螺旋焊管超聲波探傷探頭自動(dòng)跟蹤方式

超聲波自動(dòng)探傷是螺旋埋弧焊管質(zhì)量檢驗(yàn)的重要方式。近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)對(duì)超聲波探傷的重視程度已有超過(guò)射線探傷的趨勢(shì)。

在超聲波探傷中因焊道邊緣反射回波離報(bào)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(huì)進(jìn)入閘門造成誤報(bào)警。所以，在自動(dòng)檢測(cè)過(guò)程中必須保證探頭體中心始終在焊縫的螺旋運(yùn)動(dòng)曲線上，即所謂的自動(dòng)跟蹤。自動(dòng)跟蹤的靈敏度和精度，直接影響著自動(dòng)探傷的準(zhǔn)確性。一直以來(lái)跟蹤已成為提高自動(dòng)探傷準(zhǔn)確性的“瓶頸”，無(wú)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(dòng)跟蹤在方式方法、電氣控制和機(jī)械運(yùn)動(dòng)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?yàn)槁菪腹芎缚p的寬度相對(duì)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(gè)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(dòng)。

凹輪機(jī)械跟蹤的基本原理：交流電機(jī)帶動(dòng)探頭架沿鋼管軸線移動(dòng)，托輥帶動(dòng)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(shí)，依靠凹輪與焊縫邊緣有限的摩擦力來(lái)維持跟蹤，操作員必須隨時(shí)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(guò)大時(shí)，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(jì)數(shù)器計(jì)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(gè)數(shù)。上邊緣與下邊緣的脈沖個(gè)數(shù)差值為正時(shí)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(dòng)滾珠絲桿，使探頭架左右移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)探傷自動(dòng)跟蹤。

渦流跟蹤：為了解決偏差提取影響因素多的問(wèn)題，近年來(lái)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(duì)原有的跟蹤模式進(jìn)行了全面更新。其基本原理是：激勵(lì)線圈產(chǎn)生交變均勻磁場(chǎng)，兩個(gè)檢測(cè)線圈則產(chǎn)生兩個(gè)感生電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)焊縫中心處于渦流探頭中心時(shí)，兩個(gè)感生電動(dòng)勢(shì)相等；而焊縫一旦偏移，則必定產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)差值。該差值通過(guò)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(guò)減速器驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿帶動(dòng)探頭架實(shí)現(xiàn)跟蹤。為了防止探頭架來(lái)回?cái)[動(dòng)，在偏差電壓傳給伺服驅(qū)動(dòng)器之前，利用過(guò)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(shí)現(xiàn)快速跟蹤，又保持相對(duì)平穩(wěn)。

隨著信息處理技術(shù)和材料研究技術(shù)的提高，計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制日益增強(qiáng)，利用新的思路、新的方式來(lái)提高超聲波自動(dòng)探傷探頭的自動(dòng)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(jì)算機(jī)自動(dòng)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(shí)際效果如何，還有待證實(shí)，相信這種跟蹤方式是近一段時(shí)期的發(fā)展方向。