郑 云

(成都良辰科技有限公司，四川 成都 610011)

在现代工业中，无缝钢管大量应用于石油、化工、汽车、船舶、建筑、地质勘探、核能以及军工等行业，范围宽、涉及面广[1-3]。随着我国各个领域现代化科学技术的发展，钢管被应用于十分苛刻的工作环境条件下，其长期服役于高温、高压、高速负荷以及复杂外力或腐蚀性气体、液体的恶劣环境，对钢管的质量可靠性与寿命提出了更高的要求。因而，钢管制造企业所面临的愈来愈大的高质量要求压力促使其对先进的质量检测与控制技术进行进一步研究[4-5]。

无损检测作为保障钢管质量可靠性的关键技术之一，被广泛应用于钢管质量缺陷的检测。其中超声检测作为一种重要的无损检测技术，其具有穿透能力强、设备简单、使用条件和安全性好、检测范围广等根本性的优点[6]。超声检测利用超声波的透射和反射进行检测，超声波可以穿透无线电波、光波无法穿过的物体，同时又能在两种特性阻抗不同的物质交界面上反射，当物体内部存在不均匀性时，会使超声波衰减改变，对于各种材质均匀材料的表面及内部裂纹缺陷比较敏感[7]。由于其输出信号是以波形的方式体现，使得当前飞速发展的计算机信号处理、模式识别和人工智能等高新技术能被方便地应用于检测过程，提高检测的精确度和可靠性。因此，超声检测被广泛应用于机械制造、冶金、电力、石油、化工和国防等工业部门，成为保证产品质量、确保设备安全运行的一种重要手段。

本文主要从机械部件对探伤信号的影响，电源对信号的影响，通道信号传输回路的影响三个部分来探讨英国URP超声波检测设备的探伤信号管理与维护技术。通过多年的通道信号的处理与维护经验的总结，对检测设备的维护提出切实可行的用于指导工程应用的建议。对于保证该设备的信号稳定，保证产品的质量，提高设备的维修技术水平具有重要意义。

1 机械部件对探伤信号的影响

英国URP旋转头超声波检测设备，采用了“静液力轴承”技术，不仅可以提供高负载能力，而且它可很容易地将大量的水通过轴承传送给超声探头块上。此外，探伤结构单元独特的探臂提升技术，决定了该设备的随动性好，保证了探伤的角度[8]。该探伤设备主要由夹送辊系统和主机系统组成如图1所示。

图1 英国URP旋转头超声波检测设备

探伤主机在夹送辊中间，当钢管通过夹送辊时，由光电开关控制上辊压下，保证钢管与主机同心，并且稳定地通过主机；钢管头进入主机并达到设定长度后，探臂落下，夹住钢管开始探伤。探臂组件如图2所示，探臂最前端是短水柱，短水柱上安装有2个小水箱，探头安装小水箱上面。短水柱通过2个固定销将其固定在探头框上，短水柱与固定销可以有一个轴向5度的相对运动，以便于探索伤。最后探头框再通过T型轴，连接到探臂上，进而组成完整的探伤主机。

图2 URP检测设备探臂组件

探伤时短水柱下方的耐磨靴与钢管表面接触，围绕钢管做圆周运动。探伤信号的好坏，跟探头框和短水柱有很大的关系。钢管表面的氧化铁由于耐磨靴的摩擦作用而产生大量的氧化铁粉末，一方面这些粉末常常堆积在探头表面和小水箱的内壁，形成厚厚的污染层，造成探伤信号的损失。另一方面氧化铁粉末也会造成各活动部位卡死，造成探头框或短水柱难以运动，限制检测范围[9]。短水柱采用铝合金型材制造，导致与探头框固定轴的连接处很容易被磨损，造成耐磨靴与钢管表面由过盈配合转变为间隙配合。进而使得短水柱会在水压的作用力下，沿钢管表面上下波动，造成探伤信号丢失。

探臂组件是每周检修与维护重点，尤其是氧化铁粉，由于其对探伤信号的影响很大，因此要对活动部位清洗干净。由于安装铜套的位置均为铝合金，容易与铜套发生相对运动，当发生相对运动而没有及时更换铜套时，各铝合金磨损很快，造成主件报废。探臂组件的定时检修，就是为了保证短水柱和探头框的随动性。探臂组件的机械性能与探伤信号的灵敏度和信噪比有密切的联系，是保证探伤信号的基础。因此，探臂组件的维护，是产品质量的核心保证。

主机的核心—旋转头装置安装在主轴上，主轴采用静液力的水磨轴承。主轴轴承座固定在机箱内，主机机箱安装于升降平台上，此平台可以升降和横移。与滚动轴承比，尽管水磨轴承结构更为复杂、成本更高，但它们具有以下优势：

(1)滑动摩擦力小，在任何操作速度或负荷下，无金属和金属间的接触；

(2)由于采用水作为液力介质，与探伤耦合介质一样，保证了介质源的唯一性；

(3)水作为介质的静液力轴承，对环境无污染，并且可以带走运动过程中产生的热量。

由于静液力轴承具有承受重负荷而几乎无磨损的特点，有效提高了轴承的使用寿命。但由于其旋转头采用静液力轴承，轴承间隙小于0.25 mm，对水质的要求较高。一旦水中杂质含量超标，就会造成静液力轴承卡死，无法运转。多次卡阻后，会造成定子磨损，轴承间隙增大，定子磨损后的表面如图3所示。

图3 定子表面被腐蚀和刮伤

水磨轴承定子磨损，使得间隙增大，不仅会造成转子的运动偏心，还会促使转子发生轴向串动，造成定子前端止推轴承磨损。转子的斯罗尔环磨损、漏水严重，对探伤信号的影响非常大。当轴承间隙大于0.5 mm后，设备性能完全不能满足探伤要求，已经无法探伤。由于该设备对介质水的要求很高，一般选用饮用的自来水，一次性使用后会产生大量的废水，难以满足环保要求。若采用循环水，因水中杂质逐渐增多，会造成水磨轴承卡死，多次维修后造成漏水严重而无法使用。一种可行的办法是：通过增加一套水过滤处理系统、初沉淀系统、石英砂三级过滤与反渗透处理系统，使循环水达到使用要求。将循环水储存在不锈钢储水箱里，同时在储水箱保留自来水补充装置，当循环水不足时，用自来水补充，以满足水磨轴润滑要求。

2 电源对信号的影响

URP旋转头超声波检测设备最早采用380伏的三相四线制，仪器柜采用UPS电源来供电，以防止探伤信号被干扰。为了研究接地线对探伤信号的干扰的量化效果，设计了一个信号检测试验。试验结果如表1所示，对变频器控制的主电机，取消其机壳接地线后，发现钢管在通过1、2号夹送辊进入探伤机时，探伤信号不受干扰，信噪比高。当钢管被3号夹送辊压住时，杂波是原来的5倍以上，信噪比低。当主电机机壳接地线后，杂波完全消失，探伤信号的信噪比高。重复试验10次，现象相同。该试验证明了机壳接地后，能够有效减小对检测信号的干扰。

表1 接地线(P线)对探伤信号的干扰试验结果

3 通道信号传输回路的影响

URP旋转头超声波检测设备的探头采用水浸线聚焦形式，频率为4MHz。纵向探头的大小为8 mm×15 mm, 横向探头的大小为8 mm×18 mm[10]。当机械部件性能满足要求后，大部分探伤的通道信号都会很好。由于各探头的性能不一，除个别信号很差的通道需要单独调整外，其余的只需要调整参数就可以满足生产要求。然而，对于单通道的调整在整个生产阶段是最费时也是最困难的，下面就以一号臂的1号、2号、3号及4号纵向探头为例，基于排除法来说明整个通道信号的处理过程。

每个探臂上4个纵向探头为一组且共用一根地线，4个横向探头一组，也同样共用一根地线。探头通过探头线连接到旋转面板C5插座，C5插座的另一端连接到滑环的连接杆，再通过碳刷架上的碳刷与滑环接触，碳刷固定在碳刷架的尼龙板上，保证各通道之间的绝缘，如图4所示。

图4 探臂信号回路示意图

下面分五种情况讨论传输回路不同状况造成通道信号丢失的内在原因以及维护措施，以期促进URP旋转头超声波检测设备在实际工程上的高效应用提供参考。

情况一：若4个通道都没有探伤信号。原因在于信号线与接地线短路，导致探伤信号丢失。在工作过程中，碳刷被磨掉的碳粉经常堆积在碳刷之间和滑环之间的缝隙里，造成滑环之间或碳刷之间相互短路。首先，取下碳刷架，用万用数字表检测碳刷之间是否短路。若短路，需要清除碳刷之间的碳粉，恢复两者间通路；其次，检测滑环之间的绝缘，在检测滑环时，要拔掉旋转面板上的探头线。此外，与接地线相邻的两个通道最容易发生短路现象，所以在相关位置需要经常清理碳粉。

情况二：4个通道中，只要有1个通道有信号。对于这种情况，需要采用替换法来明确原因。假设1号通道信号正常，其余3个通道没有探伤信号。在旋转面板互换探头线，把2号通道探头线插到1号C5插座上，把1号探头线插到2号C5的位置。此时，若1号通道信号依然正常，2号无反应，表明2号正常工作。恢复初始插线位置。互换1、2号信号线，若1号通道信号消失，说明2号通道的面板插座到碳刷架之间存在问题，进一步用万用表检测碳刷到碳刷架出口与旋转面板C5到滑环的线路；反之，若1号通道信号正常，则2号正常。恢复初始接线。互换仪器柜1、2号通道线，若1号通道正常，则2号信号处理板或发射板存在问题。这时需要将1号2号通道信号处理板互换，还要变更硬件地址。

情况三：图4图5探臂信号回路示意图所示为探伤过程中的A扫描界面。由于在A扫界面可以单独调整每一个通道参数，因此对于以下两种相对的情况，需要借助A扫来进行辅助检测。

(1)若探头性能太好，信噪比高，通道的增益降为零，但探伤信号还是很高，虽然很干净，但无法探伤，容易产生误报，这种情况需要将发射模块降低触发电压，同时观看A扫描界面，直到伤波满足要求；

(2)若探头增益不断增加，但伤波几乎没有变化，信噪比降低，杂波随着增益的增加不断增大，这时需要增加触发电压，降低通道增益。

图5 A扫描界面

情况四：当URP探伤设备在使用时间变长后，A扫描件在校样时出现严重卡阻，校样波形出现偏差，造成设备无法正常工作，但探伤界面波形却显示正常。原因在于DP105板卡的驱动程序故障，导致计算机无法识别该硬件显示系统，需要重新安装或更新该硬件的驱动程序。

情况五：在探伤过程中，各通道的信噪比越来越差，即使重新校样，信噪比仍然无好转。此时，需要让设备停止工作，关掉仪器柜电源并打开柜门降低温度。让探伤仪器停止工作10分钟(RC电路放电)，然后重新启动主机。

4 结语

本文围绕URP检测设备的管理与维护技术，分析了不同情况下，URP设备可能出现的问题及其处理措施。归纳、总结了机械部件、电源及通道信号对检测信号信噪比的影响，以期对无缝钢管质量检测设备的维护提供参考。

随着无缝钢管广泛应用于石油、地质、化工、建筑等各行业，其质量好坏直接关系到各工程的质量。无损检测作为检测无缝钢管质量的重要手段，需要有效掌握其测量原理与维护技术。其中，设备的维护是发挥无损检测性能的基础，设备好、维护好，无缝钢管质量才有保障。