為保證不銹鋼無縫管整個圓柱范圍內(nèi)的缺陷檢測，需要不銹鋼管與探頭之間做相對螺旋運(yùn)動。探頭靜止不動，不銹鋼無縫鋼管螺旋前進(jìn)是相對較為簡單的檢測方式，該檢測機(jī)構(gòu)在國內(nèi)出現(xiàn)的歷史較長，優(yōu)勢與劣勢都非常明顯。主要優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，缺點(diǎn)在于檢測速度較慢，通常情況下可靠的檢測直線速度不超過3m/min,對產(chǎn)量不高的單位較為適合。

  不銹鋼無縫管螺旋前進(jìn)自動探傷系統(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)的主要功能是實現(xiàn)不銹鋼管自動進(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，料架長度與檢測單位鋼管最長長度相適應(yīng)，寬度可依據(jù)實際檢測空間設(shè)計，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序下滑滾動進(jìn)入鋼管前進(jìn)輥道。自動探傷時，當(dāng)需要鋼管進(jìn)人前進(jìn)輥道，可通過鋼管下料機(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，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)邊的傾斜邊上通過自身重力滾動下滑，進(jìn)人鋼管檢測前進(jìn)輥道。在整個料架長度方向安裝若干套下料機(jī)構(gòu)，氣缸同時動作，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)的主要功能是實現(xiàn)鋼管沿軸線前進(jìn)的同時快速旋轉(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)，對超聲檢測的最終結(jié)果影響較大，調(diào)整不適合的情況下還會對不銹鋼無縫鋼管的直線度產(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)動的驅(qū)動源為異步電動機(jī)，該電機(jī)通過減速機(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)動時，通過摩擦力帶動鋼管螺旋運(yùn)動，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鋼管表面造成磨損，同時還要兼顧耐磨性從而保證摩擦輪的工作壽命。鋼管底部有成對交叉布置的支撐輪，每個支撐輪的轉(zhuǎn)動軸方向可調(diào)，與鋼管軸線成一定夾角β,通過調(diào)整β的大小可以改變鋼管運(yùn)動的螺距大小；調(diào)整交叉支撐輪之間的間隙可實現(xiàn)鋼管高度的調(diào)整，滿足檢測不同直徑的鋼管，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。在整個鋼管螺旋前進(jìn)輥道上均勻布置幾套驅(qū)動裝置，每套驅(qū)動裝置兩側(cè)均有成對交叉支撐輪，交叉支撐輪間距越小越有利于保證鋼管的直線度，這種作用對小徑鋼管尤其明顯。

 整個異步電機(jī)驅(qū)動裝置固定在可轉(zhuǎn)動支架上，直動氣缸升起時頂起可轉(zhuǎn)動支架上的平板，異步電機(jī)驅(qū)動裝置隨支架一起動作脫離與不銹鋼管接觸位置，此時可完成鋼管自動上料，當(dāng)鋼管進(jìn)入輥道后，氣缸退回，可轉(zhuǎn)動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. 檢測水槽機(jī)構(gòu)

 檢測水槽又稱局部水槽。不銹鋼無縫鋼管超聲探傷過程中需要水耦合，為減少鋼管超聲探傷時水中雜質(zhì)對檢測聲波信號的干擾，需要在水槽中通循環(huán)水，及時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，鋼管穿過的時候，耦合水箱里的水會向兩邊泄漏，泄漏水箱底部也開有出水口，保證泄漏水及時回流至水源箱。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板上，浮動板在四個角上開有通孔，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)浮動板受驅(qū)動力的時候，可隨力的方向在一定范圍內(nèi)運(yùn)動，如圖5.4b所示。采用浮動板安裝的主要原因是鋼管螺旋前進(jìn)時會產(chǎn)生抖動，安裝在浮動板上支撐輪與鋼管緊密貼合跟隨鋼管抖動并限制鋼管動作幅度，進(jìn)而帶動浮動板抖動，超聲探頭安裝在浮動板上一起抖動，因此超聲探頭與鋼管的相對位置不會發(fā)生大的變化，從而保證了超聲檢測的參數(shù)一致性。浮動板上開有腰槽孔，用來安裝和調(diào)整超聲探頭，當(dāng)檢測鋼管直徑發(fā)生變化后，可通過腰槽孔調(diào)整超聲探頭的偏移距離，滿足超聲橫波探傷的檢測條件。

  向耦合水槽中供水時，可采用小功率水泵，同時在各個進(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，既保證耦合水漫過待檢測鋼管的超聲人射區(qū)域，同時又保證水面高度不發(fā)生大的變化。在工程檢測過程中，經(jīng)常采用不銹鋼儲水箱作為超聲檢測耦合水源，水泵抽水口安裝過濾網(wǎng)，防止儲水箱中的雜質(zhì)進(jìn)入耦合水槽。盡管如此，儲水箱中的水源還需要定期更換，以保證檢測耦合水源的品質(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、分揀過橋機(jī)構(gòu)組成，局部如圖5.5所示。整個分揀機(jī)構(gòu)的長度應(yīng)與檢測單位鋼管的長度相匹配，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。鋼管分揀時進(jìn)入合格品料池或者不合格品料池主要依靠分揀過橋板。當(dāng)鋼管存在缺陷時，分揀過橋板轉(zhuǎn)動軸順時針轉(zhuǎn)動，帶動分揀過橋板前端升起，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，則分揀過橋板轉(zhuǎn)動軸靜止不動，下料機(jī)構(gòu)輸送鋼管通過分揀過橋板落入合格品料池。分揀過橋板轉(zhuǎn)動軸兩端采用軸承支撐，利用氣缸或電機(jī)驅(qū)動轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動。

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：鋼管自動上料；摩擦驅(qū)動電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，實現(xiàn)不銹鋼管的螺旋前進(jìn)；檢測水槽耦合水的循環(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，用來判斷上料機(jī)構(gòu)是否需要動作，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)動電機(jī)裝置對應(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間可以根據(jù)鋼管直線前進(jìn)速度計算，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)需要動作，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，用來感應(yīng)鋼管是否已經(jīng)進(jìn)入料池。不銹鋼無縫管螺旋前進(jìn)自動探傷系統(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縫鋼管螺旋前進(jìn)式超聲自動探傷設(shè)備。該設(shè)備檢測速度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×寬×深），滿足德國博世公司的產(chǎn)品質(zhì)量控制要求，鋼管段部盲區(qū)≤150mm。