高速鋼管無(wú)損探傷檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、圖書(shū)分類號(hào)：密 級(jí)：畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)高速鋼管無(wú)損探傷檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)DESIGN OF HIGH SPEED STEEL PIPE NONDESTRUCTIVE FLAW DETECTOR學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明： 所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用或參考的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品或成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)注。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。論文作者簽名： 日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)協(xié)議書(shū)本人完全了解關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：本校學(xué)生在學(xué)習(xí)期

2、間所完成的學(xué)位論文的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸所擁有。有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交學(xué)位論文的紙本復(fù)印件和電子文檔拷貝，允許論文被查閱和借閱?？梢怨紝W(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容提交至各類數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行發(fā)布和檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。論文作者簽名： 導(dǎo)師簽名：日期：年月日 日期：年月日摘要本設(shè)計(jì)的意義在于提高鋼管的全自動(dòng)探傷，提高鋼管的探傷效率，以及提高鋼管在線探傷的精度和效率。首先，詳細(xì)介紹了本課題的研究背景，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)及方法。主要設(shè)計(jì)的是無(wú)縫鋼管在線高速超聲探傷儀主機(jī)系統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)部分。探頭的旋轉(zhuǎn)依靠主軸的旋轉(zhuǎn)來(lái)完成，而主軸的旋轉(zhuǎn)依

3、靠三相電機(jī)來(lái)帶動(dòng)，考慮到探頭在探傷過(guò)程中需要轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)，轉(zhuǎn)動(dòng)的力大，轉(zhuǎn)動(dòng)連續(xù)不斷等特點(diǎn)，故在電機(jī)到主軸之間的傳遞選擇多楔帶。在超聲波無(wú)損探傷過(guò)程中，為了減少探傷過(guò)程中超聲波的損失，需要用到耦合水，需要一個(gè)變量泵和管道等設(shè)備來(lái)構(gòu)成一個(gè)水路循環(huán)來(lái)滿足探傷過(guò)程中耦合水的供給。本超聲波探傷采用鋼管水平前進(jìn)，通過(guò)探傷儀，探頭圍繞鋼管高速旋轉(zhuǎn)進(jìn)行超聲波探傷。關(guān)鍵詞：無(wú)損探傷；無(wú)縫鋼管；超聲波；旋轉(zhuǎn)式AbstractThe significance of this design is to improve the automatic detection of the steel tube, improve t

4、he detect- ion efficiency of steel pipe, and improve the accuracy and efficiency of online testing. First, this paperintroduces this topic research background, characteristics and methods of nondestructive testing technology. Is the main design of seamless steel tube high-speed online ultrasonic fla

5、w detector mechanical transmission part of the host system. The rotation of the probe on the rotation of the spindle, the spindle rotation by three-phase motor drive, considering the probe need to turn smoothly in the process of inspection, rotating force is big, the rotation characteristics of cont

6、inuous, so in between motor and spindle choose more wedge belt. In the process of ultrasonic nondestructive flaw detection, in order to reduce the loss of the ultrasonic flaw detection process, need to use the coupling water, need a variable pump and pipeline equipment to form a water cycle coupling

7、 water supply to meet the inspection process. The ultrasonic flaw detection adopts steel tube level, through the detector, probe revolve around steel tube high speed ultrasonic flaw detection.Keywords:Nondestructive testingSeamless steel pipeUltrasonic Rotary type目 錄摘要IIAbstractIII1 緒論11.1 研究的背景11.1

8、.1 無(wú)損探傷檢測(cè)的特點(diǎn)31.1.2 無(wú)損探傷檢測(cè)方法41.2 研究意義62 總體方案設(shè)計(jì)82.1超聲波無(wú)損探傷的原理82.2旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的原理82.3水循環(huán)系統(tǒng)的原理92.4探頭腔的原理103 機(jī)械部分總體設(shè)計(jì)113.1基本參數(shù)的確定113.1.1. 入射角的確定113.1.2.偏心距的選擇123.1.3.耦合水層深度的選擇133.1.4.超聲波頻率選擇133.2帶的選擇13帶傳動(dòng)13多楔帶的優(yōu)點(diǎn)14帶的強(qiáng)度計(jì)算143.3多楔帶輪的選擇17多楔帶輪17多楔帶輪的3維模擬173.4主軸的設(shè)計(jì)19主軸的扭矩計(jì)算19主軸的剪力和彎矩計(jì)算22主軸的3維模擬243.5潤(rùn)滑方式25潤(rùn)滑25潤(rùn)滑分類26油霧潤(rùn)

9、滑263.6軸承27軸承的概念27軸承的分類27滾動(dòng)軸承的選擇274固定部分及水路設(shè)計(jì)294.1水循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)29水循環(huán)的工作過(guò)程30水循環(huán)的設(shè)計(jì)304.2固定部分的設(shè)計(jì)31電容的固定31主軸的固定32探頭的固定33結(jié)論35致謝36參考文獻(xiàn)37附錄381 緒論1.1 研究的背景鋼管在我國(guó)是得到應(yīng)用廣泛的用材品種之一。鋼管品質(zhì)的高低直接影響到國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)效益以及廣大人員的生命安全。世界各國(guó)都給以非常高的針對(duì)鋼管的質(zhì)量檢測(cè)方法，每個(gè)國(guó)家都研發(fā)了自己的無(wú)損檢測(cè)（NDT）方法，專門用于對(duì)高速鋼管進(jìn)行嚴(yán)格的探測(cè)。根據(jù)國(guó)際AP I-5CT標(biāo)準(zhǔn)，在API-5CT標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鋼管的要求就必須有無(wú)損檢測(cè)，而

10、在線對(duì)鋼管進(jìn)行檢測(cè)的難點(diǎn)就是檢測(cè)的準(zhǔn)確度和生產(chǎn)效率。超聲探傷是無(wú)損檢測(cè)中特殊的一種方法，其優(yōu)點(diǎn)有：超聲波探傷靈敏度高、周期短、效率高、成本低、靈活方便，無(wú)毒無(wú)害等等。所以就要求我們進(jìn)行高速鋼管超聲探傷儀的設(shè)計(jì)！在本論文中，我們采用鋼管快速直線前進(jìn)，探頭高速旋轉(zhuǎn)的方式進(jìn)行探傷，對(duì)于廠房的面積要求比較高。目前，我國(guó)在無(wú)損探傷機(jī)設(shè)備部分的生產(chǎn)方面能力還不夠完善，其大部分主要是靠引進(jìn)外國(guó)國(guó)家的先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)，缺乏一定創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力；尤其是在無(wú)損檢測(cè)的基礎(chǔ)理論研究和儀器設(shè)備開(kāi)發(fā)方面。如果想使用，就得進(jìn)行進(jìn)口，但是進(jìn)口有關(guān)的設(shè)備價(jià)格昂貴，一般企業(yè)是無(wú)法接受的。對(duì)于水壓實(shí)驗(yàn)對(duì)于大口徑鋼管的探傷效率低、勞

11、動(dòng)過(guò)程強(qiáng)度大，有時(shí)由于員工檢測(cè)時(shí)責(zé)任不到位，水壓檢測(cè)就等于沒(méi)有。所以，要實(shí)現(xiàn)對(duì)大口徑無(wú)縫鋼管的探傷已經(jīng)成為冶金行業(yè)非常棘手的課題。水槽式超聲波探傷檢測(cè)即探頭固定不動(dòng)，鋼管旋轉(zhuǎn)前進(jìn)。利用水槽和被檢測(cè)的無(wú)縫鋼管的底部充滿耦合劑的特性，同時(shí)耦合液的厚度保持不變。但考慮到超聲波檢測(cè)存在檢測(cè)不到的盲區(qū)，容易導(dǎo)致檢測(cè)不全，再加上鋼管的進(jìn)給方式使得占用場(chǎng)地過(guò)大，一直是對(duì)此種鋼管的檢測(cè)方法的選擇和推廣有很大的影響。穿過(guò)式線圈渦流探傷是對(duì)高速無(wú)縫鋼管的上表面進(jìn)行無(wú)損探傷的。在使用這種方法的探傷中，鋼管的直徑越大，線圈也就會(huì)越大，對(duì)于探測(cè)過(guò)程中產(chǎn)生的信噪比就越小。又由于這個(gè)原因，鋼管的探傷尺度規(guī)定，使用穿過(guò)式的渦

12、流探傷方法，而對(duì)于大口徑的無(wú)縫鋼管是不能使用。原因是對(duì)于大口徑無(wú)縫鋼管的線圈探傷會(huì)導(dǎo)致無(wú)縫鋼管的磁化，對(duì)鋼管的退磁有很大的難度。無(wú)損探傷方法很多,用途也曾在很多的差異,根據(jù)不同的需求,選擇不同的無(wú)損探傷方法,本次我主要是借助超聲波進(jìn)行無(wú)損探傷,因?yàn)槌暡ㄏ鄬?duì)于其他的來(lái)說(shuō),更加經(jīng)濟(jì)實(shí)用,并且能解決當(dāng)前的問(wèn)題.然而解決當(dāng)前國(guó)內(nèi)鋼管檢測(cè),是目前重要的環(huán)節(jié)之一,同時(shí)也能為工業(yè)設(shè)計(jì)上解決許多關(guān)于無(wú)損探傷檢問(wèn)題,相對(duì)于自己來(lái)說(shuō),也是一次很不錯(cuò)的學(xué)習(xí)和鍛煉的機(jī)會(huì)。目前，我國(guó)的冶金行業(yè)對(duì)于高壓用的無(wú)縫鋼管的檢測(cè)，主要是針對(duì)直徑在以下的規(guī)格，多采用比較傳統(tǒng)的渦流探傷或者水槽式的。對(duì)于大口徑高速鋼管的檢測(cè)普遍采用

13、穿過(guò)式渦流探傷進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)于這樣的檢測(cè)方法，每個(gè)國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)都不一樣。對(duì)鋼管進(jìn)行檢測(cè),主要是通過(guò)運(yùn)輸輥道給鋼管水平速度,其中主要原理是電機(jī)帶動(dòng)滾輪,鋼管放在滾輪上,在通過(guò)滾輪帶動(dòng)鋼管水平移動(dòng).在國(guó)外，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已率先對(duì)這種技術(shù)開(kāi)展了系統(tǒng)深入的研究，尤為在鋼管自動(dòng)化在線質(zhì)量檢測(cè)中得到最為大量大范圍的使用。到目前為止，在線超聲波探傷技術(shù)已經(jīng)發(fā)展為三大類，具體為：（1）超生環(huán)能器固定、待檢測(cè)對(duì)象螺旋運(yùn)動(dòng)的全程掃描技術(shù)。我國(guó)大型的鋼管廠每年都要進(jìn)口一定數(shù)量造價(jià)非常昂貴的高端無(wú)損探傷機(jī)，而且保養(yǎng)過(guò)程非常麻煩。由于這種技術(shù)檢測(cè)原理和相關(guān)設(shè)備結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，在自動(dòng)化在線超聲波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)發(fā)展初期被普遍采用，如

14、圖1-1。此次設(shè)計(jì)的鋼管無(wú)損探傷系統(tǒng)采取的方案是：移動(dòng)吊車將待探傷的光管從存放區(qū)取出擺放到鋼管無(wú)損探傷系統(tǒng)的機(jī)架上面，定位好位置，然后開(kāi)啟探傷系統(tǒng)，探傷裝置探頭對(duì)鋼管進(jìn)行探傷作業(yè)。由于是伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)探傷頭工作，所以運(yùn)動(dòng)可靠，靈活，可以實(shí)現(xiàn)輕松探傷。圖1-1 ECHOGRAPH-PPS系列鋼管自動(dòng)化在線超聲波檢測(cè)系統(tǒng) 圖1-2 ECHOGRAPH-RPT系列鋼管自動(dòng)化在線超聲波檢測(cè)系統(tǒng)這種方式的檢測(cè)道理跟第一種方案相似，再加上待檢測(cè)對(duì)象質(zhì)量大多不能夠進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)，僅有有限的檢測(cè)能力和檢測(cè)效率。如圖1-2，就是采用這個(gè)方案的檢測(cè)系統(tǒng)；（3）超聲換能器旋轉(zhuǎn)，全掃描被測(cè)試鋼管的線性運(yùn)動(dòng)。實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)鋼管

15、的無(wú)損檢測(cè)。因?yàn)橐獧z測(cè)的對(duì)象只能是直線運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)，可以有效地避免由于旋轉(zhuǎn)振動(dòng)影響檢測(cè)性能和檢測(cè)效率大大提高。無(wú)損探傷方法很多,用途也曾在很多的差異,根據(jù)不同的需求,選擇不同的無(wú)損探傷方法,本次我主要是借助超聲波進(jìn)行無(wú)損探傷,因?yàn)槌暡ㄏ鄬?duì)于其他的來(lái)說(shuō),更加經(jīng)濟(jì)實(shí)用,并且能解決當(dāng)前的問(wèn)題。然而攻克現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的鋼管檢測(cè)技術(shù)難關(guān)是目前重要的環(huán)節(jié)之一,因此，該技術(shù)可以滿足高速度、高靈敏度的檢測(cè)要求，是一種高性能自動(dòng)化在線超聲波無(wú)損檢測(cè)手段。如圖1-3所示，為該方案的檢測(cè)系統(tǒng)。圖1-3 ROTA系列鋼管自動(dòng)化在線超聲波無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)在探傷領(lǐng)域里面，大口徑的鋼管一般指的是是外圈直徑大于160mm的鋼管。

16、而大口徑高速鋼管主要是石化等行業(yè)的重要鋼管用材。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)在高速無(wú)縫鋼管的需求會(huì)急速的增長(zhǎng)，并有顯著的大口徑化的趨勢(shì)。尤其是有特殊要求的油井管和高壓鍋爐管，它們質(zhì)量的高低將對(duì)這些行業(yè)的發(fā)展有很大的影響，伴隨著國(guó)家對(duì)于能源有關(guān)方面的措施的加大，將成為一個(gè)熱點(diǎn)話題，而對(duì)于有關(guān)的無(wú)損檢測(cè)也是一個(gè)亟待解決的重大問(wèn)題。 無(wú)損探傷檢測(cè)的特點(diǎn)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)主要用于未知工藝缺陷的檢驗(yàn)。它是對(duì)破壞性檢驗(yàn)的補(bǔ)充和完善。概括起來(lái),無(wú)損探傷檢測(cè)的特點(diǎn)是：非破壞性、互容性、動(dòng)態(tài)性、嚴(yán)格性以及檢測(cè)結(jié)果的分歧性等。無(wú)損檢測(cè)定義：在不損壞試件的條件下，以物理或化學(xué)方法為手段，借助先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備器材，對(duì)試件的內(nèi)部及表

17、面的結(jié)構(gòu)，性質(zhì)，狀態(tài)進(jìn)行檢查和測(cè)試的方法。 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量具有很高的意義，下面總結(jié)無(wú)損檢測(cè)的目的和應(yīng)用特點(diǎn)：無(wú)損檢測(cè)的目的:1 保證產(chǎn)品質(zhì)量 2 保障使用安全3 降低生產(chǎn)成本4 改進(jìn)制造工藝無(wú)損檢測(cè)的應(yīng)用特點(diǎn):1 用無(wú)損檢測(cè)可以確保產(chǎn)品質(zhì)量合格率高2 方便加工，縮短工藝3 保障加工過(guò)程的安全，利用聲音檢測(cè)4 大大的降低了生產(chǎn)的成本1.1.2 無(wú)損探傷檢測(cè)方法無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展極大的推動(dòng)了冶金、工業(yè)等工業(yè)發(fā)展。檢測(cè)方法的提高，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量以及為大眾安全。無(wú)損探傷檢測(cè)方法有很多種，跟據(jù)專家經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研究調(diào)查以及分析論證，無(wú)損探傷的檢測(cè)方法被分為六大類大約七十余種?，F(xiàn)實(shí)生產(chǎn)生活中比較常用

18、的方法有如下幾種：常規(guī)無(wú)損檢測(cè)方法有： 超聲檢測(cè)（UT）；1 檢測(cè)的方法分類：（1）超聲探傷檢測(cè)（2）超聲測(cè)厚檢測(cè)（3）超聲測(cè)品度檢測(cè)等超聲探傷檢測(cè)原理：利用發(fā)射超聲波，對(duì)其檢測(cè)表面進(jìn)行掃描，通過(guò)振動(dòng)脈沖反射頻率，看波形圖變化判斷垂直探傷發(fā)：通過(guò)電發(fā)出信號(hào)到晶體片上，對(duì)鋼材檢測(cè)時(shí)，以5900米每秒的速度傳輸，當(dāng)有問(wèn)題時(shí)，一部分返回到晶體上，另一部分繼續(xù)傳播。斜射探傷：原理類似，超聲波主要是斜射的，而且沒(méi)有底面回波。2 特點(diǎn)：（1）對(duì)表面檢測(cè)，檢測(cè)的效率很高（2）檢測(cè)的范圍廣，速度快（3）檢測(cè)出來(lái)的結(jié)果準(zhǔn)確（4）對(duì)檢測(cè)的樣品沒(méi)有任何的傷害（5）檢測(cè)細(xì)，定位好等特點(diǎn) 射線檢測(cè)（RT）；（1）原理：

19、利用x射線管，通過(guò)陰陽(yáng)極變化，對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。（2）特點(diǎn)：1）利用x射線管檢測(cè)出來(lái)的結(jié)果可以直接記錄下來(lái)，像照片一樣可以打印下來(lái)直接看。2） 從照片中能夠清楚的看到缺陷部分，定位很準(zhǔn)確3） 適用的范圍廣4 ）射線對(duì)人的身體有傷害5）用這種方法檢測(cè)所需要的費(fèi)用大6 ）對(duì)一些特殊的位置檢測(cè)的效果差，例如角焊縫處等特點(diǎn) 磁粉檢測(cè)（MT）；1 原理：利用磁場(chǎng)發(fā)射磁力線，通過(guò)對(duì)磁力線分析，磁力線受到阻礙的部分都是有缺陷的部分。然后再這個(gè)表面撒上磁粉，對(duì)于不能檢測(cè)到的磁場(chǎng)就會(huì)吸收磁粉，形成和缺陷一樣的形狀，從而就可以達(dá)到檢測(cè)效果。2 特點(diǎn)：1) 一般用在有磁力的材料進(jìn)行探傷，例如鋼鐵等2）只能進(jìn)行表面檢測(cè)，

20、很難對(duì)內(nèi)部進(jìn)行檢測(cè)。3）檢測(cè)的效果好，對(duì)一些很細(xì)小的部分都能夠檢測(cè)出來(lái)。4）用這種檢測(cè)所需要的費(fèi)用少5）對(duì)檢測(cè)樣品的表面形狀有要求，有的難以檢測(cè)，因?yàn)橛行┎蝗菀状呕?滲透檢驗(yàn)（PT）；（1）適用的范圍廣，對(duì)一些復(fù)雜的樣品也可以進(jìn)行檢測(cè)。（2）對(duì)樣品的表面要求不低，而且必須不能粗糙。（3）檢測(cè)的過(guò)程復(fù)雜，效率低。（4）不能檢測(cè)一些有孔的材料。（5）檢測(cè)的設(shè)備要求不用很高，普通設(shè)備就可以。（6）檢測(cè)需要的費(fèi)用高（材料費(fèi)高）（7）很多檢測(cè)的材料是有毒并且容易燃，對(duì)身體有害。 渦流檢測(cè)（ET）；1 原理：渦流的方向和交流電的方向相反的，通過(guò)電生磁，在通過(guò)磁發(fā)出磁力線，之后檢測(cè)與x射線相似，但最后是通

21、過(guò)電流的變化，來(lái)判斷渦流的變化，從而達(dá)到檢測(cè)的效果。2 特點(diǎn)：1） 對(duì)絕大部分的導(dǎo)電的材料都適用。2） 對(duì)表面檢測(cè)的效果好。3） 檢測(cè)的效率高。4） 不易用于檢測(cè)復(fù)雜的的樣品。5） 受周圍環(huán)境影響比較大，受信號(hào)干擾等。6） 不適用于不能導(dǎo)電的材料。7） 對(duì)很細(xì)小的部分不容易檢測(cè)到。8） 檢測(cè)出來(lái)的結(jié)果不能用圖直觀的觀察。非常規(guī)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)有： 1 聲發(fā)射(AE)；2 泄漏檢測(cè)（UT）； 3 光全息照相；4 紅外熱成象；5 微波檢測(cè)；這些方法對(duì)于無(wú)損檢測(cè)都具有跨時(shí)代的意義，但是不是每一種都是萬(wàn)能的，所以一般采用多種無(wú)損檢測(cè)方法同時(shí)使用，以保證檢測(cè)的質(zhì)量。而本論文主要以超聲波檢測(cè)方法為主要方法，采

22、用探頭高速旋轉(zhuǎn)，鋼管直線前進(jìn)，對(duì)鋼管進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。1.2 研究意義機(jī)械工業(yè)所覆蓋的范圍廣泛,在如今的社會(huì),隨處可見(jiàn),其中關(guān)于鋼管方面,在工業(yè)中應(yīng)用廣泛,但是對(duì)其都有特殊的要求,因此,對(duì)鋼管表面和內(nèi)部檢測(cè)是必須要經(jīng)過(guò)的過(guò)程之一,為了滿足工業(yè)要求,所以有了本次的課題。特別是隨著鋼管生產(chǎn)的規(guī)?；?、使用環(huán)境的復(fù)雜化和鋼管的大型化等方向飛速發(fā)展，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)更加體現(xiàn)其重要性和迫切性，病且對(duì)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)提出了更加詳細(xì)，準(zhǔn)時(shí)檢測(cè)，高度全自動(dòng)化的技術(shù)要求。目前，盡管無(wú)損檢測(cè)的方法很多，但是以后隨著超聲波無(wú)損探傷技術(shù)的可靠性不斷發(fā)展提高，再加上系統(tǒng)的各個(gè)方面，比如安全，自動(dòng)化程度等，具有其他方法難以匹敵的優(yōu)勢(shì)。

23、因此，把鋼管、軸類等材料為檢測(cè)對(duì)象，進(jìn)行高性能的自動(dòng)化在線無(wú)損探傷檢測(cè)理論和技術(shù)的研究，賦予其高可靠、實(shí)時(shí)性高，和定量化檢測(cè)能力高，具有十分的理論意義和實(shí)際價(jià)值。高速鋼管自動(dòng)超聲波檢測(cè)技術(shù)在超聲環(huán)之間的裝置和被測(cè)物體做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，螺旋掃描的基礎(chǔ)上，利用高速A/D將超聲波反射回波信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并經(jīng)實(shí)時(shí)處理分析后，完成壁厚、內(nèi)外直徑、缺陷以及其他類型方面的自動(dòng)檢測(cè)。連續(xù)十幾年,我國(guó)已經(jīng)保持世界第一粗鋼生產(chǎn)大國(guó)的地位，伴隨著產(chǎn)量逐年不斷的上升，各國(guó)對(duì)高速無(wú)縫鋼管的性能和質(zhì)量的要求也越來(lái)越高，特別是在無(wú)縫鋼管無(wú)損探傷領(lǐng)域，超聲波檢測(cè)是目前應(yīng)用最廣泛的，使用高頻率的超聲波無(wú)損檢測(cè)，本方法具有更快的無(wú)

24、損檢測(cè)技術(shù)，而超聲波探傷儀是保證無(wú)縫鋼管質(zhì)量的有利機(jī)械，但是隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，研發(fā)一套高速鋼管無(wú)損探傷檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)于我國(guó)的冶金自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展有非常大的現(xiàn)實(shí)意義。無(wú)損探傷方法很多,用途也曾在很多的差異,根據(jù)不同的需求,選擇不同的無(wú)損探傷方法,本次我主要是借助超聲波進(jìn)行無(wú)損探傷,因?yàn)槌暡ㄏ鄬?duì)于其他的來(lái)說(shuō),更加經(jīng)濟(jì)實(shí)用,并且能解決當(dāng)前的問(wèn)題.然而解決當(dāng)前國(guó)內(nèi)鋼管檢測(cè),是目前重要的環(huán)節(jié)之一,同時(shí)也能為工業(yè)設(shè)計(jì)上解決許多關(guān)于無(wú)損探傷檢問(wèn)題,相對(duì)于自己來(lái)說(shuō),也是一次很不錯(cuò)的鍛煉。對(duì)于在此方面的研究有很大困難，對(duì)于技術(shù)部分的提升是一個(gè)很好的研究方向。2 總體方案設(shè)計(jì)2.1超聲波無(wú)損探傷的原理這節(jié)里介

25、紹目前應(yīng)用最多的通過(guò)反射法來(lái)獲取被測(cè)物體內(nèi)部特征的探傷方法。反射法的基本原理是超聲波在通過(guò)不同聲阻抗組織界面時(shí)會(huì)發(fā)生較強(qiáng)的反射，正如我們所知道的那樣，聲波從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)的時(shí)候在兩者接觸的界面會(huì)發(fā)生反射，而求這兩種介質(zhì)之間的差別越大，反射也越大，基于這個(gè)原理，我們可以對(duì)一個(gè)物體發(fā)出一道沿直線傳播且穿透力強(qiáng)的超聲波，然后對(duì)反射回來(lái)的超聲波進(jìn)行接收，并且根據(jù)反射回來(lái)的超聲波的先后、幅度等情況進(jìn)行判斷，就可以知道這個(gè)物體的內(nèi)部組織、介質(zhì)大小、分布情況及對(duì)比差別程度，（其中反射回來(lái)的超聲波的先后反映出反射界面離探測(cè)表面的距離，幅度則反映出介質(zhì)的大小、對(duì)比差別程度等特性）從而可以對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行

26、判斷，是否有異常。圖2-1超聲波無(wú)損探傷原理圖如圖2-1所示通過(guò)電路產(chǎn)生激勵(lì)電信號(hào)傳輸?shù)教筋^上，探頭透過(guò)壓電效應(yīng)產(chǎn)生超聲波，入射波射入到鋼管中，在鋼管中碰到缺陷時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)反射波，探頭接收反射回來(lái)的超聲波，接收到反射波的同時(shí)，通過(guò)壓電效應(yīng)產(chǎn)生電信號(hào)并傳送給信號(hào)處理系統(tǒng)，通過(guò)一系列的分析，最后形成圖像讓人們觀察和判斷。 2.2旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的原理旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)在整個(gè)設(shè)計(jì)當(dāng)中是個(gè)重要部分，它的設(shè)計(jì)關(guān)系到整個(gè)裝置的運(yùn)行，它的工作原理如下。圖2-2旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的原理圖如圖2-2所示，電機(jī)旋轉(zhuǎn)通過(guò)多楔帶傳遞到主軸上的帶輪上，帶動(dòng)整個(gè)主軸旋轉(zhuǎn)，軸承起個(gè)支撐作用。在主軸旋轉(zhuǎn)的同時(shí)利用了電容的隔直同交的這個(gè)特性，在固定電容和

27、旋轉(zhuǎn)電容之間傳遞電流。在鍵里排布了電纜用來(lái)連接2個(gè)旋轉(zhuǎn)電容之間的電流傳遞。2.3水循環(huán)系統(tǒng)的原理?yè)Q能器發(fā)射的超聲波在被檢物中傳播且返回需穿過(guò)幾個(gè)不同聲阻抗（密度和聲速的乘積）的界面，聲阻抗的不匹配造成聲反射時(shí)的能量損失，若在聲程中存在空氣，這種能量損失是非常大的，那么在探傷的同時(shí)就需要用到耦合水來(lái)減少這種能量損失。圖2-3水循環(huán)系統(tǒng)的簡(jiǎn)圖如圖2-3所示，耦合水由入水口進(jìn)入到水箱，然后通過(guò)水箱下方的2個(gè)出水口排出耦合水，再經(jīng)過(guò)過(guò)濾器1把耦合水中的雜質(zhì)去掉，再通過(guò)變量泵抽取，在過(guò)濾器2下進(jìn)一步把雜質(zhì)去掉，再把耦合水送到水箱，完成一次循環(huán)。2.4探頭腔的原理探頭腔是整個(gè)探傷機(jī)中的重要組成部分，它是把

28、主軸與探頭之間相聯(lián)系起來(lái)的重要紐帶，而且有了探頭腔的存在，就可以改變探頭的在徑向方向上的位置了，達(dá)到測(cè)試不同管徑的要求。圖2-4探頭腔的原理圖如圖2-4所示，先松開(kāi)固定裝置2，再通過(guò)扳動(dòng)扳手1，齒輪5就可以旋轉(zhuǎn)了，在此輪旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，8個(gè)無(wú)損探頭3就開(kāi)始沿著弧形通道4移動(dòng)。探頭這樣同時(shí)移動(dòng)就縮減了相互之間的距離，也就是可以探測(cè)的鋼管的直徑縮小了，通過(guò)這種方法來(lái)改變探傷的直徑。結(jié)論本文在對(duì)無(wú)縫鋼管在線高速超速探傷儀主機(jī)系統(tǒng)的功能和要達(dá)到的性能指標(biāo)進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，主要完成了探傷主機(jī)的轉(zhuǎn)子部分的設(shè)計(jì)，給出了相關(guān)的設(shè)計(jì)原理和實(shí)現(xiàn)策略，針對(duì)現(xiàn)有設(shè)備存在的不足之處進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，利用三相電機(jī)經(jīng)過(guò)多楔帶帶動(dòng)

29、探頭旋轉(zhuǎn)，使系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)精度得到了提高，同時(shí)在設(shè)計(jì)過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)了存在的諸多技術(shù)難點(diǎn)。無(wú)損探傷檢測(cè)技術(shù)在冶金，石化等工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛而關(guān)鍵的應(yīng)用，所以提高無(wú)損檢測(cè)的效率能夠極大地推動(dòng)工業(yè)的發(fā)展。本設(shè)計(jì)針對(duì)鋼管檢測(cè)領(lǐng)域選擇了借助超聲波進(jìn)行無(wú)損探傷，有著經(jīng)濟(jì)實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)，也給其它無(wú)損探傷問(wèn)題提供了借鑒。對(duì)我來(lái)說(shuō)，這次設(shè)計(jì)是一次很深刻的鍛煉，從最開(kāi)始的選題，定稿，查資料，到最后的查重，一步一步的深入，讓我深刻的體會(huì)到了做科研的艱難，更讓我學(xué)會(huì)了如何解決問(wèn)題，提高了主觀能動(dòng)性。致謝參考文獻(xiàn)1 趙元吉等.機(jī)械制造工藝學(xué).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1989；2 孟少農(nóng)等.機(jī)械加工工藝手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，199

30、8；3 Brunel.Ultrasonics:Methods and Applications.England：BUTTERWORTHS，1971；4 應(yīng)崇富等.超聲學(xué).北京：科學(xué)出版社，1990；5 朱龍根等.簡(jiǎn)明機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001；6 馮若等.超聲手冊(cè).南京：南京大學(xué)出版社，1999；7 邱宣懷.機(jī)械設(shè)計(jì).北京：高等教育出版社，2010；8 劉鴻文.材料力學(xué).北京：高等教育出版社，2009；9 陳?？?機(jī)械基礎(chǔ).北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2006；10 周長(zhǎng)城.液壓與液力傳動(dòng).北京：北京大學(xué)出版社，2010；11.Hindhede，zimmerman,Ho

31、pkins,et al. Machine Design FundamentalsA Pratical Approach，John Wiley &Sons,198312. (德) 弗羅尼斯主編. 設(shè)計(jì)學(xué)機(jī)械零件. 王汝霖等譯.198813. 鄭林慶 . 摩擦學(xué)原理 . 199414.李如松.鋼管無(wú)損探傷系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀與展望. 中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)1994年第4期。15.李明.移動(dòng)鋼管無(wú)損探傷系統(tǒng)設(shè)計(jì).制造技術(shù)與機(jī)床2005年第7期。16.李杜莉，武洪恩，劉志海.鋼管無(wú)損探傷系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析. 煤礦機(jī)械2007年2月17.成大先主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第三版）.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1994。附

32、錄附表一工 況原 動(dòng) 機(jī) 類 型交流電動(dòng)機(jī)（普通轉(zhuǎn)矩、鼠籠式、同步、分相式），直流電動(dòng)機(jī)（并激），內(nèi)燃機(jī)交流電動(dòng)機(jī)（大轉(zhuǎn)矩、大轉(zhuǎn)差率、單相、滑環(huán)式、串激），直流電動(dòng)機(jī)（復(fù)激）每天連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)6h每天連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)>616h每天連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)>1624h每天連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)6h每天連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)>616h每天連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)>1624h液體攪拌器；鼓風(fēng)機(jī)和排氣裝置；離心泵和壓縮機(jī)；功率在7.5kW一下（含7.5kW）的風(fēng)扇；輕型輸送機(jī)11.11.21.11.21.3帶式輸送機(jī)（砂子、塵物等）；和面機(jī)；功率超過(guò)7.5kW的風(fēng)扇；發(fā)電機(jī)；洗衣機(jī)；機(jī)床；沖床、壓力機(jī)、剪床；印刷機(jī)；往復(fù)式震動(dòng)篩；正排量旋轉(zhuǎn)泵1.11

33、.21.31.21.31.4制磚機(jī)；斗式提升機(jī)；激磁機(jī)；活塞式壓縮機(jī)；輸送機(jī)（鏈板式、盤式、螺旋式）；鍛壓機(jī)床；造紙用打漿機(jī)；柱塞泵；正排量鼓風(fēng)機(jī)；粉碎機(jī)；鋸床和木工機(jī)械1.21.31.41.41.51.6破碎機(jī)（旋轉(zhuǎn)式、顎、，滾動(dòng)式）；研磨機(jī)（球式、棒式、圓筒型式）；起重機(jī)；橡膠機(jī)械（壓光機(jī)、模壓機(jī)、軋制機(jī)）1.31.41.51.61.61.8節(jié) 流 機(jī) 械222222附表二槽型PJPLPM2075180附表三槽型PJPLPM1.234附表四帶 輪 直 徑 系 列PJPLPM20180755001802520080560200282129063021231.52249571022433.52

34、3610075023635.525010625037.52651122654028011828042.53001253004513231547.51403555015037553160400561704256018045063200475712125007522456080236600902506309526571010028075010630080011231585011833590012535510001323751120140400150425160450170470附表五長(zhǎng) 度 系 列PJPLPM450125022404751320236050014002500560150026506

35、301600280071017003000750180031508001900335085020003550900212037509502240400010002360425010602500450011202650500012502800560013203000630014003150670015003350710016003550800017003750900018004000100001900425011200200045001250021204750132002240500014000236053001500025005600160006000附表六有 效 長(zhǎng) 度PJ45050058&

36、gt;500750810>75010001011>100012501113>125015001314>150018001617>180020001818>200025001919PL125015001622>150018001922>180020002224>200022402524>224025002925>250030003427>300040004029>400050005134>500060006035PM224025002938>250030003440>300040004042>4

37、00050005146>500060006048>600067007654>670085009260>85001000010467>100001180013473>118001600016886附表七 小帶輪包角 包角修正系數(shù) 小帶輪包角 包角修正系數(shù)18011330.851770.991300.841740.981270.831710.971250.811690.971200.81660.961170.791630.951130.771600.941100.761570.931060.751540.921030.731510.91990.721480.9950.71450.89910.681420.88870.661390.87830.841360.86附表八 有 效 帶 長(zhǎng) 帶 長(zhǎng) 修 正 系 數(shù)PJPLPM4500.785000.796300.837100.858000.879000.8910000.9111200.9312500.960.8514000.980.8716001.010.8918001.020.9120001.040.930.8523601.080.960.8625001.090.960.8726500.980.