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成本低，基于鋼管螺旋前進的檢測方式獲得了廣泛應用。這里介紹一套適用于直徑為ф112～φ365mm的不銹鋼無縫鋼管及不銹鋼焊管的自動化漏磁檢測設備。為適應管徑變化范圍，有效避免不銹鋼管在傳輸過程中的繞動、擺動和跳動對檢測信號的影響和對探頭的沖擊，并實現(xiàn)檢測速度的合理匹配，綜合分析檢測的多種運動形式，本方案選擇已廣泛使用的鋼管螺旋前進，縱、橫向探頭主動張合，縱、橫向探頭為條狀探靴檢測的掃查形式，可實現(xiàn)高精度、無漏檢的高效檢測。其中對輥輪角度固定不變，不同鋼管直徑對應的螺距發(fā)生變化。
一、檢測工藝描述
不銹鋼管漏磁檢測是鋼管自動化生產(chǎn)線中比較靠后的工藝環(huán)節(jié)。鋼管生產(chǎn)過程包括：軋制、調(diào)質(zhì)、定尺、矯直、吹吸灰、檢測、打標、測長和稱重，最后打包成捆出廠。
在漏磁檢測過程中，鋼管主要經(jīng)歷上料、旋轉(zhuǎn)前進、檢測、噴標、退磁和下料六個階段。
（1）上料 鋼管從上料臺架經(jīng)上料機構(gòu)翻到輥輪上。
（2）旋轉(zhuǎn)前進 輥輪帶動鋼管旋轉(zhuǎn)前進。
（3）檢測 縱、橫探頭對鋼管進行全覆蓋掃查。
（4）噴標 對疑似缺陷的位置進行標記。
（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架上。
二、設備主要技術(shù)參數(shù)
設備型號：EMT-P112／365
設備包括檢測主機系統(tǒng)和檢測輔機系統(tǒng)。
1）檢測主機系統(tǒng)包含縱向內(nèi)外傷檢測主機系統(tǒng)、橫向內(nèi)外傷檢測主機系統(tǒng)、退磁器、檢測信號處理系統(tǒng)、氣動壓緊機構(gòu)、噴標器、標定器等。
2）檢測輔機系統(tǒng)包含傳送對輥輪、變頻調(diào)速系統(tǒng)、安全擋板、風刀脫水機構(gòu)以及上料、下料機構(gòu)等。
漏磁檢測系統(tǒng)工藝布置如圖6-1所示。
不銹鋼管漏磁檢測系統(tǒng)的具體要求包括：漏報率：0％，誤判率：≤2％。檢測的缺陷包括：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，要求對檢測的鋼管分選出合格品和不合格品。
設備主要性能指標如下：
1）設備檢測的鋼管范圍：在Φ112～φ365mm的大綱列出的外徑規(guī)格鋼管。
2）檢測設備應滿足以下標準。
產(chǎn)品標準：
API SPEC 5CT第9版《美國石油學會標準-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《美國石油學會標準-管線管規(guī)范》，2008年。
漏磁檢測標準：
ISO 10893-3-2011《鋼管的無損檢測 第3部分：用于縱向和／或橫向缺陷探測的無縫和焊接鐵磁性鋼管（埋弧焊除外）自動全周邊磁漏檢測》
ASTM E570-2009《鐵磁性鋼管制品漏磁通量檢驗的標準推薦操作法》
GB／T 12606-1999《鋼管漏磁探傷方法》
參考標準：
YB／T 4083-2011《鋼管自動渦流探傷系統(tǒng)綜合性能測試方法》
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。自動對報警缺陷進行噴標，沿鋼管軸向偏差≤±50mm。
4）縱、橫向缺陷檢測靈敏度要求（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、橫向深度標準：壁厚≤8mm時，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 標準的要求：縱向、橫向人工刻槽長度25mm。
斜向外傷：長度為50mm，深度為N10（缺陷深度占壁厚的10％），方向縱向偏＜45°。
能夠按照校驗樣管上的內(nèi)外人工刻槽自動區(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）孔洞檢測靈敏度：φ1.6mm通孔（包括焊縫部位）。
6）內(nèi)外傷區(qū)分準確率：90％。
7）誤判率：≤2％。
8）漏報率：0％。
9）端部盲區(qū)：縱向檢測裝置管端盲區(qū)長度≤250mm；橫向檢測裝置管端盲區(qū)長度≤250
10）內(nèi)外傷檢測靈敏度：采用單獨門限分別設置內(nèi)、外傷檢測靈敏度。
11）穩(wěn)定性：整套系統(tǒng)連續(xù)工作2h后檢測靈敏度波動不得超過2dB。
12）內(nèi)外表面覆蓋率：100％。
13）內(nèi)外表面重疊率：≥20％。
14）退磁后磁場強度：≤10Gs。
15）具備聲光報警功能。
16）設備使用環(huán)境。
檢測探頭工作溫度：-10～80℃。
檢測探頭防水等級：IP65。
檢測主機防水等級：IP65。
輥輪電動機防水等級：IP65。
檢測探頭工作濕度：0～95％。
計算機系統(tǒng)工作溫度：0～40℃。
計算機系統(tǒng)工作濕度：0～45％。
17）鋼管測長精度：≤5‰。
18）盲區(qū)控制精度：20mm。
19）設備周向靈敏度偏差≤3dB。
20）設備信噪比：外表面人工刻槽：≥8dB；內(nèi)表面人工刻槽：≥6dB。
21）檢測能力：檢測速度變頻可調(diào)0.6～1.2m／s。
22）檢測結(jié)果處理。能夠按照缺陷的類型自動區(qū)分和標記內(nèi)外缺陷，并給出相應的分選信號。能夠按照檢驗批號保存和輸出檢驗數(shù)據(jù)。能夠保存、打印和輸出樣管動態(tài)校驗記錄圖和每根生產(chǎn)管料的檢驗記錄圖。
23）自動分選：輸出合格及不合格分類信號。
24）操作方式：自動操作、標定（單根）操作、手動檢修操作。可實現(xiàn)機旁控制鋼管夾送輥道的啟停。
25）發(fā)現(xiàn)缺陷時，系統(tǒng)自動進行聲光報警，并給出內(nèi)外缺陷的分選信號。
26）用樣管標定設備后，標定結(jié)果可以存儲，檢測該規(guī)格的鋼管時可直接調(diào)用。
27）用樣管標定設備和實際檢測可分別計數(shù)。
28）縱向檢測裝置可在檢測線上，也可移出檢測線。
29）橫向檢測裝置可在檢測線上，也可移出檢測線。
30）軟件：包括設備正常運轉(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，所有應用軟件不加密。
31）檢測裝置和PLC裝置應留有通過以太網(wǎng)與招標方上位機通信的接口，并負責與上位機網(wǎng)絡的開通。
32）設備的防護等級：安裝于操作室的電氣設備防護等級≥IP30，安裝于機組旁的電氣設備防護等級≥IP54。
33）檢測設備具有自動、半自動（標定）、手動、調(diào)整（檢修）四種操作模式。
①. 自動操作模式：管料進入設備控制范圍后，設備能夠按照選定的模式，在無需人工干預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、控制信號完好。第一根管料需要人工確認來啟動，在啟動后，能夠自動完成本次循環(huán)并啟動下一循環(huán)。
②. 半自動（一次循環(huán)和標定）操作模式：半自動模式將自動加工過程按照工藝等原則分成幾個階段，每個加工階段都需要人工確認來啟動，在啟動后，自動完成對應階段的工作。該模式需要對每個階段的加工結(jié)果進行確認。該模式也可控制整個加工過程的一次循環(huán)。
③. 手動操作模式：每個機械部件的動作都需要人工完成的生產(chǎn)模式。點動一次按鈕，PLC保持輸出，直至一個機械部件完成動作。
④. 調(diào)整（檢修）操作模式：在該模式下，設備的每個動作都需要人工持續(xù)干預，如果存在高低速控制，如比例閥、變頻控制等，設備則需要在低速下運行。該模式一般不用于原料加工，而用于設備的調(diào)整。
三、設備主要組成
不銹鋼管漏磁檢測系統(tǒng)主要有縱向檢測系統(tǒng)、橫向檢測系統(tǒng)、退磁系統(tǒng)、標記系統(tǒng)、壓緊裝置、輸送輥道裝置、氣動系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、防水裝置、電氣系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)，以及消除噪聲、振動，并保證安全的輔助裝置。圖6-2所示為鋼管漏磁檢測設備主機系統(tǒng)的布置圖，一般要求包括1套縱向主機、1套橫向主機和5套壓緊扶正裝置。下面逐一簡要介紹各個系統(tǒng)的要求與特點。
1. 縱向檢測系統(tǒng)（圖6-3）
縱向檢測系統(tǒng)用于檢測鋼管上的縱向或偏縱向缺陷。縱向檢測系統(tǒng)主要由縱向磁化器系統(tǒng)（包括磁化器、電動升降對中系統(tǒng)等）、縱向檢測探頭跟蹤機構(gòu)、縱向內(nèi)外傷檢測探靴、縱向信號處理器和信號采集器等組成。縱向檢測系統(tǒng)配置外移功能，可實現(xiàn)在線和離線的位置調(diào)換。當更換鋼管規(guī)格時，主要的調(diào)整包括：縱向極靴位置、縱向探頭進給位置和縱向主機中心高。
縱向探靴由檢測探頭芯和脫套方式的耐磨套組成；縱向探靴為條狀，因而，探靴對所有規(guī)格鋼管通用。
2. 橫向檢測系統(tǒng)（圖6-4）
橫向檢測系統(tǒng)用于檢測鋼管上的橫向或偏橫向缺陷。橫向檢測系統(tǒng)由橫向磁化器系統(tǒng)（包括磁化器、電動升降對中系統(tǒng)等）、橫向檢測探頭跟蹤機構(gòu)、橫向內(nèi)外缺陷檢測探靴、橫向信號前置處理器和信號采集器等組成。橫向檢測系統(tǒng)配置外移功能，可實現(xiàn)在線和離線的位置調(diào)換。
橫向探靴由檢測探頭芯和脫套方式的耐磨套組成；橫向探靴為條狀，因而，探靴對所有規(guī)格鋼管通用。當更換鋼管規(guī)格時，主要調(diào)整主機中心高和探頭進給距離。
3. 退磁系統(tǒng)
退磁系統(tǒng)包括穿過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后在不銹鋼管上的剩磁。在工作過程中，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. 標記系統(tǒng)
標記該系統(tǒng)共配置4套噴標裝置，可分別對不銹鋼管的縱向外傷、縱向內(nèi)傷、橫向外傷和橫向內(nèi)傷進行獨立標記。標記方法為：當鋼管中存在疑似缺陷時，利用PLC控制噴槍在相應位置噴灑油漆，用于后續(xù)人工復查。
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，不銹鋼管在通過檢測設備時容易發(fā)生跳動，因此需要設計壓緊扶正裝置來抱緊不銹鋼管，以平穩(wěn)通過檢測裝置。壓緊裝置共5套，保證每個檢測主機的兩邊至少有2套壓緊裝置。電動調(diào)整壓緊裝置的高度以適應不同的鋼管規(guī)格。不銹鋼管經(jīng)過檢測主機時由程序自動控制壓緊機構(gòu)動作，保證不銹鋼管平穩(wěn)通過檢測裝置。當更換鋼管規(guī)格時，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：一組進料輥道、一組機內(nèi)輥道和一組出料輥道。上料機構(gòu)從待檢臺架上取料，經(jīng)過檢測進口傳送輥道輸送到檢測主機，經(jīng)過檢測后，系統(tǒng)自動給下料機構(gòu)信號，完成合格 管和可疑管的自動分選，進入各自料架。
整個輸送輥道裝置由變頻器進行調(diào)速控制，實現(xiàn)鋼管在傳輸線上的運行速度為0.6～1.2m／s，并可根據(jù)要求對速度進行調(diào)整，以匹配不同的鋼管生產(chǎn)速度。
7. 電氣系統(tǒng)
檢測系統(tǒng)的自動化程度較高，需依賴高配置的控制系統(tǒng)將整個工作過程的所有進程串連起來，使各個工作環(huán)節(jié)緊密銜接、配合工作，實現(xiàn)檢測、管料補給及后處理等工序的自動化。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)絡主要由DP網(wǎng)絡和以太網(wǎng)絡組成，DP網(wǎng)絡主要用于系統(tǒng)內(nèi)部設備之間組態(tài)通信，而以太網(wǎng)絡主要用于控制系統(tǒng)的遠程監(jiān)控。
8. 信號處理系統(tǒng)
計算機信號處理系統(tǒng)是檢測系統(tǒng)的一個核心組成部件。它首先對輸入的128通道信號進行處理、采集，將模擬輸入信號轉(zhuǎn)化成計算機可以處理的數(shù)字信號，并將數(shù)字信號傳送給計算機；再以計算機為平臺，利用檢測軟件對信號進行處理、定性定量分析、波形顯示、打印以及由此產(chǎn)生的其他控制信號輸入輸出等（聲光報警、噴標）。該系統(tǒng)主要由橫向64通道信號輸入、縱向64通道信號輸入、一臺信號處理計算機以及檢測軟件部分組成。信號處理系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖6-8所示。
縱、橫向信號前置處理器：前置處理器位于縱、橫向檢測主機內(nèi)，其作用是將探頭輸出的檢測信號不失真地進行放大、濾波等處理，提高檢測信號的信噪比和抗干擾能力。
64通道USB數(shù)據(jù)采集卡：主要將模擬信號經(jīng)過A-D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，進而由USB總線傳輸至計算機進行數(shù)據(jù)處理并顯示。信號采集的啟停由PLC進行控制，并輸入噴標、報警和分選控制信號。
