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无缝钢管超声波无损检测装置设计【4张CAD图纸+毕业说明书论文】

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无缝钢管超声波无损检测装置设计【全套CAD图纸+毕业说明书论文】.rar

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关键词：: 无缝钢管超声波无损检测装置设计全套 cad 图纸毕业说明书仿单论文

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摘要：为了无缝钢管的检测，无缝钢管的应用涉及到的范围很大而大多数的企业没有很高的自动化技术，本文主要用的是超声波探伤的检测方法，设计出了检测的机械部分，实现了圆形钢管的自动检测，整个机械结构部分具有很方便的操作和实用性很强。

第二章主要介绍了超声波监测的原理，论述了无缝钢管无损监测设备设计的关键技术和原理。介绍了超声无损监测技术在无缝钢管监测领域中的典型应用，并对超声自动监测机械结构部分就行了了分析和对比，确定了本次设计的研究内容和方向。

结合现在所能应用的超声波检测装置，针对现有的检测，检测时所遇到的局部性，本次设计为了系统的简单化，并且采用的是水浸探伤的方法，所以要用到喷头，把探头和喷头放在一起，正对钢管的轴线上方，钢管浸在水中，探头不动，钢管旋转向前运动，其中探头的位置和方向是可调的。

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.

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

目录 Ⅲ

1 绪论 1

1.1 课题介绍 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 无缝钢管超声检测关键技术 3

2 超声检测原理 4

2.1 检测对象 4

2.2 无缝钢管主要缺陷类型 4

2.3 无缝钢管检测方案的选择设计 5

2.3.1 穿透法 5

2.3.2 脉冲反射法 5

2.3.3 接触法与水浸法 6

2.4 检测探头的选择 7

2.4.1 探头类型的确定 7

2.5 扫查方式选择 7

2.5.1 探头进给速度 9

2.5.2 钢管的旋转速度 9

2.6 系统工作原理 9

2.7 机械部分 10

2.7.1 辊道 10

2.7.2 超声探头 10

2.7.3 水循环模块 11

3 结构设计 12

3.1 驱动部分设计 12

3.2 检测部分设计 14

3.3 钢管运动原理 14

3.3.1 齿面接触疲劳强度计算 15

3.3.2 确定传动主要尺寸 17

3.3.3 齿根弯曲疲劳计算 17

3.4 主机架设计 18

3.5 检测机构 18

3.6 喷头机构 19

3.7 定位机构 20

4 结论 22

参考文献 23

致谢 25

1 绪论

1.1 课题介绍

在现代的工业中，无缝钢管主要在化工、石油、船只、汽车、建筑、地质勘查、军工以及核工业等行业，涉及面很广。因此无缝钢管在现代化工业中已经占有很重要的位置。无缝钢管也经历了很长时间了，也发展了几十年了，我国在钢管的需要量上也很大、成为了最大的消费和出口的国家，但我国的钢管生产技术还很不完善;自动检测装置都是从欧美的国家引进的，创新能力不足。生产装备国产化进程缓慢。

1.2 国内外研究现状

目前，我国大型的钢管生产所用的检测设备主要依赖于进口。如上海宝钢使用的是德国的Mannesmarm公司设计的超声自动检测系统，天津钢管有限责任公司的则使用了德国KarlDeutsch、德国Nukem、日本三菱等公司设计的超声检测设备；武钢则引进了德国本特勒公司的检测设备。纵观整条生产线装备，“多国化”已形成基本局面。产品质量是产品立足于国内外市场的基石。国内无缝钢管行业无损检测的技术应该更加成熟起来。一方面，受国际原材料和运输费用的继续上扬、人民币持续升值等因素的影响，国内无缝钢管的生产成本在不断提升2008年铁矿石基准价上涨65%，人民币至少升值8%一10%。我国先进的自动无损检测设备一般都是来自于美国，从国外买的设备一般费用高使我国的中小企业利润低;另一方面，国外无缝钢管的产量和产能也在不断提高，能源和材料都在加快生产。而在国外的一些国家，大部分都拥有先进的自主研发的技术装备，生产调度灵活，设备淘汰更新较快。在这样的比对下，我国的设备更新代价昂贵，消化吸收慢，国产化进程缓慢，先进的检测技术还是被美国这些国家所掌控。随着现在的国际形势来看，我国无缝钢管产品的质量要想在国际市场上立足并且迈上钢管生产强国的道路，必须加快无损检测的技术研发设备研制，以便于能够降低生产成本。

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内容简介：: 1刀具补偿原理刀具补偿（又称偏置），在20世纪6070年代的数控加工中没有补偿的概念，所以编程人员不得不围绕刀具的理论路线和实际路线的相对关系来进行编程，容易产生错误。补偿的概念出现以后很大地提高了编程的效率。具有刀具补偿功能，在编制加工程序时，可以按零件实际轮廓编程，加工前测量实际的刀具半径、长度等，作为刀具补偿参数输入数控系统，可以加工出合乎尺寸要求的零件轮廓。刀具补偿功能还可以满足加工工艺等其他一些要求，可以通过逐次改变刀具半径补偿值大小的办法，调整每次进给量，以达到利用同一程序实现粗、精加工循环。另外，因刀具磨损、重磨而使刀具尺寸变化时，若仍用原程序，势必造成加工误差，用刀具长度补偿可以解决这个问题。刀具补偿分为2种：刀具长度补偿；刀具半径补偿。文献刀具补偿在数控加工中的应用（工具技术，2伟，广东技术师范学院）中提到在数控加工中有4种补偿：刀具长度补偿；刀具半径补偿；夹具补偿；夹角补偿（这四种补偿基本上能解决在加工中因刀具形状而产生的轨迹问题。1. 具长度的概念刀具长度是一个很重要的概念。我们在对一个零件编程的时候，首先要指定零件的编程中心，然后才能建立工件编程坐标系，而此坐标系只是一个工件坐标系，零点一般在工件上。长度补偿只是和不象X、为刀具是由主轴锥孔定位而不改变，对于一把刀的2长度都是不同的，例如，我们要钻一个深为50后攻丝深为45别用一把长为250用钻头钻孔深50时机床已经设定工件零点，当换上丝锥攻丝时，如果两把刀都从设定零点开始加工，丝锥因为比钻头长而攻丝过长，损坏刀具和工件。此时如果设定刀具补偿，把丝锥和钻头的长度进行补偿，此时机床零点设定之后，即使丝锥和钻头长度不同，因补偿的存在，在调用丝锥工作时，零点或Z）补偿了丝锥的长度，保证了加工零点的正确。具长度补偿指令通过执行含有44）和时我们给出一个样刀具在补偿之后移动到离工件表面距离为外一个指令44）指令的，其实我们不必使用这个指令，因为每把刀具都有自己的长度补偿，当换刀时，利用44）43表示存储器中补偿量与程序指令的终点坐标值相加，消刀具长度偏置可用序段43 05与中，假如05存储器中值为16，则表示终点坐标值为72具长度补偿的两种方式(1)用刀具的实际长度作为刀长的补偿（推荐使用这种方式）。使用刀长作为补偿就是使用对刀仪测量刀具的长度，然后把这个数值输入到刀具长度补偿寄存器中，作为刀长补偿。使用刀具长度作为刀长补偿的理由如下：首先，使用刀具长度作为刀长补偿，可以避免在不同的工件加工中不断地修改刀长偏置。这样一把刀具用在不同的工件上也不用修改刀长偏置。在这种情况下，可以按照一定的刀具编号规则，给每一把刀具作档案，用一个小标牌写上每把刀具的相关参数，包括刀具的长度、半径等资料，事实上许多大型的机械加工型企业对数控加工设备的刀具管理都采用这种办法。这对于那些专门设有刀具管理部门的公司来说，就用不着和操作工面对面地告诉刀具的参数了，同时即使因刀库容量原因把刀具取下来等下次重新装上时，只需根据标牌上的刀长数值作为刀具长度补偿而不需再进行测量。其次，使用刀具长度作为刀长补偿，可以让机床一边进行加工运行，一边在对刀仪上进行其他刀具的长度测量，而不必因为在机床上对刀而占用机床运行时3A 轮廓加工内轮廓加工A/ B/C/C/刀具刀具图3功能刀具补偿的交叉点和间断点间，这样可以充分发挥加工中心的效率。这样主轴移动到编程是主轴坐标加上（或减去）刀具长度补偿后的2）利用刀尖在正负之分）作为补偿值。这种方法适用于机床只有一个人操作而没有足够的时间来利用对刀仪测量刀具的长度时使用。这样做当用一把刀加工另外的工件时就要重新进行刀长补偿的设置。使用这种方法进行刀长补偿时，补偿值就是主轴从机床此此补偿值总是负值而且很大。2 具半径补偿概念在轮廓加工时，刀具中心运动轨迹（刀具中心或金属丝中心的运动轨迹）与被加工零件的实际轮廓要偏移一定距离，这种偏移称为刀具半径补偿，又称刀具中心偏移。如图3加工内轮廓时，刀具中心向工件轮廓的内部偏移一个距离；而加工外轮廓时，刀具中心向工件的外侧偏移一个距离，这个偏移，就是所谓的刀具半径补偿。图中，粗实线为工件轮廓，虚线为刀具中心轨迹。本图中的偏移量为刀具半径值。而在粗加工和半精加工时，偏移量为刀具半径和加工余量之和。由于数控系统控制的是刀具中心轨迹，因此数控系统要根据输入的零件轮廓尺寸及刀具半径补偿值计算出刀心轨迹。由此可见，刀具半径补偿在数控加工有着非常重要的作用，根据刀具补偿指令，数控加工机床可自动进行刀具半径补4偿。特别是在手工编程时，刀具半径补偿尤为重要。手工编程时，运用刀具半径补偿指令，就可以根据零件的轮廓值编程，不需计算刀心轨迹编程，这样就大大减少了计算量和出错率。虽然利用工计算量小，生成程序的速度快，但当刀具有少量磨损或加工轮廓尺寸与设计尺寸稍有偏差时或者在粗铣、半精铣和精铣的各工步加工余量变化时，仍需作适当调整，而运用了刀具半径补偿后，不需修改刀具尺寸或建模尺寸而重新生成程序，只需要在数控机床上对刀具补偿参数做适当修改即可。既简化了编程计算，又增加了程序的可读性。刀具半径补偿有种补偿形式。由于能解决程序段之间的过渡问题，要求将工件轮廓处理成圆角过渡如图3此工件尖角处工艺性不好。而且编程人员必须事先估计出刀补后可能出现的间断点和交叉点，并进行人为处理，显然增加编程的难度；而完全按照工件轮廓来编程，因此现代时要求建立刀具半径补偿程序段的后续至少两个程序段必须有指定补偿平面的位移指令（01，03等），否则无法建立正确的刀具补偿。具半径补偿指令根据刀具中心轨迹在程序规定的前进方向的右边时称为右刀补，用之称为左刀补，用41是刀具左补偿指令（左刀补），即顺着刀具前进方向看(假定工件不动)，刀具中心轨迹位于工件轮廓的左边，称左刀补。如图3.2(a)所示。刀补），即顺着刀具前进方向看(假定工件不动)，刀具中心轨迹位于工件轮廓的右边，称右刀补。如图3.2(b)所示。用该指令后，41、42指令无效。图3具半径的左右补偿(a) 外轮廓补偿 (b) 内轮廓补偿5在使用42进行半径补偿时应采取以下步骤：（1）设置刀具半径补偿值：程序启动前，在刀具补偿参数区内设置补偿值。（2）刀补的建立：刀具从起刀点接近工件，刀具中心轨迹的终点不在下一个程序段指定的轮廓起点，而是在法线方向上偏移一个刀具补偿的距离。在该段程序中，动作指令只能用3）刀补进行：在刀具补偿进行期间，刀具中心轨迹始终偏离编程轨迹一个刀具半径的偏移值。在此状态下，01、03都可以使用。（4）刀补的取消：在刀具撤离工件、返回原点的过程中取消刀补。此时只能用01。能刀具半径补偿对直线而言，刀具补偿后的轨迹是与原直线平行的直线，只需要计算出刀具中心轨迹的起点和终点坐标值。如图3加工直线段的起点在坐标原点，终点坐标为A。假定上一程序段加工完后，刀具中心在O点坐标已知。刀具半径为r，现要计算刀具右补偿后直线段OA的终点坐标A。设刀具补偿矢量投影坐标为,则X X YX r r X Y2 2Y r r X Y2 2 X Y2 2 X Y6对于圆弧而言，刀具补偿后的刀具中心轨迹是一个与圆弧同心的一段圆弧。只需计算刀补后圆弧的起点坐标和终点坐标值。如图3加工圆弧的圆心坐标在坐标原点O，圆弧半径为R，圆弧起点A，终点B，刀具半径为r。假定上一个程序段加工结束后刀具中心为A，其坐标已知。那么圆弧刀具半径补偿计算的目的，就是计算出刀具中心轨迹的终点坐标B。设两个坐标上的投影为 ,X Y，则以图3用工完第一个程序段，刀具中心落在B/、点上，而第二个程序段的起点为A/，两个程序段之间出现了断点，只有刀具中心走一个从B/、至A/的附加程序，即在两个间断点之间增加一个半径为刀具半径的过渡圆弧能正确加工出整个零件轮廓。可见，一段，再走一段的控制方法，无法预计到由于刀具半径所造成的下一段加工轨迹对本程序段加工轨迹的影响，相邻两程序段的刀y O x X y K A(X,Y) r Y A(X,Y) B( A( X K x B（b） Y O O R K A(a) r 图3线刀具补偿图3弧刀具补偿/b Xb Yr r r r b bb b R7具中心轨迹之间可能出现间断点或交叉点。为解决下一段加工轨迹对本段加工轨迹的影响，在计算本程序段轨迹后，提前将下一段程序读入，然后根据它们之间转接的具体情况，再对本段的轨迹作适当修正，得到本段正确加工轨迹，这就是功能刀补更为完善，这种方法能根据相邻轮廓段的信息自动处理两个程序段刀具中心轨迹的转换，并自动在转接点处插入过渡圆弧或直线从而避免刀具干涉和断点情况。能刀具半径补偿目前，通常的际所能控制的轮廓只有直线和圆弧，相应的有如下转接线形：直线与直线转接、直线与圆弧转接、圆弧与圆弧转接、圆弧与直线转接。根据两段轨迹的矢量夹角和刀具补偿方向的不同，有以下几种转接过渡方式：缩短型、伸长型、插入型。3 夹具偏置补偿（坐标系偏置）正如刀具长度补偿和半径补偿一样，让编程者可以不用考虑刀具的长短和大小，夹具偏置可以让编程者不考虑工件夹具的位置而使用夹具偏置。当一台加工中心在加工小的工件时，工装上一次可以装夹几个工件，编程者不用考虑每一个工件在编程时的坐标零点，而只需按照各自的编程零点进行编程，然后使用夹具偏置来移动机床在每一个工件上的编程零点。夹具偏置是使用夹具偏置指令59来执行的。还有一种方法就是使用一个工件加工完成之后，加工下一个工件时使用夹角补偿加工中两平面相交为夹角，可能产生超程过切现象，导致加工误差的产生，此时可采用夹角补偿(解决。使用夹角补偿(令时需注意，本指令为非模态指令，只在本程序段内有效，而且只能在指令主要用于加工中心和数控铣床。以上是数控加工中的四种补偿方式，给我们的编程和加工带来很大的方便，能大大地提高生产效率和产品合格率。89 in 0th 0 0ss s s on to as so to to of if s 8th u is in 0 of in is a We in to is a is it , Y is by is s s is we a 0mm 5mm,a is 50mm nd a is 50mm to of 0mm to to to to be if on s if +() 43 a to is 49 is 43 (1we do to ( 43 to s in 49 or 0080 56 if 5 6, ) s to as is as to s to as is to of on to In to a s so on s in to s s no if so on to as to on at on s on of on to to is or 2) to in to is in a to to s a on on is to is s is to of is As a to s a to is In is is of of B/C/C/is be in to on to is is or or in or on to of of to of to on up as is of on s be to to to NC By to at so is in of is to up,42; to is of to at s .2(a)is is of to at s .2(b)is to 41, on 1) in 2) up a s a in of 00 01.(3) up on in a 00, 4) up In to to in to to of s is to is in . a is r, a)b)In -2 s A . A is,of s of is of of , , ,is a se 毕业设计任务书 1毕业设计课题的任务和要求：该同学承担“ 无缝钢管超声检测装置设计 ” 的任务。设计要求：（ 1）设计机构实现探头沿钢管表面转动；（ 2）设计机构实现钢管的直线运动；（ 3）主机架设计。 2毕业设计课题的具体工作内容（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：工作任务：（ 1）制定总体方案；（ 2）设计组合检测机构；（ 3）设计辊道机构；（ 4）设计约束机构；（ 5）制作机械总装配图及部分零件图；（ 6）翻译外文资料。毕业设计（论文）任务书 3对毕业设计课题成果的要求包括毕业设计、图纸、实物样品等 )：（ 1）零件设计图 2 张（ 2）机械总装配图 1 张（ 3）设计说明书 1 份（ 4）英文翻译资料 1 份 4毕业设计课题工作进度计划：起迄日期工作内容 2016 年 2 月 29 日 3 月 21 日 3 月 30 日 5 月 10 日 5 月 11 日 6 月 1 日 6 月 1 日 6 月 5 日撰写开题报告，确定技术方案完成具体设计撰写设计说明书毕业设计答辩学生所在系审查意见：同意下发任务书系主任： 2016 年 2 月 29 日毕业设计开题报告 1结合毕业设计课题情况，根据所查阅的文献资料，撰写 2000 字左右的文献综述：文献综述无损检测作为无缝钢管生产的后续工序，在保证产品质量方面，起着不可估量的作用，是提高产品附加值的有力手段。对于使用在一定温度和压力范围的无缝钢管，国内质检部门也相应规定采取涡流探伤或超声探伤，而对于使用在高温高压场合的无缝钢管，则需要同时使用涡流探伤和超声探伤。超声无损检测技术，由于其扫描的深度大，可以检测到近外表面以下至钢管内壁的缺陷，因此在无缝钢管的生产中被广泛使用。题介绍在现代工业进程中，无缝钢管主要应用于石油、化工、汽车、船舶、建筑、地质勘探、核工业以及军工等行业，涉及面之广可见一斑 1。因此，人们形象地将无缝钢管称作“现代工业的血管”，其举足轻重的工业地位已经不容置疑。无缝钢管的生产历史可追踪到新中国成立后不久，经过短短地几十年发展，中国已经成为世界上最大的钢管生产国、最大的钢管消费国和最大的净出口国，但中国还远不是钢管生产强国，具体体现在 :对于高钢级、能满足特殊介质腐蚀环境下使用的油井管、管线管和高参数大容量电站锅炉用管等高级专用钢管还依赖于进口 ;高端生产设备和自动检测设备依赖于欧美国家的引进 ;创新能力不足，生产装备国产化进程缓慢 ;技术附加值总体不高，质量控制有待进一步加强，尤其是后续的钢管无损检测重视程度不够，设备配置水平较低。正是因为存在这些待改进的关键因素，使得部分发达国家对中国出口的无缝钢管提出反倾销和反补贴的调查提案屡见不鲜。如何提高无缝钢管的附加值和质量，提升国内外无缝钢管的市场竞争力，减少出口贸易摩擦，成了当前无缝钢管行业必须要面对的抉择。而随着科技的日益进步，无缝钢管的质量检测与评价技术的研究普遍学术界与工程界的重视34。钢管的连续生产工艺决定了检测设备需要全天工作 2，因此，监测设备应具有比较高的工作可靠性；其次，无缝钢管的使用一般都是其关键部件，对其在轧钢的制作过程中所形成的最小缺陷有非常严格的要求，检测设备应该满足高精度的要求；再次为了使产能增加，检测速度与生产速度应该同步，这就要求检测设备应该具有非常高的探伤速度 257。无损检测是检测无缝钢管质量的最有效也是最科学的方法 6。其特点是不损害检测对象的使用性能，应用多种物理原理以及化学现象，对各种工程材料的零部件、结构件进行有效的检测与测试，以此来评价其连续性、完整性、安全性、可靠性以及其物理性能。在检测中，主要检测构件材料中是否有缺陷，并对缺陷的位置、形状、大小、内含物、分布以及取向等方面进行检测，能够提供组织分布应力状态以及机械和物理量等方面的信息 126。内外研究现状目前，国内知名的大型无缝钢管生产商的高端超声无损检测设备一般都依赖于进口。如上海宝钢使用的是德国的司设计的超声自动检测系统 ;天津钢管有限责任公司的则使用了德国国本三菱等公司设计的超声检测设备；武钢则引进了德国本特勒公司的检测设备。纵观整条生产线装备，“多国化”已形成基本局面。产品质量是产品立足于国内外市场的基石。国内无缝钢管行业如不加快自动无损检测设备的自主研发，意味着在不久的将来陷入两难的局面。一方面，受国际原材料和运输费用的继续上扬、人民币持续升值等因素的影响，国内无缝钢管的生产成本在不断提升 2008 年铁矿石基准价上涨 65%，人民币至少升值 8%一 10%。与此同时，国内的先进在线自动无损检测设备一般引自欧美，设备购买和维护费用高昂，导致不少中小企业利润低下 ;另一方面，国外无缝钢管产能将在近几年提升，国外几大能源和原材料大国正在加紧无缝钢管产能增加的投入。如俄罗斯的克兰的州俄罗斯、沙特阿拉伯、澳大利亚等。而这些国家中，绝大部分都拥有先进的自主研发的技术装备，生产调度灵活，设备淘汰更新较快。相比之下，中国的设备更新代价昂贵，消化吸收慢，国产化进程缓慢，先进的在线无损自动检测设备至今仍被欧美垄断。随着近两年来贸易摩擦的加剧，不排除贸易壁垒引起的高端设备引进难度增大的可能性。为此，中国无缝钢管产品的质量要想在未来的国际市场上立足并且迈上钢管生产强国的道路，必须加快无损检测设备的国产化，在保证质量的基础上，大幅度降低生产成本。在近几十年中，国外在超声波检测的技术方面有了较大的发展，在无缝钢管的检测领域大量的采用了超声波检测设备。其中，国外较为成功的超声波检测方法主要有两种：探头静止钢管螺旋前进式、钢管直线进给探头旋转式。（ 1）探头静止、钢管螺旋前进式这种检测方式比较简易，一般在设备上布置多个探头，用水做耦合剂，钢管螺旋亲近经过探头进行探伤。英国其应用方式即为这种检测方式。用了模块化相控振电子检测装置采用的是部分液浸探伤技术以及螺旋式传送方式，并配备小尺寸检测机械装置用于高速螺旋式钢管传送。其探头液浸器在钢管上其导向作用。该设备不仅能够用来检测纵向和横向缺陷、测量管壁厚度以及分层缺陷，还可以用来检测斜向缺陷。采用了一个液浸器，这样能够有效的降低其切换次数，还能用来对关闭变形以及超声耦合进行检验 8。（ 2）探头旋转、钢管直线进给式探头旋转式检测设备对无缝钢管的传动装置的要求较低，能够比较好的避免因钢管旋转而造成的震动对其超声信号的影响，从而大大提高其检测速度。代表着在线超声波无损检测系统的最高水平 ,在这一方面，国内相差甚远。（ 3）钢管不旋转直行，探头静止不动式 9 钢管不旋转直行，探头静止不动的工艺是目前国际上使用较少，仅限于直径在 50工作原理是仪器发射高平电脉冲，直接传递到探头连接线上，触发探头压电晶片产生超声波，向钢管中发射超声波，超声波遇界面返回到压电晶片，通过压电晶片产生高平电脉冲，直接将信号传回处理器。通过大量的探头对钢管进行全覆盖，使其产生超声波，从而能够在钢管的全表面进行扫查，从而达到测量钢管厚度的要求。（ 4）钢管原地旋转、探头沿轴线移动式 10 钢管原地旋转、探头沿轴线移动式的工艺是在早期检测试验时使用较多的工艺，其工作原理是通过仪器发射高频电脉冲，并将其直接传递到探头连接线上，使其触发探头的压电晶片，从而产生超声波，超声波遇到界面返回到压电晶片，并通过压电晶片产生高频电脉冲，直接传回信号处理器 1113。通过探头的移动和钢管的旋转来覆盖是超声波在钢管全表面进行扫查，从而达到检测钢管全体的目的。国内对于超声检测方面的研究相对较晚，从上个世纪 70 年代开始，一些企业和高校开始对探头和探伤仪等相关技术进行研究，并在这一领域取得了相对较大的成就。主要代表是冶金钢铁研究院总院张广纯教授等，在经过 30 多年的深入研究与不断完善，他们通过发射机发射出大功率脉冲信号，在壁厚 1812。从理论研究领域看，我国的研究水平与国际基本同步，但在实际应用方面，我国与国外尚存在一定差距 14。近些年来，我国的工业飞速发展，钢管厂大量涌现，从而对于钢管的质量检测控制也成了历史必然。在这种情况下，国内的许多企业和研究所开始研发具有自主产权的无损检测设备。如鞍山超声仪器工业公司结合研制探伤设备经验，开发了一套钢管在线超声探伤系统，该系统通过接触法，采用电磁机械跟踪以及电子为跟踪相结合的跟踪系统，从而保证焊缝两侧的探头能够始终被覆盖 15；天津钢管厂的白昭仁采用探头高速旋转的方式研制了一套无缝钢管超声检测系统 16；浙江大学和哈尔滨工业大学等其他的一些研究单位也都对水浸超声检测系统的开发做了大量的理论研究及实际工作 17。缝钢管超声检测关键技术无损检测是在不损坏原工件的情况下对工件进行检测的一种方式，无损检测主要有磁粉检测（超声检测（及涡流检测（方法，这些检测方法各有其优缺点 17。本课题采用超声检测，其原理是：在检测时，把具有较强穿透能力的超声波导入到钢管中，在遇到先后声阻抗不一致的交界面是，一部分声波会被反射回来产生回波，系统能够检测到这些回波，并对其进行放大处理，使其转化成数字信号，显示在屏幕上，其反射回来的能量大小与交界面两边的介质声阻抗差异跟交界面的取向以及大小有关 417。超声波检测的精度较高，能够将构件的表面和内部缺陷检测出来，对其缺陷进行精确的定位。但是，其检测过程需要耦合剂，其检测速度也相对较慢。目前超声检测技术 18主要有三种： 1）电磁超声检测在金属试件表面布置线圈，并通以交流电，线圈将产生交变磁场，金属表面随即感应出涡流。电流在磁场中受到洛伦兹力作用，金属在交变应力作用下就会产生应力波，当频率超过 209，就形成了超声波。从电磁超声产生的机理可以看出，该种检测方法也是一种非接触式超声检测。与非聚焦超声纵波测厚相比，电磁超声激发出的横波由于声速较纵波声速小，可用于测量厚度较薄 20的金属试件，且精度更高。在冶金工业，电磁超声已成功应用于无缝钢管的壁厚检测。 2）空气耦合的超声检测实际生产过程中，很多场合都不希望超声检测带有祸合剂，尤其是水。除了激光超声发生器和电磁超声换能器 (空气耦合超声检测技术的研究已经多年，近年来逐渐得到重视，尤其是在材料无损检测 21领域。但是，超声波在空气中的衰减非常厉害，早期的研究由于缺乏合适的换能器，主要集中在低频超声和导波检测技术，如今随着换能器设计制造技术的突破，空气耦合超声检测得到迅速发展，适于野外使用的便携式空气祸合超声探伤仪已投入使用，美国司已研制出商品化的空气耦合超声探伤仪 1122；意大利空军已将空气耦合技术成功用于复合材料的检测。虽然空气耦合技术在近几年来取得了突破性进展，但是离在线检测目标似乎还有很长一段路要走。 3)组合式检测使无损检测任何一种无损检测技术都只能检测材料中某些特定的缺陷。如超声检测对钢管的裂纹、直道、夹杂等缺陷比较敏感，而涡流检测技术则对钢管近表面缺陷比较敏感，对于内部或者靠近内壁缺陷则无法检测。因此，如果试图检测钢管内可能存在的全部缺陷，单靠一种无损检测技术，到目前为止还是相当困难的。为了能检测出无缝钢管中的所有缺陷，采用组合无损检测技术就是一种重要的手段。在油管检测过程中，典型的组合是漏磁和超声组合，实现纵、横缺陷检测及测厚功能，对于高压输送管道、某些化工用管一般采用涡流、超声组合。基于以上方法的比较与分析，本文以无缝钢管的出厂质量检测为研究对象，可确定本文的研究方法为基于水介质超声波检测法 23。参考文献： 1张元奇 . 基于超声技术的无缝钢管缺陷检测系统的设计 D2012. 2李杨辉 . 无缝钢管超声波测厚工艺及装置研究 D2006. 3涂君 . 钢管水浸超声自动检测的关键工艺参数 D2009. 4杜瑞涛 . 无缝钢管在线超声无损检测系统的研制 D2011. 5党玉春 . 无逢钢管在线超声波自动测厚装置研制 D2006. 6郑熙，侯力，王裕林，杨英琴 . 厚壁无缝钢管的超声波检测系统 J. 机械设计与制造， 2010，07:907舒飏 . 无缝钢管超声检测实验系统的研制与开发 D2006. 8方文平 . 无缝钢管超声自动检测关键技术研究 D2010. 9白仁昭 . 无缝钢管超声波自动检测系统研制 J. 机电工程， 2006,05:5610胡均平，尹中荣，张令山，郑杰，吴杨宝 . 新型无缝钢管的超声波自动探伤系统 J. 中南工业大学学报 (自然科学版 )， 1999， 02:8411胡建凯、张谦琳，超声检测原理和方法 M，中国科学技术大学出版社， 2006. 12卓东妮 J2009（ 3）： 4813尹中荣，郑杰，张令山等 J无损检测，14方文平 D15赵华无缝钢管市场情况与 2010 年展望 J2010（ 2）： 6916张俊哲 M科学出版社， 1993. 17卢杉 J2004， (l):73 一 74. 18冉启芳 J1999,21(2):75 一 80. 19乔华伟 D浙江大学硕士学位文， 2008. 20杨文华 J2002,(3):18 一 20. 21吕庆功，李霞，朱景清 J2000， 17(2):10 一 13. 22李清华 D华中科技大学硕士学位论文， 2007. 23冯诺 M南京大学出版社， 1999 24of . 988,1(5):31. 25 . 997,17826 i. of in 500 mm . 009,(4):50 27 of . 007,(9):6528 to T to by 2007 DT 毕业设计开题报告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：业设计的主要工作本项目根据国内无缝钢管的生产现状，以超声波检测理论作为理论支撑，以探头旋转钢管直线运动和直接检测法的检测方法和测厚原理，对无缝钢管超声波测厚工艺以及装置进行研究。本文的主要涉及的研究内容包含一下几点内容：（ 1）制定总体方案无缝钢管超声波测厚装置系统以及各部分设计方案的确定；（ 2）设计回转机构传动系统的组成部分。其包括钢管的直线运动、探头布置等；（ 3）设计组合检测结构机架设计、探头架的设计、探头的布置和使用数量的确定等；（ 4）绘制机械总装配图包括总装配图、零件图、等；采用的手段根据以上问题以及内容的分析，本项目拟采用钢管螺旋前进探头平动式的检测工艺，其具体内容如下：（ 1）、资料搜集。查阅大量资料，熟悉数控回转工作台的结构、工作原理、关键技术，了解国内外此产品的研究现状；关注检测技术成熟的知名厂家，获取相关产品的一些技术参数，并进行分析；熟悉几种典型规格的回转台，将其主要的关键技术与指导老师进行探讨；（ 2）、结合钢管的缺陷类型，给出无缝钢管超声波自动检测的设计方案。通过四种设计工艺进行比较，结合具体情况，本项目选择了“钢管直线前进探头旋转”的方式。通过直接检测法对钢管进行探伤；（ 3）通过对检测对象的参数进行分析，考虑实际情况，对无缝钢管超声检测系统机械部分进行合理设计；（ 4）、利用件绘制系统的总装配图、零件图等。业设计的工作进度计划 2016 年 2 月 29 日 21 日撰写开题报告，确定技术方案 2016 年 3 月 30 日 10 日完成具体设计 2016 年 5 月 11 日 1 日撰写设计说明书 2016 年 6 月 1 日 5 日毕业设计答辩毕业设计开题报告指导教师意见：温森同学综述了无缝钢管超声无损检测国内外发展现状，阐述了课题的研究意义，所述内容条理清楚。温森同学对毕业设计任务书要求，对主机架，组合检测机构及回转机构的进行方案设计，方案基本可行，但需要进一步细化。同意温森同学按时开题。指导教师： 2016 年 3 月 22 日所在学院审查意见：同意开题负责人： 2016 年 3 月 22 日 I 无缝钢管超声波无损检测装置设计摘要：为了无缝钢管的检测，无缝钢管的应用涉及到的范围很大而大多数的企业没有很高的自动化技术，本文主要用的是超声波探伤的检测方法，设计出了检测的机械部分，实现了圆形钢管的自动检测，整个机械结构部分具有很方便的操作和实用性很强。第二章主要介绍了超声波监测的原理，论述了无缝钢管无损监测设备设计的关键技术和原理。介绍了超声无损监测技术在无缝钢管监测领域中的典型应用，并对超声自动监测机械结构部分就行了了分析和对比，确定了本次设计的研究内容和方向。结合现在所能应用的超声波检测装置，针对现有的检测，检测时所遇到的局部性，本次设计为了系统的简单化，并且采用的是水浸探伤的方法，所以要用到喷头，把探头和喷头放在一起，正对钢管的轴线上方，钢管浸在水中，探头不动，钢管旋转向前运动，其中探头的位置和方向是可调的。 is of is of of of of of in of in of to of is of in of of a so to a of is in is 录摘要目录 1 绪论 1 题介绍 1 内外研究现状 1 缝钢管超声检测关键技术 3 2 超声检测原理 4 测对象 4 缝钢管主要缺陷类型 4 缝钢管检测方案的选择设计 5 透法 5 冲反射法 5 触法与水浸法 6 测探头的选择 7 头类型的确定 7 查方式选择 7 头进给速度 9 管的旋转速度 9 统工作原理 9 械部分 10 道 10 声探头 10 循环模块 11 3 结构设计 12 动部分设计 12 测部分设计 14 管运动原理 14 面接触疲劳强度计算 15 定传动主要尺寸 17 根弯曲疲劳计算 17 机架设计 18 测机构 18 头机构 19 位机构 20 4 结论 22 参考文献 23 致谢 25 1 1 绪论题介绍在现代的工业中，无缝钢管主要在化工、石油、船只、汽车、建筑、地质勘查、军工以及核工业等行业，涉及面很广。因此无缝钢管在现代化工业中已经占有很重要的位置。无缝钢管也经历了很长时间了，也发展了几十年了，我国在钢管的需要量上也很大、成为了最大的消费和出口的国家，但我国的钢管生产技术还很不完善 ;自动检测装置都是从欧美的国家引进的，创新能力不足。生产装备国产化进程缓慢。内外研究现状目前，我国大型的钢管生产所用的检测设备主要依赖于进口。如上海宝钢使用的是德国的司设计的超声自动检测系统，天津钢管有限责任公司的则使用了德国国本三菱等公司设计的超声检测设备；武钢则引进了德国本特勒公司的检测设备。纵观整条生产线装备，“多国化”已形成基本局面。产品质量是产品立足于国内外市场的基石。国内无缝钢管行业无损检测的技术应该更加成熟起来。一方面，受国际原材料和运输费用的继续上扬、人民币持续升值等因素的影响，国内无缝钢管的生产成本在不断提升2008年铁矿石基准价上涨 65%，人民币至少升值 8%一 10%。我国先进的自动无损检测设备一般都是来自于美国，从国外买的设备一般费用高使我国的中小企业利润低 ;另一方面，国外无缝钢管的产量和产能也在不断提高，能源和材料都在加快生产。而在国外的一些国家，大部分都拥有先进的自主研发的技术装备，生产调度灵活，设备淘汰更新较快。在这样的比对下，我国的设备更新代价昂贵，消化吸收慢，国产化进程缓慢，先进的检测技术还是被美国这些国家所掌控。随着现在的国际形势来看，我国无缝钢管产品的质量要想在国际市场上立足并且迈上钢管生产强国的道路，必须加快无损检测的技术研发设备研制，以便于能够降低生产成本。在近几十年中，国外在超声波检测的技术方面有了较大的发展，在无缝钢管的检测领域大量的采用了超声波检测设备。其中，国外较为成功的超声波检测方法主要有两种：探头静止钢管螺旋前进式、钢管直线进给探头旋转式。探头静止、钢管螺旋前进式 2 这种检测方式比较简易，一般在设备上布置多个探头，用水做耦合剂，钢管螺旋亲近经过探头进行探伤。英国司采用的超声波大型钢管检测设备其应用方式即为这种检测方式。用了模块化相控振电子检测装置采用的是部分液浸探伤技术以及螺旋式传送方式，并配备小尺寸检测机械装置用于高速螺旋式钢管传送。其探头液浸器在钢管上其导向作用。该设备不仅能够用来检测纵向和横向缺陷、测量管壁厚度以及分层缺陷，还可以用来检测斜向缺陷。样能够有效的降低其切换次数，还能用来对关闭变形以及超声耦合进行检验。（ 1）探头旋转、钢管直线进给式探头旋转式检测设备对无缝钢管的传动装置的要求较低，能够比较好的避免因钢管旋转而造成的震动对其超声信号的影响，从而大大提高其检测速度。代表着在线超声波无损检测系统的最高水平 ,在这一方面，国内相差甚远。（ 2）钢管不旋转直行，探头静止不动式钢管不旋转直行，探头静止不动的工艺是目前国际上使用较少，仅限于直径在 50下的工艺，其工作原理是仪器发射高平电脉冲，直接传递到探头连接线上，触发探头压电晶片产生超声波，向钢管中发射超声波，超声波遇界面返回到压电晶片，通过压电晶片产生高平电脉冲，直接将信号传回处理器。（ 3）钢管原地旋转、探头沿轴线移动式钢管原地旋转、探头沿轴线移动式的工艺是在早期检测试验时使用较多的工艺，其工作原理是通过仪器发射高频电脉冲，并将其直接传递到探头连接线上，使其触发探头的压电晶片，从而产生超声波，超声波遇到界面返回到压电晶片，并通过压电晶片产生高频电脉冲，直接传回信号处理器。通过钢管绕自身轴线旋转且通过托辊带动钢管直线运动，钢管的复合运动为头均匀扫查钢管体。我国对于超声检测方面的研究比较晚，从 1973年以来，我们国家才开始大量的进行检测的技术完善，并且取得了很大的成果。主要代表是冶金钢铁研究院总院张广纯教授等，在经过 30多年的深入研究与不断完善，他们通过发射机发射出大功率脉冲信号，在壁厚 18钢板中产生检测缺陷。从理论研究领域看，我国的研究水平与国际基本同步，但在实际应用方面，我国与国3 外尚存在一定差距。缝钢管超声检测关键技术无损检测的磁粉检测（超声检测（及涡流检测（方法，各有其优缺点 11。目前超声检测技术主要有三种： 1) 电磁超声检测电流在磁场中受到洛伦兹力作用，金属在交变应力作用下就会产生应力波，当频率超过 20形成了超声波。从电磁超声产生的机理可以看出，该种检测方法也是一种非接触式超声检测。由于横波声速较纵波声速小，可用于测量厚度较薄 13的金属试件，且精度更高。在工业实际中，电磁超声探伤在无缝钢管的缺陷检测中运用极广。 2) 空气耦合的超声检测一般情况下，在钢管实际检测中，藕和剂尤其是水尽可能不出现在检测现场。但是近年来逐渐得到重视，尤其是在材料无损检测 14领域。超声波在空气中的衰减厉害，早期缺乏合适的换能器，主要进行低频超声和导波检测技术，现在美国 3) 组合式检测使无损检测任何一种无损检测技术都只能检测材料中某些特定的缺陷。对于钢管中的各类型缺陷，其检测种类多，形式各样，检测难度大。一般需采用组合式检测方法来检测钢管的内部缺陷。例如在油管检测过程中，典型的组合是漏磁和超声组合，实现纵、横缺陷检测及测厚功能，对于高压输送管道、某些化工用管一般采用涡流、超声组合。基于以上方法的比较与分析，本文以无缝钢管的出厂质量检测为研究对象，可确定本文的研究方法为基于水介质超声波检测法。 2 超声检测原理 4 测对象本系统的检测对象为无缝钢管。无缝钢管是一种管状工件。在实际生产中，无缝钢管的缺陷主要是形式是：外折、凹坑、壁厚不均匀以及钢管裂纹等 17。根据其缺陷的方向，又可以分为轴向缺陷、径向缺陷和折叠缺陷三种。三种缺陷的特点不同，其有效检测方式也不同。根据实际要求，本实验系统机械结构能够检测的规格范围如下： 1) 材质：低碳合金钢： 2) 钢管直径： 140 200 3) 钢管壁厚： 4) 管长： 480, 5) 弯曲度： 2m； 6) 表面特性：矫直，辊轧。实际检测中，为了使得监测系统的达到要求，采用两中极端状态参数的钢管，其规格参数如下。径 140厚 8长 480 2号钢管：外径 200厚 14长 785 法钢管主要缺陷类型经过人们的总结 ,无缝钢管缺陷大致分为以下几种 : 1) 内折。钢管生产过程中中心疏松、芯部缩孔以及柱状晶在铸坯内的存在很容易造成内折缺陷的产生。这是由于管坯中心疏松在穿孔的探入阶段会造成芯部开裂并在后续的穿孔、辗压过程中形成内折；管壁中的缩孔受热时内表面氧化 ,穿孔时又不能被焊合，同时在纵向剖开铸坯时发现缩孔在铸坯内是不连续的；缩孔的这一系列性质，导致钢管内折缺陷的形成。 2) 外折。外折是指在无缝钢管的外表面上与钢管轴线形成一定角度的折叠。 3) 扎折。扎折是指钢管表面凹陷皱褶状的缺陷。在连轧过程中机架之间的金属秒流量不等是 ,特别容易造成扎折缺陷的产生。 4)壁厚不均匀。壁厚不均匀是指钢管壁厚的跳动误差超出了国标定义的最大壁厚公差值的。造成壁厚不均匀的因素比较多 ,使连轧孔型形状改变而增加金属横向宽展或孔型发送歪斜以及增大轧制过程中金属的流动不均匀都会影响钢管的壁厚精度。其中连轧管机组在穿5 孔过程中与轧制中心线不够吻合是造成壁厚不均匀的最主要原因。除了上述四种缺陷外无缝钢管的缺陷还包括结疤、内麻坑、内直道、发纹、划伤、青线等。但是超声检测一般只能对上述缺陷中属于裂纹、折叠以及壁厚不均匀这样的缺陷才具有检出能力 ,而对包括钢管表面划伤等缺陷却无能为力 ,所以以下讨论的缺陷也以裂纹、折叠以及壁厚不均匀缺陷的检出为主。缝钢管检测方案的选择设计下面针对钢管具体检测实际，查阅现有的常用的检测手段，并根据无缝钢管的具体情况以及本设计所要达到的设计要求，选择设计出本实验系统的机械部分。透法如图透法是利用电磁波激发设备和接收设备来监测无缝钢管内部缺陷的，电磁激发设备发射的电磁波以波的形式穿过钢管体，当电磁波穿过有缺陷的钢管截面时，波的传播形式会发生改变，一部分波会被反射回来，利用这个波的传播特性来监测钢管内部缺陷。图脉冲反射法如图播到有缺陷的截面时，产生反射声波，波在被检测件的反射状况就会以一定形式放映，根据反射的时间及形状来判断被检测件内部缺陷及材料性质的方法。反射法既可以采用发射和接收两个独立的探头进行检测，也可以使用一个集发射和接收功能于一体的探头 18。 6 图上述对比可以发现，相对于反射法而言，穿透法具有如下缺点： 1) 两探头位置必须相互对准以保证接收正常，探头定位相对困难； 2) 探头与试样的接触状态会影响检测波的状态； 3) 当两探头之间波的共振容易而影响测量结果。在超声检测发展的最初阶段，穿透法是种较为有效的监测手段；同时针于无缝钢管来说，在管壁内外各安装一个探头也是不现实的。既不能满足自动化检测的要求，也加大了安装难度，从而使检测精度难以控制。因此，本实验系统选用脉冲反射法。触法与水浸法根据超声探头与被检测件之间的耦合方式的不同，超声检测法又可以分为接触法和水浸法两种，下面分别进行简单介绍并选择出本系统使用的方法。 1. 接触法如图触法是指探头与被检测件表面之间经一层很薄的耦合剂或不用任何耦合直接接触进行检测的方法 (其中耦合剂主要起传递超声波能量作用 )。这种方法操作简单，但是要求探头与钢管表面直接接触且需保证二者之间的间隙不超过某一值，因此对与钢管的表面粗糙度精度等级要求比较高。图 2. 水浸法如图指将超声波探头与被检测的无缝钢管全部浸入液体，或探头与被检测件之间局部充满液体进行检测的一种方法。其中作为耦合液一般用水，因此通常又称为水浸法。图据两种方法的原理可知，水浸法与接触法相比较，有如下优点： 1) 超声波探头与被检测钢管表面不直接接触，超声波的发射与接收信号较为稳定，被检测件表面粗糙度对检测效果的影响不大； 2) 探头发射的超声波束相对于被检测件受检面的取向是可以自由改变的，可以比较容易的实现斜入射检测。 3) 由于被检测件的界面回波宽度比发射脉冲宽度窄，可以缩小盲区，从而使检测较薄的被检测件成为可能： 4) 由于探头不直接接触被检测件，对探头和晶体电路损坏的可能性小，从而可以采用工作频率较高的薄晶片，从而提高检测的分辨率。正是因为上述特点，由于本实验系统是基于工业自动化检测方向的，因此选用水浸法能够得到更好的效果。测探头的选择头类型的确定超声波由于其波长的不同，其在水中和钢管中的传播速度、传播方式都有差异，对于不同的缺陷类型，根据缺陷情况的差异其波的波动变化是不用的。对这种差异进行数据处理和归类，不同的缺陷情况下检测结果也不一样。因此针对不同的缺陷类型，要选用不同类型的超声探头及检测波型。 8 由缝钢管中存在的缺陷主要分为轴向缺陷、径向缺陷和折叠缺陷三种。对于径向探头，探头超声波信号发送器置于钢管上方，径向方向布置方式，其发射的超声波信号经水介质折射到钢管，其折射角为，在经钢管内部反射，通过信号收集器采集数据，若钢管径向存在内部缺陷，其采集的超声波信号会发生异常变化，根据变化特征来识别缺陷类型；对于轴线探头，其布置方式为图（ b),探头置于钢管上方，其发射的超声波信号经水介质折射到钢管，其折射角为，在经钢管内部反射，通过信号收集器采集数据，若钢管径向存在内部缺陷，其采集的超声波信号会发生异常变化，根据变化特征来识别缺陷类型；对于直探头，其发射的超声波信号经水介质折射到钢管，其入射角为 090 ，在经钢管内部反射，通过信号收集器采集数据，若钢管径向存在内部缺陷，其采集的超声波信号会发生异常变化，同样根据变化特征来识别缺陷类型；三种探头的检测过程以及原理如下图（ a）、（ b）、（ c）所示。 . 查方式选择扫查方式就是指，超声探头和被检测钢管之间的相对运动方式。扫查方式是进行无缝钢管检测的关键，良好的扫查方式能够准确、全面的能够的完成对整个钢管检测单元的扫查，其漏查率和准确度亦可得到极大的提高。针对无缝钢管这一特殊构建，查阅大量资料以及借鉴国外先进设计思路，选定超声探头和钢管之间的相对运动方式为螺旋式，理论上已经证明螺旋式扫查方式能保证在相对短的9 时间内扫查整个钢管的外表面扫查效率极高。而不本设计考虑到探头若做选择运动的话，其附加的动力部分，机械结构部分的增加，无疑会造成生产成本的提高，运动构建的复杂，实际是不必要的，通过研究这个扫描原理可知道，实现螺旋试的扫描，可以让探头静止不懂，钢管不经绕自身旋转运动，利用同一套动力系统可以让钢管保持较为稳定的直线进给运动。这样不仅有利于探头布置，减少了机械结构，利用同一套动力系统，节能环保。头进给速度从现场实际工作的情况看，工厂的标准一般是要求钢管的检测速度达到 0 1加 0 4m s。但是在现场的实际应用中，为了提高检测速度，一般会采用四组或者四组以上同类型的探头同时工作，因此首先可以确定探头进给速度为 25100s，这一参数是不随检测对象的改变而改变的。管的旋转速度同样从实际检测和理论基础上，钢管绕自身轴线的旋转速度越快，其扫查覆盖率越大，检测精度也越高；但对探头灵敏度的要求也会提高，因此须权衡考虑使的整个系统的配合。在满足扫查全面覆盖的前提下，其决定因素有两个：一是探头的直线进给速度，这个参数已经确定；二是探头超声波发射面积，所选探头的发射面积为 86了保证检测的有效性，还必须对扫查面积保有余量，因此可以根据式计算得出钢管旋转速度为 300 1200一参数同样也不随检测对象的改变而改变。统工作原理该系统采用横波脉冲反射法对钢管进行探伤 ,其探伤原理：图 F 为探头焦距 ;尹为钢管内半径 ;R 为钢管外半径 ;D 为钢管直径 ,D= 为钢管壁厚 ; 10 图保证超声波声束入射角差别最小 ,识别能力强，对于探头入射角度有较高要求，不同入射角度对于超声波接受的型号有一定的差别，对于收集到数据，进行数据识别，包括发射波、界面波。缺陷波以及二次界面波的识别，准确识别，避免误判是数据处理的核心。械部分整个无缝钢管在线检测系统的机械部分主要包括输送辊道、摆动辊道、水循环模块、探伤机架、探头架组、喷头单元等。这些机械子系统构成了探伤系统的整体。道本系统是作为无缝钢管轧制流水线上的一套设备 ,根据钢管的产能按一定的速度一根接一根的生产出来通过钢管厂的传送设备传送到无缝钢管在线检测设备前面 ,所以该设备也必须设计一套辊道用来把到位的钢管以一定的速度平稳传送到探伤本体内进行探伤。更具需求我们设计了两套辊道 ,每套辊道由若干个辊道单元组成 ,分为传输辊道和摆动辊道 ,两套辊道间隔安装。传输辊道只负责将钢管向前传送 ,钢管在前进的过程中并无旋转 ,所以传输辊道上的辊子只需选用是因为钢管到位以后离探伤本体还有一定的距离 ,在这段距离的传输并不需钢管的旋转。声探头超声探头必须成组的安装在探头架上。横向缺陷、纵向缺陷、壁厚缺陷三个检测单元各占一个探头架组。三个探头架组依次安装在探伤本体上 ,待检测钢管11 从辊道上螺旋传输过来的时候三个探头架组依次由气缸从下面顶上来贴在钢管上进行横向缺陷、纵向缺陷、壁厚缺陷的检测。循环模块本系统采用的超声祸合剂是水 ,在超声检测的过程中要不断往超声检测单元中注入水 ,使得钢管始终浸泡在水中。考虑到中国是个缺水的国家 ,水资源并不丰富 ,所以如果不断注水 ,然后用过的水直接排放掉则会造成的水资源的浪费 ,不符合我国现在实行的节能减排的政策。所以有必要设计一套水循环装置 ,收集从超声检测单元溢出来的水 ,过滤后重新导入检测单元二次使用。图每个超声检测单元的侧壁都开有进水口 ,水管由进水口插入。经试验发现 ,如果水直接由水管注入 ,则在注入时会造成大量的气泡 ,而气泡在检测过程中是要严格控制的 ,一旦出现气泡 ,则会导致钢管检测的勿报警 ,增大系统的勿报率。所以在水管口安装一个挡板 ,挡板的作用是挤压水泡 ,水管注水时产生的水泡可由挡板挤压破裂 ,这样就避免了检测过程中检测单元内的水泡问题。如图所示 ,检测单元中溢出的水由水槽流入水循环模块 ,系统使用滤网和滤纸双重过滤掉水中的颗粒物杂质 (直径比较大的颗粒物杂质会对检测产生影响 ,细小的杂质则不影响检测 )。过滤后的水由水泵抽入检测单元再次利用。 12 3 超声检测系统机械结构设计动部分设计图机械部分设计由设计要求可知，如图管运动方式为旋转和直线运动，在个别敏感区域需要特别仔细检查的时候，需要人工手动进行反复监测缺陷，所以本次设计采用电机作为动力源，电机轴要求可以正反转，电机的控制就应该有连续正转 /反转、点动正反转以及启动、急停等几个操作。电机与减速器之间用联轴器连接，减速器和钢管的两托辊轴用锥齿轮进行动力传动。钢件的检测长度一般在 2以只靠四个相互错开的橡胶滚轮带动是不够的，其钢管行走的直线度不能保证，需要对其进行辅助定位，保证在钢管监测是其工作位置不会因为管件过程而出现摆动。其定位夹持件有杆组成，钢管在滚轮上可以自由滚动，管件上方为一个类似于 V 型块的部件，它与钢管有一定的间隙，可以阻止钢管出现较大的摆动。位和拧紧有螺栓来保证，所以该设计可以对不同直径的管件进行检查，松开螺母，适当调整 1）电机的选择按照工作要求和条件选择普通的三项异步电机 2）功率工作所需功率为： 13 109550 9550T 实际式（式中 160 ， 0 电机工作效率； 0 5016 0 实际P 式（电机所需的输出功率为：总实际电 P为电机至工作台主动轴之间的总效率。齿轮：；轴承：蜗杆；。因此 3321 总式（实际电一般电机的额定功率电PP m 式（考虑电机同时驱动两轴联动工作，故考虑将电机功率取大一些，取电机额定功率为：。 3）转矩由后面齿轮的转矩可得： T m 6 0 6m i n 式（ T m 2 0 6m a x 4）确定电机转速由文献 2表 1：锥齿轮齿轮传动比： 3 减速器传动比： 5 14 则总的传动范围为： 21 5机转速的范围为 m i n/2 1 6 05 4 036)6015( 为降低电机的重量和价格。选用功率 2笼型电机，环境温度 40度，步转速 1000r/作制为测部分设计图图图图知本次设计采用浸水，选购的电机最高速度为1000r/减速器和传动链以后，输送带的周向速度最高为 50r/统控制电机转动方向和转速来控制钢管的运动，在钢管的移动过程中，如果缺陷由工控机通过通信件缺陷信号位移输入控制器，有控制器根据当前速度值和探头打点器距离值计算沿时时间，延时时间一到，说明缺陷已处在打点气位置处，有打点器做记号，并有报警器提醒工作人员，另外因为是水浸探伤，所以需要潜水泵为水箱注水。管运动原理 15 图图架，其主要作用时固定其他组成部分以及电机等，同时能够在内部充满耦合剂检测机构其主要作用是将探

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