桁架侧悬挂式焊缝超声波自动探伤系统

设备技术要求

1、范围

本技术条件适用于本次用桁架侧悬挂式焊缝超声波自动探伤系统，包括桁架机械结构、探头架和电气控制部分，不含超声波仪器部分。

本次设备适用的钢管规格见表1。

表1 钢管规格

2、设备功能及组成要求

2.1设备的功能描述

本项目需满足螺旋埋弧焊管生产线超声波连续探伤要求，设备应为全新设计加工，安装在现有超声波连续探伤工位，替代原有设备，能够实现钢管全焊缝的超声波自动探伤。

2.2 设备的组成

螺旋焊管焊缝超声波检测设备结构形式为桁架式结构，其主要由桁架及附属部件、焊缝探架车、焊缝探架升降机构、焊缝探头架、焊缝激光跟踪系统、喷标机构、供水系统、电气控制系统等组成。

3、技术要求

3.1 检测内容

检测项目：焊缝的纵向、横向缺陷检测；热影响区分层缺陷检测；

检测区域：焊缝纵向、横向检测：100％焊缝

热影响区分层：焊缝两侧各25 mm

检测方法：水膜法。

3.2 主要技术指标

3.2.1 检测探头线速度： 0～15m/Min；
3.2.2 检测能力：325-813mm≥15 根/小时，813-1016mm≥12 根/小时,

                1016-1820mm≥10 根/小时；（包括进出管）
3.2.3 焊缝缺陷定位误差：≤±30mm（焊缝螺旋线方向）；
3.2.4焊缝检测盲区（管端）：≤ 300mm；
3.2.5 检出率:  100％ （在样管上）；

3.2.6 漏检率： 0％ （在样管上）；
3.2.7 误报率： ≤ 3次（在整根钢管上）；
3.3检测工艺要求

3.3.1 工艺流程介绍

   超声波自动探伤岗位位于水压机后，水压后钢管通过辊道输送至自动探伤岗位，旋转辊带动钢管旋转和探伤车行走共同完成整个探伤检验过程，钢管检验完成后，钢管进入下一工序，探伤车返回。

3.3.2岗位工艺图

     按车间现有情况布置

3.3.3 设备检测工艺流程要求

3.3.3.1 整套设备应具有自动、半自动两种功能模式

3.3.3.2  其他重要功能要求

1）探头架小车、跟踪系统采用伺服电机控制。

2）控制系统采用西门子PLC控制，输出增加继电器隔离放大。

3）接近开关、光电开关采用图尔克、欧姆龙产品，提高控制精度和可靠性。

4）有紧急停止控制。

5）操作面板上应显示元件工作状态。

6）行走、旋转既可单独操作，又可联动。

7）快进、快退设置单独操作。

8）系统设有防误操作设计。

3.3.3执行标准

API SPEC 5L 《管线钢管规范》（第46版）；

GB/T 9711-2017《石油天然气工业管线输送系统用钢管》；

SY/T 6423.2 《石油天然气工业钢管无损检测方法 第2 部分：焊接钢管焊缝纵向和/

或横向缺欠的自动超声检测》

3.4 探伤设备的技术要求

3.4.1设备改造概述

本次改造，保留原有的焊缝探伤仪。

3.4.2 设备组成部分及要求

    采用桁架悬臂行车结构，断面呈直角三角形的桁架主梁侧壁上下布置两根直线滑轨，滑轨中间安装传动齿条，悬臂行车通过滑块固定在滑轨上，通过行车上减速电机安装的齿轮与齿条啮合驱动行车运动。行车前部的可升降的悬臂下挂焊缝探架，焊缝探架可在激光图像跟踪系统控制下进行微调，焊缝偏移过大可通过行车运动调整。悬臂行车沿与被测管平行布置的桁架主梁作直线运动，被测管在两组旋转托辊驱动下做圆周运动，两个运动在PLC系统的控制下，使得焊缝探架相对于钢管做螺旋运动，轨迹与螺旋焊缝重叠。

1） 组成：桁架及探架、悬臂梁、行车，桁架应按双焊缝探架，26米长设计。

2） 桁架主梁：主体采用厚壁（≥10mm）矩形合金无缝管焊接而成，具有极高的刚性和稳定性。传动导向采用经高刚性滚柱直线导轨，保证探伤行车在较高的速度下运行平稳；主梁后部应设置一个有护栏的走台，便于拖链检修。

3） 桁架及探架、悬臂梁、行车机加工精度为7级，形位公差精度为8级。

4）桁架组对调整后测量，底座板面铅锤高差不大于5mm，滑轨、齿条固定板前加工面直线偏差不大于0.5mm，平面度偏差不大于2.2mm/全长,分段不大于0.5mm/m。

5）滑轨、齿条安装后测量，上下两滑轨对侧平行度偏差不大于0.75mm/全长。

6） 行车与钢管运行中心线水平偏差不得大于±3mm，垂直方向偏差不得大于±5mm。

3.4.2.1 桁架及附属部件

桁架主梁应采用厚壁矩形合金无缝管焊接，以保证其刚性和稳定性。采用齿轮齿条传动，高刚性滚柱直线导轨导向，保证探伤行车在较高的速度下运行平稳；同时桁架需考虑电缆拖链的安装及检修，应设置有护栏的走台和扶梯。

3.4.2.2 探伤小车及探架升降机构

探伤部分由两个单独小车组成，其动力单元由一套伺服系统构成，能保证两个小车间不小于1000mm的电动调节余量。其中一个小车安装两套缝探探架，两套缝探探架间500mm调节余量，另一个小车预留安装母材探伤装置。探伤小车需运行平稳、无卡阻，小车起、止点需设置电气和机械限位，起止点附近设置减速传感器。小车运行速度：0～30 米/分钟。升降机构主要是调节探头架与钢管的距离，由直线导轨导向装置、减速电机驱动的丝杆提升机构构成，主要完成探头架的升或降，以满足探头与钢管表面的合适距离。探架升降机构需在两侧安装直线导轨，保证其运行稳定。

3.4.2.3 焊缝探架

焊缝探架应按侧向气缸起落形式设计制作，双焊缝探架设计，要求数控加工,精度不大于0.02mm。

3.4.2.4焊缝激光自动跟踪系统

跟踪机构是焊缝激光自动跟踪系统的执行机构，与焊缝激光跟踪系统配合使用。跟踪机构采用滚珠丝杆传动，动作迅速，传动间隙小，跟踪伺服电机安装于丝杆的一端，电机转动带动探头架移动，移动行程±100mm。应采用进口品牌，META或基恩士。

1)焊缝激光自动跟踪系统应具有很好的抗干扰能力，且对探伤信号或其他设备无影响；

2)系统可检测的小焊缝高度为0.5mm，检测焊缝宽度10-30 mm，跟踪精度±0.5mm，跟踪范围±100mm，跟踪速度≥40mm/秒；

3)系统应能适应焊缝两侧存在一定积水、带锈和不带锈钢管、补焊焊缝、较强光线照射等特殊情况下的跟踪。

 4）激光跟踪系统需要安装在两套探架上，同时跟踪检测两条焊缝。

3.4.2.5 电气控制部分

系统应采用西门子PLC控制完成，分布式I/O模块控制结构。总线采用PROFINET总线以太网总线接口MES系统连接。高分辨率人机对话触摸屏，显示工作画面，参数输入以及相关信息的提示，异常报警记录、故障查找指导功能等，中文显示。各电机参数、伺服调速参数、自动跟踪数据及设备参数、压缩空气压力、耦合水参数等进入PLC，在人机画面显示并有报警提示。同时人机画面内容在探伤工控机中显示，方便岗位操作人员及时查看。

人机界面采用进口10英寸高分辨率触摸屏或者23寸以上组态大屏幕显示器，触摸屏采用西门子品牌。

3.4.2.6喷标系统

喷标系统设计合理美观，标记点应为直径不大于15mm的圆点，并且在喷标前需对钢管表面耦合水进行吹开后再喷标。喷枪需具备自清洗功能，防止堵塞。    

3.4.2.7耦合水系统

供方在探伤行车上有耦合水箱，材质为304不锈钢，要求设计结构合理，能满足工作要求，无气泡。