幾個(gè)要點(diǎn) 1 較大的容積以保證水層高度的同時(shí) 主機(jī)架水箱的地步安裝一個(gè)閥門(mén)以方便 耦合水的更換 2 在一般性的四腳支撐結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上上 在結(jié)構(gòu)中增加一對(duì)支撐腳 并在所有 支撐腳上安裝地腳螺釘 保證電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中機(jī)械結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性 3 在檢測(cè)擊鼓的頂部安裝檔板 不僅可以防止鋼管旋轉(zhuǎn)時(shí)的水花四濺影響檢測(cè) 結(jié)果 而且還能在鋼管旋轉(zhuǎn)時(shí)失控時(shí)保證人員安全 4 通過(guò)錐齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 實(shí)現(xiàn)雙抽同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng) 帶動(dòng)鋼管直線運(yùn)動(dòng) 通過(guò)橡膠托 19 輥機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)鋼管繞自身軸線的選擇運(yùn)動(dòng) 橡膠托輥可有效減少鋼管的二次損傷 3 5 檢測(cè)機(jī)構(gòu) 在第二章中 選用了 WT L T 即直探頭 經(jīng)向探頭和軸向探頭三種個(gè)一 個(gè)組成組合檢測(cè)機(jī)構(gòu) 考慮各個(gè)探頭檢測(cè)原理得差異以及空間布置的合理性 可以將其排列為圖 3 6 所示方式 圖 3 6 檢測(cè)機(jī)構(gòu)的主要作用是將探頭固定在距離被檢測(cè)鋼管一定蓋度的位置上 并能沿鋼管軸線方向直線運(yùn)動(dòng) 結(jié)構(gòu)分為 3 大部分 機(jī)構(gòu)下端的探頭固定裝置 機(jī)構(gòu)上部分的水平移動(dòng)裝置和連接兩者的支撐管裝置其特點(diǎn)為 1 探頭固定裝置浸入水中的部分所有連都須密封 保證其防水性能 以免探頭 數(shù)據(jù)線被水浸濕 2 水平移動(dòng)裝置采用平行導(dǎo)軌進(jìn)行傳動(dòng) 也可利用滾珠絲杠副將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn) 動(dòng)轉(zhuǎn)換為裝置的水平運(yùn)動(dòng) 3 6 噴頭機(jī)構(gòu) 本文章采用鋼管浸水的方法來(lái)監(jiān)測(cè)其內(nèi)部缺陷 故而需要為剛體提供水環(huán)境 本部分設(shè)計(jì)為 讓鋼管直線運(yùn)動(dòng)穿過(guò)水槽 鋼管正上方設(shè)置出水噴頭 設(shè)計(jì)具 有優(yōu)良性能的噴頭結(jié)構(gòu) 噴出均勻的液體水 從而保證了鋼管表層時(shí)刻覆蓋有 水膜 進(jìn)一步保證了監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性 而且在軌道下設(shè)計(jì)了一個(gè)水箱 使其讓噴 頭噴完的水流到水箱內(nèi) 這樣可以做到水循環(huán)利用 可以裝一個(gè)液壓泵抽水 可以設(shè)定噴水的比例 設(shè)計(jì)泵體的數(shù)據(jù)使用 這樣設(shè)計(jì)可以使噴頭 噴下的水 不亂流 保證工廠的干凈 具體噴頭結(jié)構(gòu)如圖 3 7 所示 20 圖 3 7 1 上端蓋 2 螺旋閥芯 3 緊固螺栓 4 墊片 5 中間振蕩腔 6 噴嘴 由圖 3 7 所示該裝置包括上端蓋 帶有螺旋和中心錐孔的螺旋閥芯 具有調(diào) 節(jié)和密封功能的墊片 中間振蕩腔體 弧形噴嘴 上端蓋進(jìn)水 外圈設(shè)置螺紋 接頭 內(nèi)圈設(shè)置臺(tái)階 臺(tái)階的臺(tái)階面具有一定的傾角 螺旋閥芯中間孔設(shè)置錐 形孔 左大右小 有利于增加水壓力 外圈螺紋橫截面為矩形螺旋孔 出口設(shè) 置為扇形 在上端體和中間混合振動(dòng)腔體間設(shè)置有調(diào)節(jié)墊片 錐形激振塊位與 噴嘴做成一體 該螺旋式液體流場(chǎng)是利用直線型水流和螺旋式高壓液體流形成 混合流場(chǎng)方式 二者通過(guò)中間混合振蕩腔 最終使水流均勻噴出實(shí)現(xiàn)對(duì)被監(jiān)測(cè) 鋼管的水膜覆蓋 該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 易于控制和調(diào)節(jié) 效果好 制造和使用方便 實(shí)用性強(qiáng) 安全可靠 3 7 定位機(jī)構(gòu) 鋼管缺陷的監(jiān)測(cè)的掃查方式?jīng)Q定了鋼管的運(yùn)動(dòng)形式 掃查是指超聲探探頭 和被檢測(cè)件之問(wèn)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方式 為了實(shí)現(xiàn)鋼管掃查出均勻的 S 曲線 本設(shè)計(jì) 鋼管的直線運(yùn)動(dòng)和繞自身軸線的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 同樣為了保證曲線的均勻性 需要 保證直線運(yùn)動(dòng)的直線度和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性 為此本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)了專門(mén)的定位零 件 其結(jié)構(gòu)如圖 3 8 所示 該定位元件由一個(gè) V 型塊 連桿 螺栓和一塊焊接板組成 鋼管的長(zhǎng)度一 般是在 2m 以上 所以其運(yùn)動(dòng)的直線度靠支架尾部?jī)蓚€(gè)橡膠滾子是無(wú)法保證其 21 直線度要求的 需要對(duì)其進(jìn)行輔助定位 鋼管在支承托輥上可以自由滾動(dòng) 鋼 管上方是一個(gè) V 型塊部件 V 型塊部件可以設(shè)置為大小可調(diào)節(jié) 這樣就可以實(shí) 現(xiàn)對(duì)不同直徑大小的鋼管進(jìn)行定位 V 型塊和鋼管有一定的間隙 當(dāng)鋼管出現(xiàn) 較大的跑偏時(shí) V 型塊便會(huì)對(duì)鋼管進(jìn)行輔助糾偏 V 型塊高低通過(guò)連桿和螺母 可調(diào) 螺母擰緊 連桿被固定 螺母放松 連桿可調(diào) 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)不同直徑的 無(wú)縫鋼管監(jiān)測(cè)定位 圖 3 8 定機(jī)構(gòu)有定位 V 型塊 螺栓以及連桿組成 螺栓 V 型塊 連桿 22 4 結(jié)論 根據(jù)實(shí)際需要 設(shè)計(jì)了可以滿足多種型號(hào) 多種管徑的無(wú)縫鋼管在線監(jiān)測(cè) 系統(tǒng)的機(jī)械部分 掙個(gè)系統(tǒng)具備設(shè)計(jì)精巧 操作簡(jiǎn)單實(shí)用 精度較高的特點(diǎn) 通過(guò)對(duì)機(jī)架部分 動(dòng)力部分選擇 傳功機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié) 實(shí)現(xiàn)了無(wú)縫鋼管的 直線運(yùn)動(dòng)和繞軸線的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 并設(shè)計(jì)了專用的定位夾具 保證鋼管直線運(yùn)動(dòng) 的直線度要求 此外 通過(guò)進(jìn)一步設(shè)計(jì)水流碰嘴 實(shí)現(xiàn)了對(duì)鋼管表面的水層覆 蓋 保證了鋼管缺陷檢測(cè)的準(zhǔn)確性 動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)中 設(shè)計(jì)的星型錐齒輪結(jié)構(gòu) 解決了一軸帶動(dòng)多軸的動(dòng)力傳功問(wèn)題 設(shè)計(jì)的回轉(zhuǎn)橡膠滾輪結(jié)構(gòu) 利用接觸摩 擦力 實(shí)現(xiàn)了鋼管繞自身軸線的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而且避免了鋼管的二次擦傷 總的來(lái) 說(shuō) 該本次設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了鋼管在線監(jiān)測(cè)機(jī)械部分的設(shè)計(jì)要求 每個(gè)尺寸的確定 每張 CAD 圖紙的完成 都使得我對(duì)機(jī)械行業(yè)有了進(jìn)一步更深的認(rèn)識(shí) 同時(shí)也極 大的提高了自己的繪圖和系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力 23 參 考 文 獻(xiàn) 1 張?jiān)?基于超聲技術(shù)的無(wú)縫鋼管缺陷檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) D 青島科技大學(xué) 2012 2 李楊輝 無(wú)縫鋼管超聲波測(cè)厚工藝及裝置研究 D 昆明理工大學(xué) 2006 3 涂君 鋼管水浸超聲自動(dòng)檢測(cè)的關(guān)鍵工藝參數(shù) D 華中科技大學(xué) 2009 4 杜瑞濤 無(wú)縫鋼管在線超聲無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)的研制 D 浙江大學(xué) 2011 5 黨玉春 無(wú)逢鋼管在線超聲波自動(dòng)測(cè)厚裝置研制 D 四川大學(xué) 2006 6 鄭熙 侯力 王裕林 楊英琴 厚壁無(wú)縫鋼管的超聲波檢測(cè)系統(tǒng) J 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造 2010 07 90 92 7 舒飏 無(wú)縫鋼管超聲檢測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的研制與開(kāi)發(fā) D 浙江大學(xué) 2006 8 方文平 無(wú)縫鋼管超聲自動(dòng)檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究 D 浙江大學(xué) 2010 9 白仁昭 無(wú)縫鋼管超聲波自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)研制 J 機(jī)電工程 2006 05 56 58 10 胡均平 尹中榮 張令山 鄭杰 吳楊寶 新型無(wú)縫鋼管的超聲波自動(dòng)探傷系統(tǒng) J 中南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 自然科學(xué)版 1999 02 84 87 11 胡建凱 張謙琳 超聲檢測(cè)原理和方法 M 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社 2006 12 卓東妮 無(wú)縫鋼管探傷方法探討 J 特鋼技術(shù) 2009 3 48 50 13 尹中榮 鄭杰 張令山等 新型大口徑無(wú)縫鋼管超聲波自動(dòng)探傷系統(tǒng)的研制 J 無(wú)損檢 測(cè) 2006 1 14 方文平 無(wú)縫鋼管超聲波自動(dòng)檢測(cè)相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)研究 D 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 2010 1 15 趙華 2009 年無(wú)縫鋼管市場(chǎng)情況與 2010 年展望 J 鋼管 2010 2 69 73 16 張俊哲 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用 M 北京 科學(xué)出版社 1993 17 盧杉 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)及其進(jìn)展 J 焦作大學(xué)學(xué)報(bào) 2004 l 73 一 74 18 冉啟芳 無(wú)損檢測(cè)方法的分類及其特征簡(jiǎn)介 J 無(wú)損檢測(cè) 1999 21 2 75 一 80 19 喬華偉 檢測(cè)聲學(xué)信號(hào)智能處理技術(shù)的研究 D 杭州 浙江大學(xué)碩士學(xué)位文 2008 20 楊文華 三峽電站排砂鋼管超聲檢測(cè) J 無(wú)損探傷 2002 3 18 一 20 21 呂慶功 李霞 朱景清 無(wú)縫鋼管壁厚精度的解釋結(jié)構(gòu)模型 J 軋鋼 2000 17 2 10 一 13 24 22 李清華 鋼管壁厚在線自動(dòng)檢測(cè)方法研究 D 武漢 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 2007 23 馮諾 超聲手冊(cè) M 南京 南京大學(xué)出版社 1999 24 K H Beck Cost effective ultrasonic inspection of tubes J Tube Pipe Technology 1988 1 5 31 25 J Krautkaramer H Krautkramer Ultrasonic testing of materials Berlin Springer Verlag 1997 178 179 26 Zhang Nan Zhang Li Application of ultrasonic automatic testing equipment in large steel plate 3500 mm production line in Tian Gang J Tianjin Metallurgical 2009 4 50 52 27 Yue Linping Diao Lunan Ran Aiwen Application of the ultrasonic detector in heavy plate mill of Jigang J Application research 2007 9 65 66 28 Zhu jixiang Wang xiaowu Guo jinhua Analyses to several UT scanning methods to steel plate used by large longitudinal welded pipe 2007 Wuhan Hubei NDT conference proceedings 1 5 25 致 謝