為保證不銹鋼無(wú)縫管整個(gè)圓柱范圍內(nèi)的缺陷檢測(cè)，需要不銹鋼管與探頭之間做相對(duì)螺旋運(yùn)動(dòng)。探頭靜止不動(dòng)，不銹鋼無(wú)縫鋼管螺旋前進(jìn)是相對(duì)較為簡(jiǎn)單的檢測(cè)方式，該檢測(cè)機(jī)構(gòu)在國(guó)內(nèi)出現(xiàn)的歷史較長(zhǎng)，優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)都非常明顯。主要優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，缺點(diǎn)在于檢測(cè)速度較慢，通常情況下可靠的檢測(cè)直線速度不超過(guò)3m/min,對(duì)產(chǎn)量不高的單位較為適合。

  不銹鋼無(wú)縫管螺旋前進(jìn)自動(dòng)探傷系統(tǒng)通常情況下包括上料機(jī)構(gòu)、鋼管螺旋前進(jìn)機(jī)構(gòu)、檢測(cè)水槽機(jī)構(gòu)、下料與分揀機(jī)構(gòu)、電氣控制機(jī)構(gòu)、超聲探傷儀器等。

1. 上料機(jī)構(gòu)

 上料機(jī)構(gòu)的主要功能是實(shí)現(xiàn)不銹鋼管自動(dòng)進(jìn)入鋼管螺旋前進(jìn)輥道。在工程生產(chǎn)中，上料機(jī)構(gòu)可以有多種方式，最常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)方式為開放式斜坡料架配合鋼管下料機(jī)構(gòu)，其中上料架如圖5.1所示，料架長(zhǎng)度與檢測(cè)單位鋼管最長(zhǎng)長(zhǎng)度相適應(yīng)，寬度可依據(jù)實(shí)際檢測(cè)空間設(shè)計(jì)，料架一般采用金屬管焊接而成，表面防銹處理并按照車間設(shè)備要求噴涂合適色彩，料架與鋼管接觸部表面均包覆有非金屬材料，防止鋼管表面劃傷。

  探傷前，操作人員將不銹鋼無(wú)縫鋼管整齊排放至上料架上，上料架前后兩側(cè)均布置有鋼管擋料板，防止鋼管從料架上滾落，其中傾斜面?zhèn)葥趿习宓闹饕饔檬欠乐共讳P鋼管在重力的作用下無(wú)序下滑滾動(dòng)進(jìn)入鋼管前進(jìn)輥道。自動(dòng)探傷時(shí)，當(dāng)需要鋼管進(jìn)人前進(jìn)輥道，可通過(guò)鋼管下料機(jī)構(gòu)將一根鋼管送人指定位置，比較典型的上料機(jī)構(gòu)可采用氣缸驅(qū)動(dòng)一傾斜板將一根鋼管頂起，鋼管利用自身重力滾人前進(jìn)輥道。

  如圖5.2所示，氣缸與非金屬材料制成的上料塊左側(cè)為尖凸，當(dāng)氣缸升起時(shí)，可從緊排鋼管的間隙內(nèi)插入，將最外側(cè)鋼管與整排鋼管分離，鋼管在尖凸側(cè)邊的傾斜邊上通過(guò)自身重力滾動(dòng)下滑，進(jìn)人鋼管檢測(cè)前進(jìn)輥道。在整個(gè)料架長(zhǎng)度方向安裝若干套下料機(jī)構(gòu)，氣缸同時(shí)動(dòng)作，保證鋼管順利分離。

2. 鋼管螺旋前進(jìn)機(jī)構(gòu)

 不銹鋼管螺旋前進(jìn)機(jī)構(gòu)的主要功能是實(shí)現(xiàn)鋼管沿軸線前進(jìn)的同時(shí)快速旋轉(zhuǎn)，該部分是螺旋前進(jìn)超聲探傷系統(tǒng)的關(guān)鍵機(jī)構(gòu)，對(duì)超聲檢測(cè)的最終結(jié)果影響較大，調(diào)整不適合的情況下還會(huì)對(duì)不銹鋼無(wú)縫鋼管的直線度產(chǎn)生破壞。該機(jī)構(gòu)的局部示意圖如圖5.3所示。

 圖5.3中，鋼管螺旋運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)源為異步電動(dòng)機(jī)，該電機(jī)通過(guò)減速機(jī)與摩擦輪相連接，摩擦輪旋轉(zhuǎn)軸線與不銹鋼管軸線成一定夾角α,該角度固定不可調(diào)，摩擦輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)摩擦力帶動(dòng)鋼管螺旋運(yùn)動(dòng)，摩擦輪的材質(zhì)應(yīng)選擇摩擦系數(shù)較大的非金屬材料以防止對(duì)鋼管表面造成磨損，同時(shí)還要兼顧耐磨性從而保證摩擦輪的工作壽命。鋼管底部有成對(duì)交叉布置的支撐輪，每個(gè)支撐輪的轉(zhuǎn)動(dòng)軸方向可調(diào)，與鋼管軸線成一定夾角β,通過(guò)調(diào)整β的大小可以改變鋼管運(yùn)動(dòng)的螺距大??；調(diào)整交叉支撐輪之間的間隙可實(shí)現(xiàn)鋼管高度的調(diào)整，滿足檢測(cè)不同直徑的鋼管，支撐輪的材質(zhì)應(yīng)選擇非金屬材料，主要目的還是要防止對(duì)鋼管表面造成磨損，一般情況下選擇尼龍材料即可滿足要求。在整個(gè)鋼管螺旋前進(jìn)輥道上均勻布置幾套驅(qū)動(dòng)裝置，每套驅(qū)動(dòng)裝置兩側(cè)均有成對(duì)交叉支撐輪，交叉支撐輪間距越小越有利于保證鋼管的直線度，這種作用對(duì)小徑鋼管尤其明顯。

 整個(gè)異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置固定在可轉(zhuǎn)動(dòng)支架上，直動(dòng)氣缸升起時(shí)頂起可轉(zhuǎn)動(dòng)支架上的平板，異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置隨支架一起動(dòng)作脫離與不銹鋼管接觸位置，此時(shí)可完成鋼管自動(dòng)上料，當(dāng)鋼管進(jìn)入輥道后，氣缸退回，可轉(zhuǎn)動(dòng)支架在自身重力作用下跟隨氣缸平穩(wěn)進(jìn)入工作位置，保證摩擦輪與鋼管接觸。

3. 檢測(cè)水槽機(jī)構(gòu)

 檢測(cè)水槽又稱局部水槽。不銹鋼無(wú)縫鋼管超聲探傷過(guò)程中需要水耦合，為減少鋼管超聲探傷時(shí)水中雜質(zhì)對(duì)檢測(cè)聲波信號(hào)的干擾，需要在水槽中通循環(huán)水，及時(shí)將鋼管表面或外部進(jìn)入水槽中的雜質(zhì)帶離。該部分機(jī)構(gòu)如圖5.4所示。如圖所示，整個(gè)水箱分割為三部分，中間部分為耦合水箱，下端帶有進(jìn)水口和出水口，兩側(cè)為泄漏水箱，鋼管穿過(guò)的時(shí)候，耦合水箱里的水會(huì)向兩邊泄漏，泄漏水箱底部也開有出水口，保證泄漏水及時(shí)回流至水源箱。中間耦合水箱中安裝有超聲探頭、鋼管交叉布置的兩套支撐輪，所有這些部件全部安裝在一塊浮動(dòng)板上，浮動(dòng)板在四個(gè)角上開有通孔，與四根雙頭螺桿間隙合，螺桿下部與安裝于水箱底部的固定板固定在一起，螺桿上部套有壓縮彈簧，浮動(dòng)板及板上安裝的部件重量由四根壓縮彈簧共同承受，當(dāng)浮動(dòng)板受驅(qū)動(dòng)力的時(shí)候，可隨力的方向在一定范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)，如圖5.4b所示。采用浮動(dòng)板安裝的主要原因是鋼管螺旋前進(jìn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，安裝在浮動(dòng)板上支撐輪與鋼管緊密貼合跟隨鋼管抖動(dòng)并限制鋼管動(dòng)作幅度，進(jìn)而帶動(dòng)浮動(dòng)板抖動(dòng)，超聲探頭安裝在浮動(dòng)板上一起抖動(dòng)，因此超聲探頭與鋼管的相對(duì)位置不會(huì)發(fā)生大的變化，從而保證了超聲檢測(cè)的參數(shù)一致性。浮動(dòng)板上開有腰槽孔，用來(lái)安裝和調(diào)整超聲探頭，當(dāng)檢測(cè)鋼管直徑發(fā)生變化后，可通過(guò)腰槽孔調(diào)整超聲探頭的偏移距離，滿足超聲橫波探傷的檢測(cè)條件。

  向耦合水槽中供水時(shí)，可采用小功率水泵，同時(shí)在各個(gè)進(jìn)水口與出水口安裝水流調(diào)節(jié)閥，控制進(jìn)水和排水的速度，既保證耦合水漫過(guò)待檢測(cè)鋼管的超聲人射區(qū)域，同時(shí)又保證水面高度不發(fā)生大的變化。在工程檢測(cè)過(guò)程中，經(jīng)常采用不銹鋼儲(chǔ)水箱作為超聲檢測(cè)耦合水源，水泵抽水口安裝過(guò)濾網(wǎng)，防止儲(chǔ)水箱中的雜質(zhì)進(jìn)入耦合水槽。盡管如此，儲(chǔ)水箱中的水源還需要定期更換，以保證檢測(cè)耦合水源的品質(zhì)。

4. 下料與分揀機(jī)構(gòu)

 下料機(jī)構(gòu)原理上可采用上料機(jī)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)，只是落料斜板的尺寸與形狀有所差異，因此在該節(jié)中將不再對(duì)下料機(jī)構(gòu)描述。

 分揀機(jī)構(gòu)作為不銹鋼管超聲探傷系統(tǒng)的重要組成部分，主要功能是將檢測(cè)不合格產(chǎn)品與合格產(chǎn)品分別存放，避免混料。

 分揀機(jī)構(gòu)主要由合格品料池、不合格料池、分揀過(guò)橋機(jī)構(gòu)組成，局部如圖5.5所示。整個(gè)分揀機(jī)構(gòu)的長(zhǎng)度應(yīng)與檢測(cè)單位鋼管的長(zhǎng)度相匹配，寬度根據(jù)生產(chǎn)效率確定。因不合格品數(shù)量較少，故合格品料池容量較不合格品料池大，兩個(gè)料池承接鋼管的主要部件是與料架焊接在一起的U型扁鋼，與鋼管接觸的表面均包覆非金屬材料。鋼管分揀時(shí)進(jìn)入合格品料池或者不合格品料池主要依靠分揀過(guò)橋板。當(dāng)鋼管存在缺陷時(shí)，分揀過(guò)橋板轉(zhuǎn)動(dòng)軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)分揀過(guò)橋板前端升起，下料機(jī)構(gòu)輸送鋼管掉入不合格品料池；如果鋼管不存在缺陷，則分揀過(guò)橋板轉(zhuǎn)動(dòng)軸靜止不動(dòng)，下料機(jī)構(gòu)輸送鋼管通過(guò)分揀過(guò)橋板落入合格品料池。分揀過(guò)橋板轉(zhuǎn)動(dòng)軸兩端采用軸承支撐，利用氣缸或電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。

5. 電氣控制機(jī)構(gòu)

 電氣控制機(jī)構(gòu)是超聲探傷設(shè)備的重要組成部分，關(guān)系到整套系統(tǒng)的動(dòng)作是否協(xié)調(diào)，進(jìn)而影響不銹鋼管的超聲探傷結(jié)果及分揀是否準(zhǔn)確等。電氣控制機(jī)構(gòu)的主要功能包括：鋼管自動(dòng)上料；摩擦驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)不銹鋼管的螺旋前進(jìn)；檢測(cè)水槽耦合水的循環(huán)；不銹鋼管探傷的開始與結(jié)束；鋼管分揀與下料。

 上述功能的實(shí)現(xiàn)主要依靠傳感器的感應(yīng)以及與超聲探傷儀的通訊。整套檢測(cè)系統(tǒng)上需要安裝的感應(yīng)傳感器包括：

 a. 鋼管上料傳感器

  該傳感器安裝在上料架上，用來(lái)判斷上料機(jī)構(gòu)是否需要?jiǎng)幼?，將鋼管輸送至螺旋前進(jìn)輥道。

 b. 摩擦電機(jī)進(jìn)入工作位置傳感器

  該傳感器安裝在螺旋前進(jìn)輥道上，需要在每套摩擦驅(qū)動(dòng)電機(jī)裝置對(duì)應(yīng)的輥道位置安裝，當(dāng)傳感器感應(yīng)到鋼管，意味著摩擦驅(qū)動(dòng)電機(jī)需要進(jìn)人工作位置。

 c. 探傷傳感器

  該傳感器安裝在鋼管進(jìn)人檢測(cè)水槽前，當(dāng)該傳感器感應(yīng)到鋼管，意味著鋼管即將開始超聲探傷，當(dāng)該傳感器從感應(yīng)狀態(tài)跳變到無(wú)感應(yīng)狀態(tài)，意味著鋼管即將結(jié)束超聲探傷，鋼管開始探傷和鋼管結(jié)束探傷的前延與后延時(shí)間可以根據(jù)鋼管直線前進(jìn)速度計(jì)算，在超聲探傷儀或PLC中設(shè)定。

d. 鋼管下料傳感器

  該傳感器安裝在螺旋前進(jìn)輥道末端，當(dāng)傳感器感應(yīng)到鋼管，意味著下料機(jī)構(gòu)需要?jiǎng)幼?，輸送鋼管進(jìn)人合格品料池或不合格品料池。

e. 鋼管分揀傳感器

  該類型傳感器共需2套，分別安裝在合格品料池與不合格品料池適當(dāng)位置，用來(lái)感應(yīng)鋼管是否已經(jīng)進(jìn)入料池。不銹鋼無(wú)縫管螺旋前進(jìn)自動(dòng)探傷系統(tǒng)的超聲探傷流程圖如圖5.6所示。

 圖5.7是上海某汽車零部件公司使用的不銹鋼無(wú)縫鋼管螺旋前進(jìn)式超聲自動(dòng)探傷設(shè)備。該設(shè)備檢測(cè)速度3m/min,適應(yīng)不銹鋼管外徑＄6mm~φ40mm,缺陷分辨率遠(yuǎn)超GB/T 5777-2008要求，達(dá)到不銹鋼管內(nèi)外壁縱向、橫向人工缺陷5mm×0.15mm×0.1mm(長(zhǎng)×寬×深），滿足德國(guó)博世公司的產(chǎn)品質(zhì)量控制要求，鋼管段部盲區(qū)≤150mm。