螺旋焊管超声波探伤探头自动跟踪方式

超声波自动探伤是螺旋埋弧焊管质量检验的重要方式。近几年来，国内对超声波探伤的重视程度已有超过射线探伤的趋势。

在超声波探伤中因焊道边缘反射回波离报警闸门的后沿很近，一旦调整好的探头稍稍靠近焊缝，边缘回波就会进入闸门造成误报警。所以，在自动检测过程中必须保证探头体中心始终在焊缝的螺旋运动曲线上，即所谓的自动跟踪。自动跟踪的灵敏度和精度，直接影响着自动探伤的准确性。一直以来跟踪已成为提高自动探伤准确性的“瓶颈”，无论是探伤仪器生产厂家还是作为使用单位，都为此投入了大量的人力和物力。随着科技的发展、工艺水平的提高，超声波探伤自动跟踪在方式方法、电气控制和机械运动上都进行了改进。

探伤跟踪方式及其基本原理

凹轮机械跟踪：因为螺旋焊管焊缝的宽度相对固定，一般为16mm左右，其正负偏差不大。凹轮机械跟踪利用这一特性，探头架前后各带一个凹轮，凹轮“骑”在焊缝上，其宽度恰好满足焊缝的最大偏差，凹轮内侧与焊缝边缘的摩擦力将保证凹轮始终沿焊缝表面滚动。

凹轮机械跟踪的基本原理：交流电机带动探头架沿钢管轴线移动，托辊带动钢管以一定的速度旋转。在合成螺旋速度方向始终沿着焊缝且左右偏差不大时，依靠凹轮与焊缝边缘有限的摩擦力来维持跟踪，操作员必须随时调整电机速度。

当焊缝表面不规整，钢管前后转速不一致，托辊打滑，探头架行走速度变化过大时，凹轮则极易偏移焊缝，且这种偏移不具备回复性，即必须停车，重新调整以使凹轮“骑”在焊缝上。在理想情况下，凹轮宽度与焊缝宽度之差即为该跟踪方式的最大偏差。很显然，这种跟踪方式较粗糙，跟踪精度低。

摄像跟踪：在焊缝正上方用摄像机摄取焊缝及其两侧钢管母材表面。这样在跟踪之前保证焊缝图像在电视屏幕中心带上，先设定1条光标始终在电视屏幕正中心。由于焊缝与母材反射的光强度不同，故在电视屏幕上表现为黑白图像。在跟踪状态下，利用加减计数器计算出母材与焊缝边缘即黑白图像突变处距中心光标的脉冲个数。上边缘与下边缘的脉冲个数差值为正时则为正偏差，反之则为负偏差，偏差脉冲即是步进脉冲。正、负反映的是跟踪方向，差值大小反映的是跟踪速度。步进电机带动滚珠丝杆，使探头架左右移动，实现探伤自动跟踪。

涡流跟踪：为了解决偏差提取影响因素多的问题，近年来也有采用涡流跟踪方式的。利用涡流感应原理及伺服电机的可精确控制性，对原有的跟踪模式进行了全面更新。其基本原理是：激励线圈产生交变均匀磁场，两个检测线圈则产生两个感生电动势。当焊缝中心处于涡流探头中心时，两个感生电动势相等；而焊缝一旦偏移，则必定产生电动势差值。该差值通过放大，可直接控制伺服电机的正反转：偏差值大则电机转速快，偏差值小则电机转速慢。伺服电机具有极强的速度增益调节能力，且最高转速可达5000m/min左右，通过减速器驱动滚珠丝杆带动探头架实现跟踪。为了防止探头架来回摆动，在偏差电压传给伺服驱动器之前，利用过零限位电路，使探头在一微小正负电压区域内不进行跟踪。这样，既可实现快速跟踪，又保持相对平稳。

随着信息处理技术和材料研究技术的提高，计算机自动控制日益增强，利用新的思路、新的方式来提高超声波自动探伤探头的自动跟踪精度已成为可能。如利用激光精确的指向性扫描出焊缝及周围母材的图像，应用计算机自动控制技术的跟踪方式能够较好地应用在螺旋焊管上，但其在生产中的实际效果如何，还有待证实，相信这种跟踪方式是近一段时期的发展方向。