無損檢測技術在鋼管檢測中的應用概述

馬超

【摘要】隨著能源工業，特別是石油工業的持續升溫，針對鋼管的需求量逐年攀升，對其質量也提出了更高的要求。因此，無損檢測作為一種主要的質量保證手段，其重要性越發突出。本文總結了幾種適用于鋼管質量無損檢測先進技術，并對其實際應用進行概述。

【關鍵詞】無損檢測；渦流法；超聲法；漏磁法

1 引言

近年來，隨著國內工業及能源經濟的迅速發展，能源和交通等基礎投資相應的增加，對鋼管油管的需求也不斷增加，使其廣泛應用于石油、石化和建筑等行業。鋼管油管作為一種技術復雜的深加工金屬制品，金屬材料的質量決定了鋼管的質量，這就要求金屬材料的物理化學性質良好，材料均勻，成分純度高等。在實際的生產使用過程中，若鋼管內部存在缺陷會給工程質量安全留下隱患，會引發嚴重的事故，因此對其的質量檢測也得到了廣泛的關注。

2 鋼管無損檢測方法介紹

目前，鋼管的檢測方法主要有渦流法、超聲法、漏磁法，這些檢測方法各有其優缺點，下面就三種檢測方法做一對比分析。

2.1 渦流檢測法

渦流檢測是利用電磁感應原理，當載有交變電流的檢測線圈靠近導電試件時，由于電磁感應試件內會感生出渦流。渦流的大小、相位及流動的形式會受到試件的導電性、形狀等的影響，渦流產生的反作用磁場又使檢測線圈的阻抗發生變化。因此，通過測定檢測線圈阻抗的變化，就可以判斷被測鋼管管材的性能或狀態，從而達到無損檢測鋼管缺陷的目的[1]。常用的渦流檢測探頭有兩種：點式探頭和穿過式探頭。

渦流檢測的主要優點是無需耦合劑，非接觸檢測，檢測速度快，檢測靈敏度高；其主要缺點是受集膚效應影響，只能檢查薄試件或厚試科的表面與近表面部位，無法有效檢測鋼管內壁缺陷。

2.2 超聲波檢測法

超聲波檢測方法檢測精度比較高，而且操作方便。但超聲波檢測的方式是點檢測，同時需要耦合劑，檢測效率較低，實現快速檢測比較團難。近年來，為了適應快速的檢測要求，人們在不斷研究超聲波的耦合技術，如空氣耦合、電磁超聲、激光超聲和直接磁致伸縮耦合等技術[2]。德國采用水淋超聲耦合技術實現工業管道壁厚和縱向裂紋的綜合檢測，它能滿足從多個探傷面同時進行多種缺陷全面檢測的需要，并能實現自動掃描、數字化控制和數據采集，從而提高了探傷的速度和超聲波探傷的可靠性。

超聲波探傷的方法有很多種，常用的一般使脈沖反射法。由于物體內部有缺陷，會使物體材料內部不連續，當脈沖傳播到不連續處時，由于不連續處的聲阻抗的不一致，而脈沖會在兩個聲阻抗不一致的地方發生反射現象，同時超聲波反射回來的能量大小和方向與交界面處的取向大小有關。

2.3 漏磁檢測法

漏磁法檢測基本原理是：被測材料在外加磁場作用下被磁化，當材料中無缺陷時，磁力線絕大部分通過被測材料，此時磁力線均勻分布；當材料內部有缺陷時，磁力線發生彎曲，并且有一部分磁力線泄漏出材料表面，形成漏磁場[3]。用磁性敏感元件檢測被磁化材料表面逸出的漏磁場，就可判斷缺陷是否存在。同樣尺寸的缺陷，位于表面上和表面下形成的漏磁場不同：表面上缺陷產生的漏磁場大；缺陷在表面下時，形成的漏磁場將顯著變小。漏磁通法適用于各種鐵磁材料，可以對裂紋、腐蝕等缺陷進行檢驗，并可以判別缺陷的位置。

漏磁檢測法的主要特點有：對鐵磁性材料表面、近表面、內部裂紋以及銹蝕等均可獲得滿意的檢測效果；探頭裝置結構簡單、易于實現、成本低且操作簡單；不受被測材料表面污染狀態的影響，進行檢測時對被測材料表面清潔程度要求不高；能夠實現較高的檢測速度，可以實現全自動化檢測，非常適合在流水線上進行質量檢測和生產過程控制[4]。因此，在現今眾多的鋼管檢測方法中，漏磁檢測方法使用最為廣泛。

3 鋼管無損檢測方法的實際應用

3.1 渦流鋼管探傷

由電渦流基本特性可知，渦流密度主要分布于導電材料的表面附近。因此，被測鋼管愈是存在表面缺陷，電渦流效應的利用愈充分。所以渦流檢測適用于導電鋼管表面缺陷或近表面缺陷的檢測，此時靈敏度高于漏磁檢測。而對于內部缺陷，渦流檢測由于存在著“趨膚效應”，電渦流密度在導電導體內部是按負指數規律衰減，并隨著頻率、電導率和磁導率的增加而滲透深度減小，檢測靈敏度降低。渦流檢測一般只能檢測無縫鋼管的單面表面缺陷（內表面或外表面）；漏磁檢測可問時檢測無縫鋼管的內外表面缺陷，對于內部缺陷也有一定的靈敏度[5]。相對于渦流探傷，漏磁探傷檢測缺陷的靈敏度較低。

3.2 超聲波檢測鋼管壁厚

鋼管的壁厚檢測常采用超聲檢測中的共振式和脈沖反射式兩種方式進行。共振式檢測壁厚的原理是利用頻率在一定范圍內由于變化所產生的正弦波電信號來刺激晶片，這時壓電晶片就會產生頻率連續變化的聲波，并指向試件內部，共振原理中，如果試件的厚度是半波長的整數倍，那么試件內就會形成駐波，從而產生共振。然后依據波長和壁厚之間的公式關系來求出壁厚。但一般腐蝕的鋼管厚度檢測不可以用這種方法，因為共振式測厚要求試件的上下表面平坦，腐蝕性的鋼管表面粗糙，較難檢測。脈沖反射式測厚的原理是利用厚度與聲速及超聲波在試件中的傳播時間的關系來確定壁厚。

3.3 漏磁檢測鋼管缺陷

鋼管端部缺陷、油管端部螺紋區缺陷和鉆桿螺紋區域的缺陷主要包括由于應力集中形成的裂紋，腐蝕坑，空洞和偏磨等。利用交流漏磁探頭檢測鋼管端部盲區缺陷，傳感器探頭長10mm，最小理論檢測盲區為5mm。利用交流漏磁對鉆桿螺紋區域的檢測主要是解決霍爾元件離螺紋根部的提離距離，還有就是形成較強的磁化通路。對油管外螺紋區和鋼管端部的檢測主要是通過端部內部磁化外部掃描方法，對其橫向傷進行檢測，由于采用工字形磁化器，基本消除了檢測盲區。兩種方法的靈敏度很高，提高了儀器的缺陷識別能力。

漏磁檢測不僅能檢出內外表面和皮下缺陷，而且無需檢測就可從建立的電信號幅度與缺陷參數的關系中，獲知缺陷深度和長度等特征尺寸是否達到設定的拒收水平。檢測能力強，檢測速度快。

4 小結

單一的無損檢測方法只能檢出鋼管中的部分缺陷，且由于檢測速度差別太大，超聲和渦流探傷又很難簡單的組合到一起，而鋼管外觀尺寸的測量和材質的鑒別只能由人工來完成。這種狀況不適應現代化大生產的需求，不能夠直觀的顯

示缺陷，使其的應用造成了一定的局限，更談不上對生產過程起到質量控制和監督的作用。因此未來的發展方向應該向檢測能力強、檢測速度快、信號處理、圖像成型等方向發展，使其技術更加成熟。

參考文獻：

[1] 金萬里，鮑士艷. 遠場渦流檢測技術在電廠鋼管檢驗中的應用[J]. 無損探傷，2000，4：47～48.

[2] 焦敬品，何存富，吳斌等. 管道超聲導波檢測技術研究進展[J]. 實驗力學，2002，17（1）：1～8.

[3] 竇建慶，譚多鴻，姜雪峰. 油管漏磁現場無損檢測裝置的研制與應用. 石油機械，2000，28（11）：39～41.

[4] 王太勇. 鋼管漏磁在線檢測技術的研究[J]. 計量學報，2002（4）：299～302.

[5] 金建華，康宜華，楊叔子. 油管損傷的磁性檢測法及其技術實現[J]. 無損檢測，2004，26（1）：13～17.