浙江至德鋼業(yè)有限公司分析了不銹鋼焊接管超聲波自動探傷中的閘門設(shè)置方法，該方法使自動化探傷檢測具有動態(tài)智能設(shè)置功能，可對復(fù)雜缺陷回波進(jìn)行準(zhǔn)確評價和嚴(yán)格篩選，可滿足連續(xù)自動化探傷檢測要求，誤報率小于2％，漏報率為0。在超聲波探傷時，探傷儀屏幕上出現(xiàn)很多波形，要讀哪個圖形的數(shù)據(jù)呢？這時就要用到探傷閘門。將探傷閘門放在要探測的波形上，屏幕上出現(xiàn)的檢測數(shù)據(jù)就是該波形的數(shù)據(jù)，探傷閘門的作用是讀取當(dāng)前閘門下的數(shù)據(jù)。在螺旋埋弧焊接鋼管超聲波自動探傷檢測時，探傷閘門的時間位置和時間寬度是由探傷程序軟件事先自動設(shè)定好的，在探傷動態(tài)過程中在極短時間內(nèi)用軟件方法實時跟蹤底波自動設(shè)置所有通道的探傷閘門。本文介紹超聲波自動探傷中的閘門設(shè)置方法。

一、檢測對象及方法和檢測原理

 1. 檢測對象及方法

  不銹鋼焊接管產(chǎn)品規(guī)格：螺旋埋弧焊管直徑219ｍｍ～1899ｍｍ、壁厚6ｍｍ～25.4ｍｍ，長度6ｍ～12ｍ。超聲頻率范圍2.5ＭＨｚ～20ＭＨｚ、儀器重復(fù)頻率500Ｈｚ～4ｋＨｚ、管材探傷速度（連續(xù)可調(diào)）3m／min≤Ｖ≤12m／min、衰減量≥120dB、衰減器精度每12dB≤±0.5dB、每個橫波探頭遠(yuǎn)場（150ｍｍ）有效聲速（-3dB）寬度≥4ｍｍ，靈敏度余量2.5ＭHz 20直探頭時200ｍｍ平底孔的余量≥50dB。

  檢測方法為水膜耦合式超聲波連續(xù)探傷，可對鋼管進(jìn)行水壓前管端焊縫及焊縫全長100％連續(xù)探傷和水壓后管端焊縫、焊縫全長及焊縫母材100％連續(xù)探傷。通道數(shù)32個，每一個通道可帶2個探頭，采用雙晶探頭一發(fā)射、一接收方式。32個通道中管端母材探傷為兩個8通道，焊縫探傷為兩個8通道。32通道探傷工作方式為兩個探架在鋼管兩端同時探傷，先進(jìn)行管端母材檢測，再進(jìn)行管體焊縫全長檢測；兩探架各檢測鋼管的一半，為防止漏檢有一部分需重復(fù)檢測。

 熱影響區(qū)分層檢測探頭采用5MHz16雙晶水膜耦合式探頭，可檢測焊縫兩側(cè)5ｍｍ范圍內(nèi)分層缺陷，采用2.5ＭHz 8×10橫波探頭及4×6耦合狀態(tài)監(jiān)視縱波探頭組成的復(fù)合探頭檢測焊縫內(nèi)部缺陷，采用5ＭＨz 6×25雙晶縱波探頭檢測管體母材分層缺陷。

 2. 檢測原理

 a. 通道工作時序和傷波數(shù)據(jù)

  不銹鋼焊接管超聲波自動探傷系統(tǒng)在計算機給定的時鐘下同步工作，每ｎ個周期為一個循環(huán)（ｎ為探頭設(shè)置個數(shù)）。計算機時鐘信號即為系統(tǒng)的同步基準(zhǔn)脈沖，它的一個周期就是一個通道的工作周期。如圖所示，當(dāng)各通道開始產(chǎn)生發(fā)射脈沖時，觸發(fā)器經(jīng)計算機時鐘信號的上升沿觸發(fā)置1，持續(xù)高電平，當(dāng)有缺陷傷波、底波時，被觸發(fā)置0，高電平終止，這樣就形成一段時間的高電平，系統(tǒng)通過讀高電平時間即可得到缺陷傷波、底波時間并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量Bt、Ft。如果此通道周期沒有缺陷傷波、底波返回，這樣高電平持續(xù)到計算機時鐘信號下降沿時被觸發(fā)變成低電平，從而形成T/2寬度的高電平，現(xiàn)場檢測的超聲反射回波一般都在T/4以內(nèi)，因此大于、等于T/2的高電平被系統(tǒng)確認(rèn)為無效的Bt、Ft信號，不作處理。

 Bv、Fv信號在缺陷傷波、底波出現(xiàn)之前，保持為0 V電壓，在缺陷傷波、底波產(chǎn)生瞬間1μs之內(nèi)，經(jīng)峰值采樣保持電路快速充電形成對應(yīng)高度的直流電壓信號。如100％波高量對應(yīng)2V電壓，50％波高量即對應(yīng)1V電壓，其直流電壓信號一直保持到計算機時鐘信號的下一個上升沿到來時止，被觸發(fā)后迅速放電到0V電壓。然后到下一個通道周期再被缺陷傷波、底波觸發(fā)充電形成一定幅值的電壓。供計算機做A/Ｄ處理。Bt、Ft、Bv、Fv信號是探傷系統(tǒng)實現(xiàn)探傷靈敏度自動設(shè)定、報警閘門自動設(shè)置、靈敏度閉環(huán)控制、閘門實時跟蹤以及缺陷智能化識別的判斷、處理依據(jù)。是計算機執(zhí)行智能判傷軟件模塊的缺陷相關(guān)評判重要數(shù)據(jù)。檢測系統(tǒng)某一通道的信號工作時序圖如圖所示。

 b. 探頭排布和探傷閘門設(shè)置

  兩個探頭對同一段焊接鋼管焊縫的掃查如圖所示。圖中為焊縫寬度，一般約16ｍｍ左右。一個探頭掃查，焊縫另一側(cè)探頭也掃查，兩探頭主聲束覆蓋整個焊縫，防止漏檢。程序設(shè)計中，保證缺陷傷波出現(xiàn)在始波到之間有效。實際探傷時，可根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)情況設(shè)置探傷閘門寬度。

二、實施方案

 1. 系統(tǒng)程序流程

  系統(tǒng)通電運行探傷操作程序：IPC機送下位機初始數(shù)據(jù)→中斷響應(yīng)進(jìn)入單通道判傷報警程序→IPC機讀取底波峰值電壓Ｂv、缺陷傷波峰值電壓Ｆv、底波距發(fā)射的時間Ｂt、缺陷傷波距發(fā)射的時間Ｆt信號及一組高速采樣數(shù)據(jù)→分析計算處理數(shù)據(jù)→符合缺陷相關(guān)評判方法條件報警→顯示器上畫出高速采樣波形→調(diào)整后的閘門、衰減量等參數(shù)存儲、待下一循環(huán)送出→送出下一通道的閘門、衰減量等參數(shù)→返回探傷操作程序、并等待響應(yīng)下一次中斷。

 2. 閘門設(shè)置方法

  現(xiàn)場超聲波自動化探傷檢測是單向、單程的，一般不允許往復(fù)檢測，因此需要有一次通過的檢測準(zhǔn)確率。但動態(tài)生產(chǎn)條件下，在線傷檢一過即逝，一旦漏檢誤報無法追回和驗證，檢測系統(tǒng)的功能主要由軟件程序?qū)崿F(xiàn)，本文以焊接鋼管焊縫探傷為例介紹閘門設(shè)置方法。

  采用兩個相互獨立的探傷閘門和底波閘門，閘門位置及寬度有人工設(shè)置和自動設(shè)置兩種設(shè)置方式，精度≤0.05μs，分別實時采集傷波時間Ｆt和底波時間Ｂt，探傷閘門用于采集傷波時間和傷波幅度，底波閘門用于采集底波時間，并根據(jù)底波時間自動設(shè)置每個通道探傷閘門的位置和寬度，而且探傷閘門實時跟蹤實時底波。

  考慮被檢不銹鋼焊接管不同壁厚底波閘門的位置和寬度設(shè)置成有足夠余量范圍，以保證探頭一旦落到被檢焊管上，底波即能夠進(jìn)入底波閘門范圍內(nèi)，計算機或工控機即能立即捕捉到底波時間，在極短的時間內(nèi)自動實時設(shè)置探傷閘門。