熱軋無縫鋼管質量缺陷與檢測方法探討

趙培得 楊永峰 邵濤

西安三環科技開發總公司 陜西西安 710075

1 熱軋無縫鋼管的質量缺點及缺陷分析

介紹我國熱軋無縫鋼管質量缺陷的主要技術資料是由原冶金工業部信息標準研究院鋼鐵標準化辦公室1990年編制的《鋼鐵產品標準化工作手冊》。本書詳細介紹了熱軋無縫鋼管的19種缺陷，分別是：裂紋（裂紋）、發紋、內折、外折、軋制折、軋制折、直內折、直道、分離層、結疤（含翹曲皮）、凹坑（凹陷）、凹坑（凸起）、凸出（凸起）、麻點（麻點）、凹凸，劃痕、內螺旋、綠線和毛刺。目前，上述19個缺陷有很多變化。一是從1999年大規模修訂《熱軋無縫鋼管國家標準》（以下簡稱國標）開始，消除了“發際線”缺陷。第二個“毛刺”不再列為單一缺陷，但當產品標準談到末端形狀時，有書面要求“應去除切口的毛刺”。

2 熱軋無縫鋼管的用途類型

《建筑無縫鋼管》（GBT8162-1999）。主要在于普通構造和機械結構中使用。代表材料：碳鋼、20、45鋼；合金鋼Q345、20Cr、40Cr、20CrMo、30-35CrMo、42CrMo 等[1]。

（1）《流體輸送用無縫鋼管》（GBT8163-1999）。主要在與工程及比較大型設備上輸送流體的管道。代表材料有20、Q345等。

（2）《中低壓鍋爐用無縫鋼管》（GB3087-1999）是用于建造各類過熱的蒸汽管道、中低壓鍋爐用沸水管道、大煙管道、小煙管道好的碳素構造鋼熱軋、冷拔（軋）無縫鋼管。機車鍋爐所應用的熱蒸汽管及拱磚管。代表材料為10號鋼和20號鋼。

（3）《高壓鍋爐用無縫鋼管》（GB5310-1995）是應用于高壓管及上水的管鍋爐受熱面優質性碳鋼、合金鋼和不銹鋼耐熱鋼無縫鋼管。代表性材料有20g、12Cr1MoVG、15CrMoG等。

（4）《石油裂化用無縫鋼管》（GB9948-1988）。應用于石油冶煉廠的鍋爐、換熱器及流體型管道。其代表材料有20、12Cr-Mo、1Cr5Mo、1Cr19Ni11Nb等。

（5）《地質鉆探用鋼管》（YB235-70）是應用于地質部門鉆取巖芯的鋼管。其具體用途可分為鉆桿、鉆鋌、芯管、套管和沉降管。

3 熱軋無縫鋼管的主要檢測幾種方法

3.1 無損常規檢測

（1）超聲波檢測法。采用電磁感應法，并在實際應用的基礎上形成了一種新的檢測方法——超聲波檢測法。在檢測階段，第一名工作人員應在管道中激發一束超聲波，這將有效地在管道中傳播。如果管外有問題，超聲波會反射并出現異常現象。對于鋼管中超聲波的變化，通過對探傷儀獲取的信息進行科學處理，可以獲得更多的信息。該方法可用于檢測鋼管中的多種問題，具有很強的靈敏度。對于質量較好的鋼管，一般采用這種方法，主要是因為速度太慢，不適合快速生產企業[2]。

（2）渦流探傷。采用渦流檢測方法，在管道末端會形成一定長度的檢測盲區，約0．2m，產生這種現象的原因是檢測方法本身具有一定的局限性。普通渦流檢測設備根據檢測探頭的不同分為點探頭和通探頭兩種。在檢測過程中，探針的前向方式主要是螺旋式，檢測時間長，檢測效率低。通孔探頭結構簡單，能快速檢測管道的裂紋、凹陷和外部褶皺，具有較高的靈敏度。這種方法是管道檢測中常用的方法。

（3）漏磁檢測方法。首先，被測管道應磁化。待測管道磁化后，其表面會產生漏磁場。這種利用漏磁原理檢測鋼管的方法稱為漏磁檢測法。磁粉探傷和磁場測量是漏磁檢測中應用最廣泛的兩種方法。由于磁場測量是利用傳感器獲取漏磁場的信息，這種方法非常適合于在短時間內對大量鋼管進行自動探傷。

3.2 熱軋無縫鋼管聯合無損自動探傷

傳統的無損檢測只能檢測鋼管的某些特定缺陷，而不能檢測鋼管的所有內部缺陷。針對這一現象，有學者提出將多種檢測方法結合起來檢測鋼管缺陷。經過一系列的實踐，發現渦流探傷與漏磁探傷相結合，可以全面檢測鋼管的主要缺陷。這種組合檢測方法能夠滿足鋼管的使用標準，滿足大多數用戶的需要。漏磁檢測法能準確檢測鋼管的縱向缺陷，傳感器可根據實際檢測速度進行調整，以滿足裝配線上檢測性能的要求。該檢測方法與渦流檢測方法在檢測速度上無沖突。

3.3 利用ANSYS進行漏磁檢測

ANSYS軟件在鋼管檢驗中的應用，不僅節省了時間和人力，而且提高了檢驗質量。ANSYS軟件是一種集結構、電場、流體、聲場、磁場分析于一體的多功能有限元分析軟件，具有交互式菜單環境。在漏磁檢測方法中，重點是鋼管缺陷附近的漏磁。利用ANSYS有限元分析軟件中的電磁計算方法，建立了鋼管漏磁檢測的有限元分析模型。經過三維有限元分析，缺陷處漏磁信號與實際測量信號基本一致。應用ANSYS有限元分析軟件可以使無縫鋼管缺陷的檢測更加全面和準確，從而提高漏磁檢測的質量[3]。軟件分析過程分為三個步驟：（1）在軟件的預處理模塊中，利用實體建模和網格生成工具建立有限元模型。（2）由分析計算模塊完成求解。（3）計算結果由軟件后處理模塊以圖表和曲線的形式顯示。

4 結語

近年來，隨著我國鋼管行業的不斷發展，對一套統一的缺陷條款的要求越來越重要。產品質量缺陷是衡量產品質量是否合格的重要評價標準，是質量檢驗的最基本工作。通過對我國鋼管質量檢測技術的仔細分析，可以發現我國鋼管質量檢測技術的發展水平與世界先進國家還存在一定的差距。要想在鋼管檢測技術上與國際接軌，我們還有很長的路要走。