不锈钢焊管焊接质量的超声在线检测系统

以304奥氏体薄壁不锈钢焊管作为研究对象，针对企业在焊管生产中出现的焊缝缺陷问题，设计开发了焊管超声在线检测系统，利用多个探头实现三种超声波型联合检测焊管焊缝；制备了焊管的不同缺陷试样，对不同缺陷的回波信号进行了分析处理；结合实验室试验与现场实际使用，水浸式超声在线检测系统能够很好地完成对焊管焊缝的缺陷检测，有效实现了焊管质量在线监测，对开发智能化超声波检测系统具有重要的现实意义。本文主要工作有：

（1）设计了水浸式超声在线检测的机械与软件部分。其中探头部分利用多个探头从不同角度入射，获得不同的超声波型，最终实现多波型联合协作全覆盖检测焊管，提高了焊管检测效率与缺陷灵敏度。

（2）设计了焊管的在线检测方案，选取材料为304不锈钢焊管，制作缺陷样管，对在自动化生产过程中可能出现的焊管孔类缺陷、外表面裂纹缺陷和内部未焊透缺陷进行模拟，证明了制备实验样管可以有效地节约检测成本并验证检测效果，以达到预期的研究设计目的。

（3）采用美国NI公司的多通道PCI-5114高速A/D采集卡，取得缺陷及晶粒组织的超声回波信号。根据超声波检测原理和缺陷信号频谱分析技术，对缺陷回波信号进行验证性分析。

（4）本文研究发现：随着固溶热处理温度的增加，母材晶粒大小与对应的超声特征能量值呈现线性减小趋势，而焊缝特征能量呈现出先逐渐升高后降低趋势。当能量值小于600时，母材晶粒度大小在5.5-7之间；当能量值介于600与1000之间时，母材晶粒度大小在7-8.5之间；当能量值大于1000时，母材晶粒度大小在8.5-10之间。当固溶热处理温度大于1200℃时，焊缝特征能量出现小范围增大；在1050℃附近，焊缝特征能量达到最大，对应回波信号的特征能量值在140-180之间。以上结论可用于判断晶粒度大小和304奥氏体不锈钢焊管质量是否合格。

展望

近年来，由于消费者和生产企业对安全性的重视，对焊管质量的要求也逐步提高。为了提高焊管生产质量和生产效率，针对焊接管道的在线检测设备也必然会持续进步。目前，对于焊管的在线检测设备开发与研究还处于初步研究阶段，其准确性与适用性还有待通过实际情况进一步证实。本文研究综合运用三种超声波型联合检测方法，选择水浸式线聚焦探头，编写了检测软件，最终设计了新型水浸式超声在线检测设备。由于条件有限，部分研究尚不全面，期望在未来的研究工作中可以对以下几点问题作进一步的补充和完善：

（1）本文所设计的在线检测设备所利用的是三种不同超声波型，运用不同的探头分别以不同的角度入射，各探头之间可能会存在波形间干扰，对缺陷的准确检测有一定潜在影响，希望日后可以对探头分布位置与缺陷敏感性进行分析，不断完善检测设备的检测灵敏度与准确性，使其更好的为工业生产进行服务。

（2）本文主要开发了不锈钢圆形薄壁焊管在线检测系统，实际运行时焊管会由于其生产流程过长存在小幅度的扭转，虽然我们的检测设备对于扭转角度有一定的兼容性，但如果扭转角度过大是否会造成个别探头检测结果不准确的现象，以及如何进行焊管焊缝的实时跟踪等问题，都有待进一步研究。

（3）本文提出的利用小波变换进行特征能量提取的方法，可辅助判断不同固溶热处理温度处理后的晶粒组织大小，虽然研究结果很明显，但如果晶粒组织附近存在内外缺陷的情况下，是否会对分析结果造成影响以及声阻抗与特征能量的变化关系等，也有待进一步的研究。