隨著不銹鋼管生產(chǎn)率和質(zhì)量要求的不斷提高，不銹鋼管漏磁檢測(cè)的速度與精度不斷面臨新的挑戰(zhàn)。由于可靠性高、穩(wěn)定性好以及制造維護(hù)成本低，基于鋼管螺旋前進(jìn)的檢測(cè)方式獲得了廣泛應(yīng)用。這里介紹一套適用于直徑為ф112～φ365mm的不銹鋼無(wú)縫鋼管及不銹鋼焊管的自動(dòng)化漏磁檢測(cè)設(shè)備。為適應(yīng)管徑變化范圍，有效避免不銹鋼管在傳輸過(guò)程中的繞動(dòng)、擺動(dòng)和跳動(dòng)對(duì)檢測(cè)信號(hào)的影響和對(duì)探頭的沖擊，并實(shí)現(xiàn)檢測(cè)速度的合理匹配，綜合分析檢測(cè)的多種運(yùn)動(dòng)形式，本方案選擇已廣泛使用的鋼管螺旋前進(jìn)，縱、橫向探頭主動(dòng)張合，縱、橫向探頭為條狀探靴檢測(cè)的掃查形式，可實(shí)現(xiàn)高精度、無(wú)漏檢的高效檢測(cè)。其中對(duì)輥輪角度固定不變，不同鋼管直徑對(duì)應(yīng)的螺距發(fā)生變化。
一、檢測(cè)工藝描述
不銹鋼管漏磁檢測(cè)是鋼管自動(dòng)化生產(chǎn)線中比較靠后的工藝環(huán)節(jié)。鋼管生產(chǎn)過(guò)程包括：軋制、調(diào)質(zhì)、定尺、矯直、吹吸灰、檢測(cè)、打標(biāo)、測(cè)長(zhǎng)和稱重，最后打包成捆出廠。
在漏磁檢測(cè)過(guò)程中，鋼管主要經(jīng)歷上料、旋轉(zhuǎn)前進(jìn)、檢測(cè)、噴標(biāo)、退磁和下料六個(gè)階段。
（1）上料 鋼管從上料臺(tái)架經(jīng)上料機(jī)構(gòu)翻到輥輪上。
（2）旋轉(zhuǎn)前進(jìn) 輥輪帶動(dòng)鋼管旋轉(zhuǎn)前進(jìn)。
（3）檢測(cè) 縱、橫探頭對(duì)鋼管進(jìn)行全覆蓋掃查。
（4）噴標(biāo) 對(duì)疑似缺陷的位置進(jìn)行標(biāo)記。
（5）退磁 將鋼管中的剩磁消除。
（6）下料 鋼管從輸送輥輪上卸到出料臺(tái)架上。
二、設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)
設(shè)備型號(hào)：EMT-P112／365
設(shè)備包括檢測(cè)主機(jī)系統(tǒng)和檢測(cè)輔機(jī)系統(tǒng)。
1）檢測(cè)主機(jī)系統(tǒng)包含縱向內(nèi)外傷檢測(cè)主機(jī)系統(tǒng)、橫向內(nèi)外傷檢測(cè)主機(jī)系統(tǒng)、退磁器、檢測(cè)信號(hào)處理系統(tǒng)、氣動(dòng)壓緊機(jī)構(gòu)、噴標(biāo)器、標(biāo)定器等。
2）檢測(cè)輔機(jī)系統(tǒng)包含傳送對(duì)輥輪、變頻調(diào)速系統(tǒng)、安全擋板、風(fēng)刀脫水機(jī)構(gòu)以及上料、下料機(jī)構(gòu)等。
漏磁檢測(cè)系統(tǒng)工藝布置如圖6-1所示。
不銹鋼管漏磁檢測(cè)系統(tǒng)的具體要求包括：漏報(bào)率：0％，誤判率：≤2％。檢測(cè)的缺陷包括：內(nèi)表面橫向缺陷、內(nèi)表面縱向缺陷、外表面橫向缺陷、外表面縱向缺陷、外表面斜向缺陷及孔洞等。而且，要求對(duì)檢測(cè)的鋼管分選出合格品和不合格品。
設(shè)備主要性能指標(biāo)如下：
1）設(shè)備檢測(cè)的鋼管范圍：在Φ112～φ365mm的大綱列出的外徑規(guī)格鋼管。
2）檢測(cè)設(shè)備應(yīng)滿足以下標(biāo)準(zhǔn)。
產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)：
API SPEC 5CT第9版《美國(guó)石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)-套管和油管規(guī)范》，2012年。
ISO 11960-2014《石油和天然氣工業(yè)-油氣井套管或油管用鋼管》。
API SPEC 5L第44版《美國(guó)石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)-管線管規(guī)范》，2008年。
漏磁檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)：
ISO 10893-3-2011《鋼管的無(wú)損檢測(cè) 第3部分：用于縱向和／或橫向缺陷探測(cè)的無(wú)縫和焊接鐵磁性鋼管（埋弧焊除外）自動(dòng)全周邊磁漏檢測(cè)》
ASTM E570-2009《鐵磁性鋼管制品漏磁通量檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)推薦操作法》
GB／T 12606-1999《鋼管漏磁探傷方法》
參考標(biāo)準(zhǔn)：
YB／T 4083-2011《鋼管自動(dòng)渦流探傷系統(tǒng)綜合性能測(cè)試方法》
3）缺陷位置分辨精度：軟件具備噴槍與缺陷之間的選擇功能。設(shè)備配備4支噴槍，其基本功能為：縱向外傷、縱向內(nèi)傷、橫向外傷和橫向內(nèi)傷。自動(dòng)對(duì)報(bào)警缺陷進(jìn)行噴標(biāo)，沿鋼管軸向偏差≤±50mm。
4）縱、橫向缺陷檢測(cè)靈敏度要求（表6-1）：
外表面橫向深度（含焊縫部位）為壁厚5％的人工刻槽缺陷。
外表面非焊縫部位縱向深度為壁厚5％的人工刻槽缺陷。
外表面焊縫部位縱向深度為壁厚10％的人工刻槽缺陷。
內(nèi)表面焊縫部位橫向、縱向深度為下列非焊縫部位橫向、縱向深度的1.5倍。
內(nèi)表面非焊縫部位縱向、橫向深度標(biāo)準(zhǔn)：壁厚≤8mm時(shí)，縱向、橫向深度為5％壁厚的人工刻槽缺陷，其余執(zhí)行 ISO 10893-3-2011 標(biāo)準(zhǔn)的要求：縱向、橫向人工刻槽長(zhǎng)度25mm。
斜向外傷：長(zhǎng)度為50mm，深度為N10（缺陷深度占壁厚的10％），方向縱向偏＜45°。
能夠按照校驗(yàn)樣管上的內(nèi)外人工刻槽自動(dòng)區(qū)分內(nèi)外缺陷。
其中：①. 內(nèi)外表面刻槽寬度不大于槽深；②. 外表面槽深值最小為0.3mm；③. 內(nèi)表面槽深值最小為0.4mm，槽深值最大為3.0mm。
5）孔洞檢測(cè)靈敏度：φ1.6mm通孔（包括焊縫部位）。
6）內(nèi)外傷區(qū)分準(zhǔn)確率：90％。
7）誤判率：≤2％。
8）漏報(bào)率：0％。
9）端部盲區(qū)：縱向檢測(cè)裝置管端盲區(qū)長(zhǎng)度≤250mm；橫向檢測(cè)裝置管端盲區(qū)長(zhǎng)度≤250
10）內(nèi)外傷檢測(cè)靈敏度：采用單獨(dú)門限分別設(shè)置內(nèi)、外傷檢測(cè)靈敏度。
11）穩(wěn)定性：整套系統(tǒng)連續(xù)工作2h后檢測(cè)靈敏度波動(dòng)不得超過(guò)2dB。
12）內(nèi)外表面覆蓋率：100％。
13）內(nèi)外表面重疊率：≥20％。
14）退磁后磁場(chǎng)強(qiáng)度：≤10Gs。
15）具備聲光報(bào)警功能。
16）設(shè)備使用環(huán)境。
檢測(cè)探頭工作溫度：-10～80℃。
檢測(cè)探頭防水等級(jí)：IP65。
檢測(cè)主機(jī)防水等級(jí)：IP65。
輥輪電動(dòng)機(jī)防水等級(jí)：IP65。
檢測(cè)探頭工作濕度：0～95％。
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工作溫度：0～40℃。
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工作濕度：0～45％。
17）鋼管測(cè)長(zhǎng)精度：≤5‰。
18）盲區(qū)控制精度：20mm。
19）設(shè)備周向靈敏度偏差≤3dB。
20）設(shè)備信噪比：外表面人工刻槽：≥8dB；內(nèi)表面人工刻槽：≥6dB。
21）檢測(cè)能力：檢測(cè)速度變頻可調(diào)0.6～1.2m／s。
22）檢測(cè)結(jié)果處理。能夠按照缺陷的類型自動(dòng)區(qū)分和標(biāo)記內(nèi)外缺陷，并給出相應(yīng)的分選信號(hào)。能夠按照檢驗(yàn)批號(hào)保存和輸出檢驗(yàn)數(shù)據(jù)。能夠保存、打印和輸出樣管動(dòng)態(tài)校驗(yàn)記錄圖和每根生產(chǎn)管料的檢驗(yàn)記錄圖。
23）自動(dòng)分選：輸出合格及不合格分類信號(hào)。
24）操作方式：自動(dòng)操作、標(biāo)定（單根）操作、手動(dòng)檢修操作?？蓪?shí)現(xiàn)機(jī)旁控制鋼管夾送輥道的啟停。
25）發(fā)現(xiàn)缺陷時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行聲光報(bào)警，并給出內(nèi)外缺陷的分選信號(hào)。
26）用樣管標(biāo)定設(shè)備后，標(biāo)定結(jié)果可以存儲(chǔ)，檢測(cè)該規(guī)格的鋼管時(shí)可直接調(diào)用。
27）用樣管標(biāo)定設(shè)備和實(shí)際檢測(cè)可分別計(jì)數(shù)。
28）縱向檢測(cè)裝置可在檢測(cè)線上，也可移出檢測(cè)線。
29）橫向檢測(cè)裝置可在檢測(cè)線上，也可移出檢測(cè)線。
30）軟件：包括設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的所有軟件和滿足產(chǎn)品大綱要求的程序，所有軟件均為授權(quán)軟件，所有應(yīng)用軟件不加密。
31）檢測(cè)裝置和PLC裝置應(yīng)留有通過(guò)以太網(wǎng)與招標(biāo)方上位機(jī)通信的接口，并負(fù)責(zé)與上位機(jī)網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)通。
32）設(shè)備的防護(hù)等級(jí)：安裝于操作室的電氣設(shè)備防護(hù)等級(jí)≥IP30，安裝于機(jī)組旁的電氣設(shè)備防護(hù)等級(jí)≥IP54。
33）檢測(cè)設(shè)備具有自動(dòng)、半自動(dòng)（標(biāo)定）、手動(dòng)、調(diào)整（檢修）四種操作模式。
①. 自動(dòng)操作模式：管料進(jìn)入設(shè)備控制范圍后，設(shè)備能夠按照選定的模式，在無(wú)需人工干預(yù)的情況下完成該管料加工的操作模式。該模式要求所有的傳感器、控制信號(hào)完好。第一根管料需要人工確認(rèn)來(lái)啟動(dòng)，在啟動(dòng)后，能夠自動(dòng)完成本次循環(huán)并啟動(dòng)下一循環(huán)。
②. 半自動(dòng)（一次循環(huán)和標(biāo)定）操作模式：半自動(dòng)模式將自動(dòng)加工過(guò)程按照工藝等原則分成幾個(gè)階段，每個(gè)加工階段都需要人工確認(rèn)來(lái)啟動(dòng)，在啟動(dòng)后，自動(dòng)完成對(duì)應(yīng)階段的工作。該模式需要對(duì)每個(gè)階段的加工結(jié)果進(jìn)行確認(rèn)。該模式也可控制整個(gè)加工過(guò)程的一次循環(huán)。
③. 手動(dòng)操作模式：每個(gè)機(jī)械部件的動(dòng)作都需要人工完成的生產(chǎn)模式。點(diǎn)動(dòng)一次按鈕，PLC保持輸出，直至一個(gè)機(jī)械部件完成動(dòng)作。
④. 調(diào)整（檢修）操作模式：在該模式下，設(shè)備的每個(gè)動(dòng)作都需要人工持續(xù)干預(yù)，如果存在高低速控制，如比例閥、變頻控制等，設(shè)備則需要在低速下運(yùn)行。該模式一般不用于原料加工，而用于設(shè)備的調(diào)整。
三、設(shè)備主要組成
不銹鋼管漏磁檢測(cè)系統(tǒng)主要有縱向檢測(cè)系統(tǒng)、橫向檢測(cè)系統(tǒng)、退磁系統(tǒng)、標(biāo)記系統(tǒng)、壓緊裝置、輸送輥道裝置、氣動(dòng)系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、防水裝置、電氣系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)，以及消除噪聲、振動(dòng)，并保證安全的輔助裝置。圖6-2所示為鋼管漏磁檢測(cè)設(shè)備主機(jī)系統(tǒng)的布置圖，一般要求包括1套縱向主機(jī)、1套橫向主機(jī)和5套壓緊扶正裝置。下面逐一簡(jiǎn)要介紹各個(gè)系統(tǒng)的要求與特點(diǎn)。
1. 縱向檢測(cè)系統(tǒng)（圖6-3）
縱向檢測(cè)系統(tǒng)用于檢測(cè)鋼管上的縱向或偏縱向缺陷?？v向檢測(cè)系統(tǒng)主要由縱向磁化器系統(tǒng)（包括磁化器、電動(dòng)升降對(duì)中系統(tǒng)等）、縱向檢測(cè)探頭跟蹤機(jī)構(gòu)、縱向內(nèi)外傷檢測(cè)探靴、縱向信號(hào)處理器和信號(hào)采集器等組成?？v向檢測(cè)系統(tǒng)配置外移功能，可實(shí)現(xiàn)在線和離線的位置調(diào)換。當(dāng)更換鋼管規(guī)格時(shí)，主要的調(diào)整包括：縱向極靴位置、縱向探頭進(jìn)給位置和縱向主機(jī)中心高。
縱向探靴由檢測(cè)探頭芯和脫套方式的耐磨套組成；縱向探靴為條狀，因而，探靴對(duì)所有規(guī)格鋼管通用。
2. 橫向檢測(cè)系統(tǒng)（圖6-4）
橫向檢測(cè)系統(tǒng)用于檢測(cè)鋼管上的橫向或偏橫向缺陷。橫向檢測(cè)系統(tǒng)由橫向磁化器系統(tǒng)（包括磁化器、電動(dòng)升降對(duì)中系統(tǒng)等）、橫向檢測(cè)探頭跟蹤機(jī)構(gòu)、橫向內(nèi)外缺陷檢測(cè)探靴、橫向信號(hào)前置處理器和信號(hào)采集器等組成。橫向檢測(cè)系統(tǒng)配置外移功能，可實(shí)現(xiàn)在線和離線的位置調(diào)換。
橫向探靴由檢測(cè)探頭芯和脫套方式的耐磨套組成；橫向探靴為條狀，因而，探靴對(duì)所有規(guī)格鋼管通用。當(dāng)更換鋼管規(guī)格時(shí)，主要調(diào)整主機(jī)中心高和探頭進(jìn)給距離。
3. 退磁系統(tǒng)
退磁系統(tǒng)包括穿過(guò)式磁化線圈和退磁電源兩部分，采用直流退磁方式，它的作用是消除檢測(cè)后在不銹鋼管上的剩磁。在工作過(guò)程中，退磁器采用分段式消磁的方法將管中剩磁消掉，即在鋼管的長(zhǎng)度方向上將鋼管分成兩部分，并利用可編程邏輯控制器（PLC）控制退磁電源的電流通斷，以保證將鋼管頭尾部的剩磁消除干凈。
4. 標(biāo)記系統(tǒng)
標(biāo)記該系統(tǒng)共配置4套噴標(biāo)裝置，可分別對(duì)不銹鋼管的縱向外傷、縱向內(nèi)傷、橫向外傷和橫向內(nèi)傷進(jìn)行獨(dú)立標(biāo)記。標(biāo)記方法為：當(dāng)鋼管中存在疑似缺陷時(shí)，利用PLC控制噴槍在相應(yīng)位置噴灑油漆，用于后續(xù)人工復(fù)查。
5. 壓緊裝置（圖6-5）
由于不銹鋼管的直線度、圓度誤差，以及傳輸輥道的安裝誤差和磨損，不銹鋼管在通過(guò)檢測(cè)設(shè)備時(shí)容易發(fā)生跳動(dòng)，因此需要設(shè)計(jì)壓緊扶正裝置來(lái)抱緊不銹鋼管，以平穩(wěn)通過(guò)檢測(cè)裝置。壓緊裝置共5套，保證每個(gè)檢測(cè)主機(jī)的兩邊至少有2套壓緊裝置。電動(dòng)調(diào)整壓緊裝置的高度以適應(yīng)不同的鋼管規(guī)格。不銹鋼管經(jīng)過(guò)檢測(cè)主機(jī)時(shí)由程序自動(dòng)控制壓緊機(jī)構(gòu)動(dòng)作，保證不銹鋼管平穩(wěn)通過(guò)檢測(cè)裝置。當(dāng)更換鋼管規(guī)格時(shí)，需要調(diào)整壓緊扶正裝置中壓緊輪的中心高位置。
6. 輸送輥道裝置（圖6-6）
輸送輥道系統(tǒng)主要包含三段輥道：一組進(jìn)料輥道、一組機(jī)內(nèi)輥道和一組出料輥道。上料機(jī)構(gòu)從待檢臺(tái)架上取料，經(jīng)過(guò)檢測(cè)進(jìn)口傳送輥道輸送到檢測(cè)主機(jī)，經(jīng)過(guò)檢測(cè)后，系統(tǒng)自動(dòng)給下料機(jī)構(gòu)信號(hào)，完成合格 管和可疑管的自動(dòng)分選，進(jìn)入各自料架。
整個(gè)輸送輥道裝置由變頻器進(jìn)行調(diào)速控制，實(shí)現(xiàn)鋼管在傳輸線上的運(yùn)行速度為0.6～1.2m／s，并可根據(jù)要求對(duì)速度進(jìn)行調(diào)整，以匹配不同的鋼管生產(chǎn)速度。
7. 電氣系統(tǒng)
檢測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度較高，需依賴高配置的控制系統(tǒng)將整個(gè)工作過(guò)程的所有進(jìn)程串連起來(lái)，使各個(gè)工作環(huán)節(jié)緊密銜接、配合工作，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、管料補(bǔ)給及后處理等工序的自動(dòng)化。電氣系統(tǒng)主要由控制柜、PLC 控制系統(tǒng)及變頻調(diào)速（西門子系列）系統(tǒng)等組成，規(guī)范地選用各類電子元器件，布線整潔，資料齊全，維護(hù)非常方便。其總體控制結(jié)構(gòu)如圖6-7所示。
系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)主要由DP網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)絡(luò)組成，DP網(wǎng)絡(luò)主要用于系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備之間組態(tài)通信，而以太網(wǎng)絡(luò)主要用于控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。
8. 信號(hào)處理系統(tǒng)
計(jì)算機(jī)信號(hào)處理系統(tǒng)是檢測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)核心組成部件。它首先對(duì)輸入的128通道信號(hào)進(jìn)行處理、采集，將模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)可以處理的數(shù)字信號(hào)，并將數(shù)字信號(hào)傳送給計(jì)算機(jī)；再以計(jì)算機(jī)為平臺(tái)，利用檢測(cè)軟件對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理、定性定量分析、波形顯示、打印以及由此產(chǎn)生的其他控制信號(hào)輸入輸出等（聲光報(bào)警、噴標(biāo)）。該系統(tǒng)主要由橫向64通道信號(hào)輸入、縱向64通道信號(hào)輸入、一臺(tái)信號(hào)處理計(jì)算機(jī)以及檢測(cè)軟件部分組成。信號(hào)處理系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖6-8所示。
縱、橫向信號(hào)前置處理器：前置處理器位于縱、橫向檢測(cè)主機(jī)內(nèi)，其作用是將探頭輸出的檢測(cè)信號(hào)不失真地進(jìn)行放大、濾波等處理，提高檢測(cè)信號(hào)的信噪比和抗干擾能力。
64通道USB數(shù)據(jù)采集卡：主要將模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)A-D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，進(jìn)而由USB總線傳輸至計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并顯示。信號(hào)采集的啟停由PLC進(jìn)行控制，并輸入噴標(biāo)、報(bào)警和分選控制信號(hào)。
