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1、中厚板材超声波自动探伤仪的研制 常凤筠 崔旭东3 陈世鸿 丁丕显 张雅静 (鞍山钢铁学院,鞍山 114002) 摘 要 主要介绍中厚板材探伤需解决的问题及对探伤仪的特殊要求,提出实现中厚板探伤 的方法。 主题词 超声波探伤仪 超声检验 钢板 硬件 软件 DEVELOPM ENTOF THE AUTOMATIC ULTRASONIC DETECTOR FORM ED IAN AND THICK STEEL PLATES Chang Fengjun Cui Xudong3 Chen Shihong D ing Pixian Zhang Yajing (A nshan Institute of Ir
2、on and Steel Technology) Abstract The requirements of median and thick steel plates for ultrasonic flaw detector are discussed. Software and hardware have been designed to meet the requirements of the inspection. Keywords U ltrasonic flaw detector U ltrasonic inspection Steel plate Hardware Software
3、 1 中厚板材探伤对超声波探伤仪要求 对中厚板材进行超声波自动探伤,有几个问题 需要解决,即 中厚板材探伤必须用多探头同时进 行,这时探头本身的探伤灵敏度很难做到一致,各通 道的放大倍数必须能自动校正,以使各通道的探伤 灵敏度做到一致。 中厚板材探伤一般都采用双晶 探头或直探头,同一探头对不同深度、 同样大小的缺 陷,反射回来的缺陷波大小不同,为了准确判定板材 中缺陷的大小,必须有声程补偿电路。 在线探伤 所探钢板规格经常变化,超声波探伤仪必须具有自 动设定探伤闸门和底波闸门的能力。 仪器必须能 按国标进行缺陷判定。 2 探伤灵敏度自动校正 如图1所示,探伤灵敏度自动校正在微处理机 的控制下完
4、成,多通道探伤是分时工作的,探伤时, 在触发某一通道之前,先设该通道的探伤灵敏度,回 波经过电子开关控制的衰减器完成灵敏度的设定。 探伤灵敏度的校正必须能自动完成,在校准样 板下,各探头同时进行校正,把探伤闸门推到底波处 逐渐加大各自通道的探伤灵敏度,直到底波达到某 3鞍钢职工大学 图1 探伤灵敏度设定原理 一水平(如可视屏的一半)之后,灵敏度再加10dB, 作为探伤灵敏度。 3 闸门自动跟踪 超声波自动探伤仪的闸门产生电路如图2所 示。 超声波的闸门不能只用微处理机程序实现,因为 闸门的前后沿定时在0. 1s级,只能用程序预设,用 硬件实现其定时。 即在探伤周期开始之前,对同步计 数器预置一
5、个数,该数为延时时间的补码,同步计数 器的最高位预置为1,在探伤周期开始时开始记数, 在同步计数器计数溢出时停止记数。溢出时刻就是 闸门的一个沿,通过设定不同的预置值,形成超声波 642 第22卷第6期 2 0 0 0年6月 无损检测 NDT Vol . 22 No. 6 June 2 0 0 0 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 标准搜搜网 提供各类标准行业资料免费下载 图2 闸门产生电路 自动探伤仪的两个闸门。 由于板材的实际厚度和标准厚度可能有偏差, 超声波探头的延迟块声程也可
6、能不尽相同,因此在 自动探伤开始之前,探伤闸门和底波闸门要先完成 自动跟踪。 自动跟踪的过程是,根据检测到的底波位置,确 定缺陷波闸门的位置,先将探伤闸门推到底波位置, 然后两个闸门一起前移,一直移到检测不到底波为 止,在此基础上再前移1mm ,以此确定探伤闸门的 后沿,再由所探板材的标准厚度得到探伤闸门的前 沿,而底波闸门的前沿在探伤闸门的后沿之后 0. 5mm ,底波闸门的宽度有5mm声程即可。记录跟 踪的数据,探伤时即可按这些数据设定闸门。 4 DAC自动补偿 不同深度缺陷的双晶探头探伤灵敏度特性曲线 如图3所示。 图3 双晶探头特性曲线 以下两种解决方案可使处在不同深度的同样大 小的缺
7、陷有同样的评定标准,一是使缺陷判定门限 随声程而变化,二是使通道的灵敏度随声程而变化, 使整个通道的综合灵敏度不随声程而改变。我们采 用后一种方案,具体方案如图4所示。 图4中存储器的地址高位是被控的通道号,低 位是回波的声程,回波的声程由声程计数器提供,而 通道号由CPU预设,存储器中存储的是不同通道 图4 DAC自动补偿电路 不同声程下的衰减dB数,用以控制电子开关,回波 信号经过衰减网络和电子开关之后得到修整,修整 后的回波信号将与声程无关。 5 缺陷判定电路 GB?T2970- 1991中厚板超声波检验方法的测 定与评定标准中规定,在检验时,若用双晶探头,用 图5所示的试块或用同厚度的
8、钢板,将第一次底波 高度调整到满刻度的50% ,再提高10dB作为检验 灵敏度,这就是我们对检验灵敏度进行校正的依据。 在以后的检验过程中保持其灵敏度不变。国标对缺 陷的检测标准规定,满足以下三项中一项,即可判为 有缺陷。 (1)缺陷第一次反射波F1波高大于或等于满 刻度的50%。 (2)当底面(或端部)第一次反射波B1波高未 达到满刻度的,缺陷第一次反射波F1波高大于底波 第一次反射波B1的50%。 (3)当底面(或板端部)第一次反射波B1消失 或低于满刻度的50%。 对应于每项规定,要有一个判定电路来判定缺 陷,实现第一项规定的电路如图6所示。 回波与门限(如视屏的50% )相比较,在缺陷
9、闸 门出现的条件下,去触发RS触发器,如果RS触发 器置位就可判为有缺陷。 缺陷判定标准第二项的实现电路如图7所示, 742 常凤筠等:中厚板材超声波自动探伤仪的研制 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 标准搜搜网 提供各类标准行业资料免费下载 图5 双晶探头检验用试块 图6 判定F1是否大于某一门限电路 图7 缺陷的第一次反射波F1波高大于底波 第一次反射波B1的50%的判定电路 该项标准可以不加前提条件底波第一次反射波 未达到满刻度。 因为如果达到满刻度的,满足第二项 判据,这就自
10、然满足第一项判据。 这个电路的原理是,缺陷判定之前,先把RS触 发器置为1,当底波的第一次反射波波高的50%大 于缺陷波的第一次反射波的波高时,清除该RS触 发器,即该判据不成立。否则,缺陷波的第一次反射 波的峰值大于底波的第一次反射波波高的50% ,RS 触发器不能置0,即判为有缺陷。 图8 底波第一次反射波的波高小于规定值的判定电路 实现国标缺陷判定第三项规定的电路图如图8 所示。 该判定的实现方法是,先把RS触发器置位为 1,在检测周期内,如果底波波高出现大于规定值的 情况, RS触发器清 0 。CPU检查RS触发器的状 态,可以判定是否符合第三项判据。 6 程序控制与逻辑控制的结合 由
11、于超声波发射到一次缺陷判定的周期比较 短,完全用程序完成定时控制有较大的困难,因此, 我们采用程序控制与逻辑控制相结合的方法实现探 伤。 一次探伤过程分为两个周期完成,一是参数预置 周期T1,二是探伤执行周期T2,如图9所示。 图9 探伤的参数预置周期和执行周期 我们规定T1=T2= 50s, CPU必须在50s内 完成上一次探伤结果的读取和清除及下一通道参数 的预置,而在执行周期内,由硬件逻辑完成。 上述超声波自动探伤仪的各个环节,均在仪器 上逐项实现,都已达到预想的效果。 参考文献 1 何立民. M CS251系列单片机应用系统设计.北京:北京 航空航天大学出版社, 1993. 50- 4
12、00 2 阎 石.数字电子技术基础.北京:高等教育出版社, 1981. 190- 217 3 全国锅炉压力容器无损检测人员资格鉴定考核委员会编 写组.超声波探伤.北京:劳动人事出版社, 1989. 65- 135 4 北京市技术交流站.超声波探伤原理及其应用.北京:机 械工业出版社, 1982. 118- 150 5 克劳特克洛德J著,李靖等译.超声波检测技术.广州:广 东科技出版社, 1984. 262- 281 收稿日期: 2000202201 842 常凤筠等:中厚板材超声波自动探伤仪的研制 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 标准搜搜网 提供各类标准行业资料免费下载