無縫鋼管管端局部浸沒式超聲自動探傷

摘 要 主要介紹了無縫鋼管管端局部浸沒式超聲自動檢測方法，利用超聲波檢測無縫鋼管管端金屬基體內部、外部和表面下的缺陷。通過對水浸式超聲檢測原理的理解，布局超聲探頭組，研究自動檢測方法。采用檢測方式為：鋼管周向自動旋轉，探頭組沿鋼管軸線方向直線移動。

關鍵詞 無縫鋼管；管端自動探傷；超聲波探傷；水浸式；局部水浸式

中圖分類號：TH878 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）08-0111-02

在石油工業發展的進程中，無縫管扮演者重要的角色，無縫管管端的質量尤為重要，近年來受到越來越高的重視。現行控制管端質量的方法通常有以下幾種：①在經過管體檢測合格后，將存在檢測盲區的管端部分切除。這樣做雖然保證了質量，但是相對要投入極大的人力物力，并且產生極大的成本浪費；②工便攜式超聲管端探傷，一般采用接觸法，對鋼管探測面的光潔度要求較高，雖然設備簡單、操作方便、機動靈活性強、探傷圖形比較簡單，容易判斷、檢測出缺陷的靈敏度較高，但是檢測效率比較低，檢測結果對檢測員的個人責任心，及個人職業素質過于依賴，該方法適用于單件小批量及規格多的情況；③運用磁粉自動法檢測，此方法雖然彌補了檢測效率低等問題，但是對檢測員個人素質的依賴以及檢測缺陷種類單一成為其擴大發展的短板。

超聲自動探傷具有一次性投入，長期受益，檢測方法簡單，結果判定形象直觀，無污染，設備易維護等優點，因此，對于特定要求的大批量無縫管管端檢測，超聲自動探將成為其不二選擇。

1 水浸式檢測原理

1）水浸式檢測是指將水浸縱波探頭置于水中，利用縱波傾斜入射到水/鋼界面，當入射角α1≤α≤α2時，可在鋼管內實現純橫波檢測。

2）檢測參數的選擇。①偏心距的選擇：如圖所示，偏心距是指探頭聲束軸線與管材中心軸線的水平距離X，入射角α隨偏心距X的增大而增大，控制X就可以控制α。

水浸探傷中如果要實現純橫波檢測到鋼管內壁，則需

0.251R≤X≤0.458r （1）

可取平均值： （2）

式中：R—鋼管外半徑；r—鋼管內半徑。

②水層厚度的選擇。在水浸檢測中，要求水層厚度H大于鋼管中超聲橫波全聲程的一半，即

H>Xs這是因為水中C水=1480 m/s，鋼中Cs=3230 m/s，

C水/Cs≈1/2。

當水層厚度大于鋼中橫波聲程的1/2時，水/鋼界面的第二次回波將位于管子的缺陷波（一次波），（二次波）之后，這樣有利于對缺陷的判別。

③焦距的選擇F。水浸自動探傷應使探頭的焦點落在與聲束軸線垂直的管心線上。

F=H+

式中，F—焦距H—水層厚度；R—鋼管外半徑；X—偏心距。

2 探傷方法

1）檢測方式：鋼管原地周向旋轉，探頭組沿著管軸線方向直線前進。如圖所示。

2）檢測方法：局部水浸式自動掃查，分層和壁厚采用直聲束，縱橫向缺陷采用斜聲束

檢測。

3）檢測速度控制：螺距，鋼管原地周向旋轉一周，探頭軸向前進的距離稱為螺距，以此來控制檢測速度。為滿足探傷100%覆蓋率要求，螺距設定必須控制在探頭有效聲束寬度以內。分層及壁厚檢測覆蓋率依照API 5L，API 5CT及相關標準或用戶要求設定。保證不漏檢螺距計算公式如下：

VP=XлD

其中：x—探頭前進速度（毫米/秒）；D—鋼管直徑；V—托輥線速度（毫米/秒）；P—螺距。

3 對比試樣

1）樣管：在無縫鋼管生產檢驗過程中，為了調試探傷設備的綜合性能和設備使用過程中定時校驗而在與被檢鋼管具有相同公稱尺寸，相近化學成分，表面狀態及熱處理狀態和聲學性能相近的鋼管上刻制相應級別的人工缺陷，作為參考的試樣叫做樣管。

2）對比試樣上的人工缺陷是評定自然缺陷當量的依據，但不應理解為被檢出的自然缺陷與人工缺陷的信號幅度相等時二者的尺寸必然相等，也不能理解為該設備所能檢出的最小缺陷尺寸。

3）制作對比試樣用的鋼管不應有影響校準的自然缺陷。對比試樣的長度盡量保持與被檢鋼管相等或相近，避免應長度不同引起震動幅度大小不一進而影響校驗的可靠性。

4）管端樣管人工缺陷位置及尺寸如圖所示。

樣管圖

說明：1：L-ID 縱向內傷 距離A端100 mm；2：L-OD 縱向外傷 距離A端300 mm；3：T-OD 橫向外傷 距離A端10 mm；“—”：外表面缺陷；4：T-ID 橫向內傷 距離A端（10+2WT）mm；“﹉”：內表面缺陷；5：Lam 分層 距離A端5 mm。

4 探傷步驟

4.1 設備調試

1）每次重新使用探傷設備或者更換檢驗感官規格時須用相關標準規定的對比試樣對探傷設備進行調試。

2）設備調試后應使對比試樣上同一人工缺陷在圓周方向不同位置開始旋轉所得信號幅度一致。

4.2 樣管校驗

1）靜態下每個通道人工缺陷回波高度調整為75%滿屏

高度。

2）動態校驗時每個人工缺陷的回波高度應高于50%滿屏

高度。

3）閘門設定為40%滿屏高度。

4）設備必須用標準化樣管校準，在每個班的開始或更換操作者，并以每4小時為周期進行，生產結束也要進行。每次校驗3遍，3遍中相同位置的人工缺陷的波動不大于3dB。

4.3 探傷

1）設備校驗合格后方可進行檢測，檢測應逐批逐個進行。

2）設備記錄每根鋼管動態檢測信號圖像，并具有聲光報警功能，方便在有缺陷時引起檢驗人員的警覺。endprint

5 缺陷的評價和處理

1）對等于或大于拒收界限的顯示信號進行評定，或者按以下條款作為缺陷的信號進行處置。顯示信號的評定應由具有1級資格的探傷人員在2級或者3級探傷人員的監督指導下進行，或者由2級，3級探傷人員進行。

2）如缺陷產生的回波高度等于或超過由對比試樣槽調整的特定的回波高度（報警閘門），則該缺陷是不可接受的。

3）帶有缺陷的產品應采取以下方法中的一種進行處理。

①在長度要求的范圍內帶有缺陷的部分應被切除；②管子應被拒收。

4）若在原顯示信號區域未發現缺陷，但對該顯示信號無法解釋，則該管端應采用相同的檢驗方法相同靈敏度進行重新檢驗。若果重新檢驗沒有等于或高于報警閘門的信號，則此鋼管應為合格；如果重新檢驗仍有大于或等于報警閘門的信號，則此鋼管應被拒收或將包含缺陷的區域切除，切除后的長度應滿足長度要求。

6 實際應用

采用上述方法通過反復試驗，發現此方法對外徑φ114～369 mm，壁厚h 5～20 mm的無縫鋼管管端缺陷具有較高的檢出可靠性。在對此類鋼管檢測中，對其中部分有明顯回波處取樣分析，結果為裂紋缺陷（管壁內外縱橫向）超標，分層及夾雜缺陷超標，檢出的廢品率較高。證明了此探傷方法的有效性。

7 結論

1）此方法固定的四組探頭分別對檢驗一定范圍內不同規格的鋼管內外壁縱橫向缺陷，鋼管內部分層缺陷有較高的檢出率；對測量鋼管壁厚的效率有很大的提升。

2）此方法檢測對設備定期維護提出了較高的要求。特別是襯托鋼管周向旋轉的組件要求較高，必須使鋼管旋轉時始終在同一水平線上，否則會嚴重影響檢測結果。

3）此方法對被檢鋼管的直度，硬度有一定要求。鋼管如果不直周向旋轉是管端將產生跳動，進而脫離探頭組件，產生耦合界面回波，干擾探傷結果。

4）實踐證明采用局部水浸式管端超聲自動探傷對一定條件范圍內的無縫鋼管有較高的可行性，相對其他方法而言設備成本較低，檢測效率高，能滿足流水線生產需要。

參考文獻

[1]中國特種設備檢驗協會—超聲檢測.

[2]GB/T 5777-2008 無縫鋼管超聲波探傷檢驗方法.

[3]YB/T 4082-2000 鋼管自動超聲探傷系統綜合性能測試方法.

[4]ISO 10893 鋼管的無損檢測.

[5]ASTME 213 金屬管材超聲波探傷標準操作法.

作者簡介

邵濤（1983-），男，現在西安三環科技開發總公司無損檢測項目部工作。endprint

5 缺陷的評價和處理

1）對等于或大于拒收界限的顯示信號進行評定，或者按以下條款作為缺陷的信號進行處置。顯示信號的評定應由具有1級資格的探傷人員在2級或者3級探傷人員的監督指導下進行，或者由2級，3級探傷人員進行。

2）如缺陷產生的回波高度等于或超過由對比試樣槽調整的特定的回波高度（報警閘門），則該缺陷是不可接受的。

3）帶有缺陷的產品應采取以下方法中的一種進行處理。

①在長度要求的范圍內帶有缺陷的部分應被切除；②管子應被拒收。

4）若在原顯示信號區域未發現缺陷，但對該顯示信號無法解釋，則該管端應采用相同的檢驗方法相同靈敏度進行重新檢驗。若果重新檢驗沒有等于或高于報警閘門的信號，則此鋼管應為合格；如果重新檢驗仍有大于或等于報警閘門的信號，則此鋼管應被拒收或將包含缺陷的區域切除，切除后的長度應滿足長度要求。

6 實際應用

采用上述方法通過反復試驗，發現此方法對外徑φ114～369 mm，壁厚h 5～20 mm的無縫鋼管管端缺陷具有較高的檢出可靠性。在對此類鋼管檢測中，對其中部分有明顯回波處取樣分析，結果為裂紋缺陷（管壁內外縱橫向）超標，分層及夾雜缺陷超標，檢出的廢品率較高。證明了此探傷方法的有效性。

7 結論

1）此方法固定的四組探頭分別對檢驗一定范圍內不同規格的鋼管內外壁縱橫向缺陷，鋼管內部分層缺陷有較高的檢出率；對測量鋼管壁厚的效率有很大的提升。

2）此方法檢測對設備定期維護提出了較高的要求。特別是襯托鋼管周向旋轉的組件要求較高，必須使鋼管旋轉時始終在同一水平線上，否則會嚴重影響檢測結果。

3）此方法對被檢鋼管的直度，硬度有一定要求。鋼管如果不直周向旋轉是管端將產生跳動，進而脫離探頭組件，產生耦合界面回波，干擾探傷結果。

4）實踐證明采用局部水浸式管端超聲自動探傷對一定條件范圍內的無縫鋼管有較高的可行性，相對其他方法而言設備成本較低，檢測效率高，能滿足流水線生產需要。

參考文獻

[1]中國特種設備檢驗協會—超聲檢測.

[2]GB/T 5777-2008 無縫鋼管超聲波探傷檢驗方法.

[3]YB/T 4082-2000 鋼管自動超聲探傷系統綜合性能測試方法.

[4]ISO 10893 鋼管的無損檢測.

[5]ASTME 213 金屬管材超聲波探傷標準操作法.

作者簡介

邵濤（1983-），男，現在西安三環科技開發總公司無損檢測項目部工作。endprint

5 缺陷的評價和處理

1）對等于或大于拒收界限的顯示信號進行評定，或者按以下條款作為缺陷的信號進行處置。顯示信號的評定應由具有1級資格的探傷人員在2級或者3級探傷人員的監督指導下進行，或者由2級，3級探傷人員進行。

2）如缺陷產生的回波高度等于或超過由對比試樣槽調整的特定的回波高度（報警閘門），則該缺陷是不可接受的。

3）帶有缺陷的產品應采取以下方法中的一種進行處理。

①在長度要求的范圍內帶有缺陷的部分應被切除；②管子應被拒收。

4）若在原顯示信號區域未發現缺陷，但對該顯示信號無法解釋，則該管端應采用相同的檢驗方法相同靈敏度進行重新檢驗。若果重新檢驗沒有等于或高于報警閘門的信號，則此鋼管應為合格；如果重新檢驗仍有大于或等于報警閘門的信號，則此鋼管應被拒收或將包含缺陷的區域切除，切除后的長度應滿足長度要求。

6 實際應用

采用上述方法通過反復試驗，發現此方法對外徑φ114～369 mm，壁厚h 5～20 mm的無縫鋼管管端缺陷具有較高的檢出可靠性。在對此類鋼管檢測中，對其中部分有明顯回波處取樣分析，結果為裂紋缺陷（管壁內外縱橫向）超標，分層及夾雜缺陷超標，檢出的廢品率較高。證明了此探傷方法的有效性。

7 結論

1）此方法固定的四組探頭分別對檢驗一定范圍內不同規格的鋼管內外壁縱橫向缺陷，鋼管內部分層缺陷有較高的檢出率；對測量鋼管壁厚的效率有很大的提升。

2）此方法檢測對設備定期維護提出了較高的要求。特別是襯托鋼管周向旋轉的組件要求較高，必須使鋼管旋轉時始終在同一水平線上，否則會嚴重影響檢測結果。

3）此方法對被檢鋼管的直度，硬度有一定要求。鋼管如果不直周向旋轉是管端將產生跳動，進而脫離探頭組件，產生耦合界面回波，干擾探傷結果。

4）實踐證明采用局部水浸式管端超聲自動探傷對一定條件范圍內的無縫鋼管有較高的可行性，相對其他方法而言設備成本較低，檢測效率高，能滿足流水線生產需要。

參考文獻

[1]中國特種設備檢驗協會—超聲檢測.

[2]GB/T 5777-2008 無縫鋼管超聲波探傷檢驗方法.

[3]YB/T 4082-2000 鋼管自動超聲探傷系統綜合性能測試方法.

[4]ISO 10893 鋼管的無損檢測.

[5]ASTME 213 金屬管材超聲波探傷標準操作法.

作者簡介

邵濤（1983-），男，現在西安三環科技開發總公司無損檢測項目部工作。endprint