无缝钢管管端盲区无损探伤检测系统设计.doc

毕业设计(论文)图书分类号：密 级：毕业设计(论文)无缝钢管管端盲区无损探伤检测系统设计DESIGN OF THE BLIND SPOT BLIND ZONE IN SEAMLESS TUBE学位论文原创性声明本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权协议书本人完全了解关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归所拥有。有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。论文作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日摘要无缝钢管主要用途之一为在油田钻井使用，由于工况恶劣，并且管端出现缺陷的几率远大于管体，因此需要对钢管的管端进行无损检测，为了避免钢管超声波探伤过程中管端检测盲区切除的资源浪费以及增加管端人工探伤引起的成本增加，本设计研制了一套管端盲区自动超声波探伤系统。此系统采用托辊装置带动钢管原地旋转、探头组沿钢管轴向移动的检测方法，通过PLC控制带动钢管原地旋转的变频器和带动探头组前后移动的伺服电机实现对钢管管端的无盲区探伤检测，在确保钢管质量的同时提高了生产效率。关键词 无缝钢管；超声波探伤；盲区；无损检测AbstractIn order to avoid the steel pipe detection blind area in the process of ultrasonic testing to remove waste of resources and increase the cost of tube end artificial detection caused increased.This design has developed a set of pipe end blind area automatic ultrasonic testing system.This system adopts the driven roller steel tube spin around, the probe group along the pipe axial moving detection method.Through the PLC control drive pipe in situ rotating frequency converter and servo motor drive the probe group moved back and forth without blind area detection of steel pipe.In order to ensure the quality of steel pipe at the same time improve the production efficiency.Keywords Seamless steel tube Blind zone Ultrasonic flaw detection Nondestructive testing目 录摘要1Abstract11 绪论11.1 引言11.2 无缝钢管的超声波检测11.2.1 超声波无损检测技术11.3 研究意义22 正文32.1总体设计32.1.1 设备组成框图32.1.2 设备组成表32.1.3 设备生产流程43 探伤机主机73.1探伤机主体的机械结构及探头组73.2 探伤机主机部分的组成及作用83.3 输送部分9超声波检测104.1超声探伤装置104.2超声波探伤方法的分类104.3超声波探头的选择104.4 检测频率的确定114.5超声波的激发和接收设备124.6关键参数的确定135.钢管夹持装置165.1钢管运动原理图166 水路气路方案的确定176.1水路方案的确定176.2气路方案的确定187.机械部分总体设计197.1钢管的运动分析197.2搓轮传动功率的计算197.3电动机类型的选择207.4电机调速的方法217.5电动机的容量227.6传动比的分配237.7传动装置的运动和动力参数238 系统控制部分258.1控制系统介绍258.2 电气控制系统流程268.3系统主要部件选型及功能268.4管端控制流程图278.5程序设计28结论29致谢30参考文献31II1 绪论1.1 引言 随着时代的进步，工业的发展越来越迅猛，原油和天然气的价格居高不下，更有不断上涨的趋势。这使得各个国家工厂企业对无缝钢管的需求量越来越多，无缝钢管供不应求。随之而来的是，国家也加强了对无缝钢管生产的投入。随着国力的日益强盛，我国的钢管生产量有了明显的上升，具体的数据如表1.1所示。表1.1钢管生产情况对比表（单位：万吨）项目2007年2006年同比增减量同比（%）数据钢管产量2934264928510.76无缝钢管1447125818915.02焊接钢管1968173323513.56 钢管生产量飞速扩大，与此同时，各国家也越来越重视无缝钢管的性能和质量，所以，检测钢管的方法成为了热门的研究课题。钢管的品质直接影响到国家的经济效益，也与广大人员的生命安全息息相关。世界各国对钢管的质量检测都给以很高的重视，各国都使用了各自的无损检测方法，对钢管进行了严格的探测。但是我国在探伤机方面的研究与欧美发达国家还有一些差距，每年我国各工厂企业都会耗费巨额的资金从外国进口大量的探伤机，所以加快我国自主研制探伤机的步伐迫在眉睫。检测的方法很多，其中，无损检测在无缝钢管质量检测中占有重要地位，是最有效同时也是最科学的方法，最重要的是它在检测的同时并不会对检测对象造成损害。无损检测的方法很多，其中主要的有以下五种：超声波检测、涡流检测、磁粉检测、渗透检测和磁粉检测。在无缝钢管的无损检测方面，使用最广泛的是超声波无损检测，本论文采用的就是超声波检测。1.2 无缝钢管的超声波检测1.2.1 超声波无损检测技术 超声波与被测物相互作用，产生反射、散射和透射的波进行研究，从而对待测物品特定应用性进行评价的技术被称为超声波技术。超声波检测是根据超声波在被测物中的传播特性而研究出来的。超声波在被测物中传播，被测物中的缺陷会对其产生作用，使得传播方向或特征改变，通过检测设备接收改变后的超声波，然后进行处理与分析，可以根据接收到的超声波的特征，检测被测物本身及其内部是否存在缺陷。超声波检测有很多优点：超声波穿透力强，可以检测厚度较大的被测物内部的缺陷。而且缺陷定位较准确，同时灵敏度高，可检测出被测物内部尺寸很小的缺陷，最重要的是有检测范围广、检测成本低、检测速度快的优点，便于现场检测也是一方面，同时也对人体及环境无害。1.3 研究意义 超声波探伤是一种有效的无损检测手段，得到许多生产企业的认可与运用。其中大多数工厂企业检验钢管制造的方法都是使用在线自动超声波探伤设备，这样可以确保产品的质量。钢管自动超声波探伤设备有多种模式，但是不管是哪种模式和结构的探伤设备，由于被检钢管的运动和设备机械结构动作的限制，都会不可避免的在钢管前、后两端产生探测盲区。因为性能参数的差异，不同类型的超声波探伤设备检测盲区的大小是不同的，盲区的范围一般在50-300 mm。探伤盲区的存在会对钢管的质量带来很大隐患。所以，为保证钢管质量，广大工厂企业都会对管端检测盲区进行切除，这样将会造成巨大的资源浪费，虽然也可以对管端进行人工探伤，但这会消耗大量的劳动力，使得大工业生产的钢管企业劳动力成本增加。无缝钢管主要用途之一为在油田钻井使用，由于工况恶劣，并且管端出现缺陷的几率远大于管体，因此需要对钢管的管端进行无损检测。本课题要求设计出一套管端探伤机，检测方式为超声波无损检测，适用管径为80-114mm。 根据要求设计了一种自动超声波探伤设备，专门用于管端盲区检测，它可以对管端500 mm范围内的任意区域进行无盲区探伤检测。2 正文2.1总体设计2.1.1 设备组成框图 组成框图2.1.2 设备组成表 设备组成如下表：设备组成表序号功能功能1钢管管头除磷辊道(5）钢管管头除磷工位辊道2钢管管头除磷机(6)钢管管头除磷及预润湿3移钢机电机(7)移钢机动力源4移钢机万向联轴器(8)移钢机联轴器5空工位辊道(9)空工位辊道6钢管管头探伤检测辊道(10)钢管管头探伤工位辊道7钢管管头超声检测台(11)对钢管管头端部进行超声检测8管头喷标管尾除磷工位辊道(12)管头喷标管尾除磷工位辊道9管头喷标机(13)管头喷标机10管尾除磷机(14)管尾除磷机11空工位辊道(15)空工位辊道12移钢机(16)对钢管在工位之间进行输送13钢管管尾探伤检测辊道(17)钢管管尾探伤工位辊道14钢管管尾超声检测台(18)对钢管管尾端部进行超声检测15管尾喷标工位辊道(19)空工位辊道16管尾喷标机(20)管尾喷标机17管头现场控制台(21)管头位置现场探伤控制13管头超声检测柜(22)内置检测板卡14管尾现场控制台(23)管尾位置现场探伤控制15管尾超声检测柜(24)内置检测板卡及触摸屏16变压器柜(25)总开关及变压器17控制柜(26)PLC控制柜18管头伺服柜(27)管头伺服控制柜19管尾伺服柜(28)管尾伺服控制柜19耦合水供排系统(29)水池、液位控制、水箱、水泵、水压调节阀和加热装置，保证不结冰，泵出口水温大于15等2.1.3 设备生产流程设备主要生产流程见下表：设备主要生产流程步骤内容操作流程检测准备开机程序打开主电源和控制电源开关；根据待检测钢管规格，更换检测主机相应规格的导向块及芯棒，更换除磷机的相应规格的芯棒。调整纵伤探头位置到预定位置。设置水量启动耦合水供排系统，调整适当的水量，为超声探伤提供的耦合介质。耦合水量的设定应保证无空气进入探头耦合系统，从而使声波在工件表面的耦合良好并且波动最小，设定时应参照探伤仪的耦合回波的情况作出适当调整；样管校验通过检测样管需要达到所有缺陷波都能达到设定的阈值探伤检测自动检测上料：移钢机将翻料器后钢管送至钢管管头除磷辊道5。管头对齐、除磷、预润湿：辊道5配合管头除磷机6将待检钢管管头端部对齐到规定位置，并完成预润湿及管头端部去除氧化皮。管头检测：钢管管头对齐操作完成后，移钢机16将钢管平移到空工位9，移钢机再次运动后，将钢管平移到钢管头端检测辊道10，控制系统控制钢管管头探伤检测辊道10启动，使钢管按预定速度周向旋转，并且使钢管管端同芯轴紧密贴合，同时管头探伤盒沿着轴向轨道由端部位置开始按照预定速度进行直线移动，通过探伤盒的直线运动与钢管的周向旋转运动形成的螺旋线达到重复覆盖钢管表面，探伤过程中，如果有缺陷，将产生声光报警，检测数据实时在上位机带状图显示。当探伤模块运动至钢管管头预定检测结束位置，完成钢管管头探伤。随后，探伤盒移至初始位置。钢管管头检测报告统计表将储存，并且给出分选信号给PLC 系统存储以备后续出料动作。管头喷标及管尾除磷：钢管管头检测完毕后，移钢机将钢管平移送至钢管管头喷标及管尾除磷工位12。在管头喷标机13喷标后，辊道运转，钢管在管尾除磷机14处除磷并且预润湿。管尾检测：钢管管尾除磷及润湿后，移钢机将管尾对齐的钢管经过空工位15送至管尾检测辊道17，钢管尾端的探伤主机18重复前面的探伤动作，如此就实现了管体两端的连续检测。检测完成：管尾检测完毕后，移钢机将检测完毕的钢管经管尾喷标辊道19，在此工位上管尾喷标机20喷标后，通过移钢机移出，完成探伤。打印检测报告当某一批量的钢管检测完毕时，打印出检测报告模式切换可通过主控操作台或者现场操作台进行工作模式切换机械维护规程： 设备的维护与保养 本系统机械部分的维护，一般只需按照常规进行，有以下几点： （1）每两个月检查一次操作机构和指示系统，确保灵活、正常。（2）不定期检查防腐情况，进行涂油防锈工作。（3）经常检查润滑部位，保证其良好的润滑。（4）对停用二个月以上的设备，每二个月应试用检查一次。 （5）定期检查各联轴器紧固螺栓，和各涨紧套要牢固。水路维护注意事项： 管端UT探伤机的水路系统的组成（1）水源单元。水源由用户提供，用户应保证水源的清洁以及流量的稳定。（2）水泵及储水单元。包括离心泵（管头管尾各一）、铅水泵（一用一备）、水箱（管头管尾各一）、水池（管头管尾各一）。（3）管路及其附件。包括镀锌水管、水管接头、截止阀、球阀、蝶阀、水路气控阀、分水器、针阀、水路电磁阀等。（4）其它元件。包括液位计（管头管尾各二）、电热管（管头管尾各二）、水温计（管头管尾各一）。运行时管端UT水系统应符合下列要求：（1）水箱内部水量适中，液位计、电热管、水温计工作正常。（2）各水泵工作正常，水路应通畅无堵塞。（3）水路中截止阀、电磁阀、气控阀工作正常，无堵塞。（4）探伤盒内部水量适中，即探伤