超聲波檢測技術(shù)在無縫鋼管質(zhì)量缺陷檢測中的應(yīng)用研究

方德偉

【摘 要】本文對超聲波無損檢測運用特點與優(yōu)缺點進(jìn)行了分析，并詳細(xì)探究了超聲波檢測技術(shù)在無縫鋼管質(zhì)量缺陷檢測中的運用，希望可以為相關(guān)工作者的研究提供一些幫助。

【關(guān)鍵詞】超聲波檢測技術(shù);無損檢測;無縫鋼管;質(zhì)量

中圖分類號： TG115.285 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）12-0037-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.12.017

【Abstract】In this paper，the characteristics，advantages and disadvantages of ultrasonic nondestructive testing（NDT）are analyzed，and the application of ultrasonic testing technology in seamless steel pipe quality defect detection is discussed in detail，hoping to provide some help for the research of relevant workers.

【Key words】Ultrasound Detection Technology;Nondestructive testing;Seamless steel tube;Quality

0 前言

進(jìn)入新時代后，隨著社會經(jīng)濟快速發(fā)展，無縫鋼管行業(yè)迎來了發(fā)展高峰期，并憑借中空截面特點，被廣泛運用到各個領(lǐng)域。因此，必須正確認(rèn)識超聲波無損檢測，并加強其在無縫鋼管質(zhì)量缺陷檢測中的運用，充分發(fā)揮其作用，從而為無縫鋼管質(zhì)量提供有力保障。

1 超聲波無損檢測分析

1.1 超聲波無損檢測運用特點

無損檢測是指通過對電、磁、光以及聲等特性的利用，在不給被檢對象使用性能帶來影響或者是損害的基礎(chǔ)上，檢測被檢對象是否存在不均勻性或者是缺陷，并反映出缺陷的各種信息，如數(shù)量、性質(zhì)、位置以及大小等，從而對被檢對象是否合格、使用壽命如何等進(jìn)行判斷的全部技術(shù)手段總稱[1]。其運用特點主要表現(xiàn)在以下幾方面：首先，不對試件材質(zhì)與結(jié)構(gòu)造成損壞是無損檢測最突出特點，這也使得在無損檢測實施后，產(chǎn)品檢查率能夠達(dá)到100%。其次，在實施無損檢測時，必須以檢測目的為依據(jù)，對實施時機進(jìn)行合理選擇。再次，無損檢測方法是多樣化的，并且各種方法各具特點，要想促進(jìn)檢測可靠性的提升，就必須以設(shè)備材質(zhì)、失效模式、使用條件、工作介質(zhì)以及制造方法等為依據(jù)，提前預(yù)計可能出現(xiàn)的缺陷形狀、類型以及部位，然后選擇最佳檢測方法。最后，任何檢測方法都存在優(yōu)缺點，因此，在實際檢測過程中，應(yīng)該綜合運用各種無損檢測方法，為承壓設(shè)備平穩(wěn)運行提供有力保障。

1.2 優(yōu)缺點

目前，在無損檢測研究中，超聲波檢測是運用最廣泛的一種方式，其具有以下優(yōu)點：聲波波長短、檢測范圍廣、穿透性強、方向性好、定位準(zhǔn)確以及檢測深度大，并且不但不會給人體帶來危害，還不會損害工業(yè)零件的性能。但其也存在一定缺點，即對具體檢測方法與工藝過于依賴，并具有檢測結(jié)果重復(fù)、遺漏檢測點等問題。在當(dāng)今社會，自動化的實現(xiàn)既可以將工業(yè)成本降到最低，還能夠提高商業(yè)效益，而在具體作業(yè)過程中必然不能缺少先進(jìn)無損檢測設(shè)備[2]。

2 無縫鋼管質(zhì)量檢測中運用的超聲波檢測技術(shù)

2.1 超聲波探傷

當(dāng)前，自動超聲波探傷設(shè)備已經(jīng)具備了對鋼管縱橫向表面缺陷進(jìn)行檢測的功能。不管是國產(chǎn)設(shè)備還是進(jìn)口設(shè)備，縱向缺陷檢測都比較成熟;而對于橫向缺陷，進(jìn)口設(shè)備的檢測功能較好。縱橫向缺陷超聲波主要是把ISO9305、GB/T5777以及ISO9303當(dāng)作主要的檢測標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合無縫鋼管軋制的工藝特點，在十分嚴(yán)格情況下，還應(yīng)該對斜傷進(jìn)行檢測。在實際檢測過程中，應(yīng)該以用戶要求與相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，合理配置超聲波探傷設(shè)備與方法。

目前，在具體運用過程中，以下幾種設(shè)備模式得到了廣泛運用：首先，旋轉(zhuǎn)水腔式，這一方式主要就是在密封水腔中讓探頭高速旋轉(zhuǎn)，并讓鋼管從中直行穿過來完成探傷操作。這一設(shè)備有著較快的探傷速度，在中小直徑的鋼管探傷檢測中得到了廣泛運用。

其次，局部水浸式。這種方式也被稱作溢流水浸式，其是指將探頭安裝到待檢測鋼管的下方盒子中，并把探頭盒中裝滿水，讓處在螺旋前進(jìn)狀態(tài)中的鋼管和水面相接觸，從而促進(jìn)探傷檢測的實現(xiàn)。這一設(shè)備在中小直徑的鋼管探傷檢測中能夠發(fā)揮出較好作用，對于實際檢測過程中前行速度較慢的情況，可以采取增添探頭數(shù)量的方式來增加螺距，并促進(jìn)速度的提升。

最后，接觸式。這一方式就是探頭直接和鋼管接觸，并和極薄水膜進(jìn)行耦合的一種探傷方式，其最大特點就是可以保證探頭不動或者是鋼管處在螺旋前行狀態(tài)。這種方式在厚壁鋼管與直徑較大的鋼管探傷檢測中發(fā)揮著良好作用。在局部水浸與接觸式的超聲波探傷設(shè)備中，國內(nèi)和國外并不存在較大差別[3]。

在眾多超聲波探傷設(shè)備中，除了接觸式設(shè)備有著較小的管端盲區(qū)，其余幾種設(shè)備管端檢測盲區(qū)都在200毫米，甚至有的超過了300毫米，而專用鋼管產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)則是不能存在檢測盲區(qū)，這也就使得在實際檢測過程中，必須加強對無損檢測方法的運用，為無縫鋼管質(zhì)量提供有力保障。同時，利用超聲波檢測無縫鋼管管段也是其他方法無法取代的，是可靠性最高的一種方法。雖然管端的超聲波探傷方法和管體方法一樣，但自動探傷設(shè)備只有局部水浸式與接觸式兩種模式。前者主要是讓鋼管原地旋轉(zhuǎn)，并讓溢水探頭盒帶著探頭向鋼管下方移動，其通常被運用在中小直徑的鋼管管端檢測中;而后者則是讓鋼管原地旋轉(zhuǎn)，并讓水膜耦合探頭向著鋼管上方移動，其主要被運用到直徑較大的管端檢測中。

在具體檢測過程中，通過對數(shù)字式的超聲波探傷設(shè)備進(jìn)行利用，然后憑借橫波反射法來檢測處在移動狀態(tài)下的鋼管與探頭，即利用特定干擾源來激發(fā)超聲波，讓其可以在傳播過程中做好數(shù)據(jù)收集工作。若超聲波發(fā)生了反復(fù)反射或者是折射情況，則表明無縫鋼管在某些方面存在缺陷。這時，可以采取脈沖反射法來展開檢測，若脈沖在生阻不同地方出現(xiàn)了反射情況，那么就能夠獲得和無縫鋼圈缺陷相關(guān)的各種數(shù)據(jù)，如缺陷大小、具體位置等。在對部分口徑較大的無縫鋼管進(jìn)行檢測時，脈沖反射法是最常運用的方式，在具體檢測過程中，超聲波探傷儀器會出現(xiàn)若干脈沖，而脈沖則可以利用晶體與耦合劑逐漸向材料中滲透，并在原本的回波路線出現(xiàn)變化，導(dǎo)致回波時間存在差異時，合理處理儀器反饋回來的聲速與回波時間，從而明確缺陷具體位置。

在對部分口徑較小的無縫鋼管進(jìn)行檢測時，由于鋼管半徑非常小，若選擇接觸式會導(dǎo)致各種問題出現(xiàn)，如波束嚴(yán)重擴散、耦合不良等，并給探傷靈敏度帶來不良影響。因此，在具體檢測過程中，應(yīng)該采取水浸聚焦探頭，并通過對橫向超聲波束的利用來完成檢測，及時、準(zhǔn)確找到材質(zhì)外表與內(nèi)部存在的缺陷。運用這種方式的主要原因就是聚焦探頭超聲波的波束能量十分集中，可以在較大程度上促進(jìn)檢測分辨率與靈敏度的提升，能夠在小口徑鋼管檢測中發(fā)揮著重要作用。

2.2 超聲波測厚

通常情況下，超聲波測厚是和超聲波探傷共同運用的。對無縫鋼管而言，超聲波測厚也能夠運用局部水浸、旋轉(zhuǎn)水腔以及接觸式等方式，設(shè)備模式則包含鋼管原地旋轉(zhuǎn)但探頭軸向移動、鋼管螺旋前行但探頭保持不動以及鋼管直線前進(jìn)帶探頭旋轉(zhuǎn)等。以往，在無縫鋼管質(zhì)量檢測過程中，測厚精度始終是無法解決的結(jié)束難題，而通過對超聲波探測技術(shù)的運用，則可以有效解決這一問題。在鋼管的超聲波測厚過程中，會給測量精準(zhǔn)度帶來影響的因素主要是各種機械裝置，如傳輸輥道、旋轉(zhuǎn)水腔等，其會給動態(tài)中的鋼管和測厚探頭相對位置帶來影響。目前，由于設(shè)備制造精度與運動穩(wěn)定性在整體上得到了提升，并且超聲儀器也添加了高速閘門跟蹤功能，這使得自動測厚水平獲得了較大提高，其測量精準(zhǔn)度已經(jīng)超過了0.06毫米，與產(chǎn)品檢驗標(biāo)準(zhǔn)完全相符。

結(jié)合當(dāng)前發(fā)展趨勢，分層缺陷檢測逐漸變得越來越重要。通常情況下，分層缺陷主要是在距離鋼管表面1/2到1/4的厚壁處出現(xiàn)，若在缺陷處實施鋼管切斷操作，那么橫斷面就會出現(xiàn)層狀，并且分離現(xiàn)象十分明顯，這也就使得分層缺陷是不被允許存在。在實際檢測過程中，超聲波檢測技術(shù)的運用，可以將標(biāo)準(zhǔn)中的8毫米×15毫米分層缺陷充分檢測出來，即周向?qū)挾仁?毫米、軸向長度是15毫米，并且由內(nèi)表面所刻制出來的矩形凹槽。因為主要是通過超聲縱波法來對分層缺陷進(jìn)行垂直檢測，所以，通常情況下，檢測分層和測厚需要運用相同探頭。同時，由于薄壁管的分層厚度僅占據(jù)鋼管壁厚1/4，因此，要想防止出現(xiàn)誤報情況，就應(yīng)該在一次與二次底波間設(shè)置閘門;而若分層缺陷深度超過鋼管壁厚1/4或者是管壁較厚，則應(yīng)該在一次底波與界面波間折紙閘門，提高反射回波，避免出現(xiàn)誤報情況。

2.3 超聲波測徑

在運用超聲波對鋼管外徑進(jìn)行測量時，具體程序如下：將超聲波探頭A與B對稱分布，二者間距離是一定的，用L表示，而探頭A、B和鋼管表面的距離則可以通過測量獲得，分別記作S1與S2，則鋼管外徑可以由D=L-（S1+S2）這一公式獲得。

3 結(jié)論

綜上所述，加強超聲波檢測技術(shù)在無縫鋼管質(zhì)量缺陷檢測中的運用已經(jīng)成為了一項重要工作。因此，必須掌握不會損害被測項目、合理選擇實施時機與方式以及綜合運用檢測方法等無損檢測特點，并加強超聲波檢測技術(shù)在無縫鋼管探傷、測厚以及測徑等方面的運用，提高檢測水平，保證無縫鋼管質(zhì)量，從而促進(jìn)無縫鋼管行業(yè)健康發(fā)展。

【參考文獻(xiàn)】

[1]金術(shù)杰.能力驗證-無縫鋼管內(nèi)部缺陷接觸法超聲檢測[J].無損探傷，2018，42（06）：41-43.

[2]李跟社，袁興龍，張銀亮.厚壁無縫鋼管縱向內(nèi)壁缺陷超聲波探傷方法的研究[J].鋼管，2018，47（05）：55-58.

[3]葉子義.熱軋無縫鋼管質(zhì)量檢測技術(shù)的現(xiàn)狀問題分析及改進(jìn)對策研究[J].中國設(shè)備工程，2017（04）：65-66.

作者簡介：

方德偉（1972.03—），男，浙江溫州人，大專，工程師，浙江永上特材有限公司總經(jīng)理，研究方向：不銹鋼管及特材冷加工，無損檢測。