鋼板超聲波自動掃查方式對探傷覆蓋率的影響

張 偉，李 慧，劉 聰

（1.渤海石油裝備巨龍鋼管有限公司，河北滄州 062658；2.渤海能克鉆桿有限公司，河北滄州 062658）

0 引言

超聲波在被檢測材料中傳播，當被檢測材料的厚度為超聲波的半波長的整數倍時將引起共振，儀器上會顯示出規律的波形。當超聲波遇到缺陷時會發生一些特性的變化，如能量損失、反射等，共振頻率發生變化，此時儀器上會顯示出不同的波形，通過這些特性可以判斷材料的缺陷（圖1）。超聲波具有靈敏度高、穿透力強、設備輕便等特性，所以該檢測技術被廣泛應用于金屬、非金屬和復合材料等制造行業，尤其在天然氣長輸鋼管的制造過程中發揮了重要作用，主要用于檢測鋼板母材中是否有分層、夾渣、裂紋等缺陷。

圖1 接觸法單探頭直射聲束脈沖反射法

1 標準要求

鋼板超聲波檢測一般采用脈沖反射法進行檢測，脈沖反射法檢測靈敏度高，可對缺陷精準定位且操作方便，缺點就是有檢測盲區，需要通過設置合理的掃查方式來覆蓋盲區。掃查指的是在檢測過程中，鋼板和探頭裝置之間應相對移動。不同的標準對鋼板掃查覆蓋范圍有不同的要求，具體見表1。

通過表1 可知，這4 個標準中都明確規定了鋼板超聲波檢驗的寬度范圍，掃查的最小覆蓋范圍和相鄰掃查軌跡間的最大間距。

表1 不同標準的鋼板掃查覆蓋范圍

現有的鋼板超聲波自動探傷設備，有兩種掃查方式可供選擇。一種為擺動掃查，即鋼板和探頭同時運動，鋼板前進，探頭在板寬方向做往復運動（圖2）。另一種為梳狀掃查，即鋼板前進、探頭保持不動（圖3）。

圖2 擺動掃查

圖3 梳狀掃查

由于標準要求的不同，所選的掃查方式也要相應改變。另外，檢測過程中相對移動速度波動應≤±10%。

2 實際應用

2.1 探頭的選擇

在CDP-S-NGP-PL-013-2019-4《天然氣管道工程用直縫埋弧焊管熱軋鋼板技術規格書》中，第9.4.2.1.2 條款對探頭做出了明確的要求：宜采用晶片直徑或邊長小于30 mm、頻率為2.5 MHz、5 MHz 直探頭。在評估和精確測定缺陷時，允許使用其他性能更優的探頭。

所以，探頭晶片的尺寸可定為8 mm×29.8 mm×2 mm，而探頭頻率則要根據探傷速度及探傷所要求的設備重復頻率來選擇。

2.2 邊部探頭的選用

鋼板超聲波自動探傷儀的探頭由邊部探頭和中部探頭兩部分組成。

標準對鋼板側邊一定范圍內要求100%掃查，所以，邊部探頭一般設計為探傷覆蓋范圍達到一定尺寸的組合式探頭，即將多個探頭組合成為一個探頭組，且各探頭重疊15%。將裝有組合式探頭的探架固定在用電機控制的托板上，托板上同時裝有邊靠輪和隨動氣缸。探傷時，探頭落在鋼板邊部，探頭一側與鋼板側邊邊平齊，探頭通過邊靠輪及隨動氣缸與鋼板型變同步，以達到100%掃查。

2.3 中部探頭的選用

為滿足標準的要求，中部探頭的布置則需要根據不同的板體覆蓋率進行選擇。現有標準對覆蓋面積大致分為3 個等級。

2.3.1 覆蓋面積為5%～25%

要達到該覆蓋面積，有兩種探頭布置方式：

（1）采用擺動掃查，中探設置一排，選用單個探頭，根據所要生產的板寬設置探頭，且相鄰掃查軌跡間的最大間距小于40 mm。

（2）采用梳狀掃查，中探設置一排，選用單個探頭，根據所要生產的板寬設置探頭，且相鄰掃查軌跡間的最大間距小于40 mm。

雖然兩種掃查方式的覆蓋率都可以達到標準的要求，但是相對于梳狀掃查，擺動掃查覆蓋具有一定的隨機性。所以，在覆蓋面積5%～25%時建議采用擺動掃查。

2.3.2 覆蓋面積為30%～55%

要達到該覆蓋面積，有兩種探頭布置方式，無論是擺動掃查還是梳狀掃查，方式及要求同“覆蓋面積在5%～25%”一樣，但采用梳狀掃查時要求探頭之間重合15%。

兩種掃查方式的覆蓋率都可以達到標準的要求，但覆蓋面積30%～50%時建議采用擺動掃查。

2.3.3 覆蓋面積100%

覆蓋面積100%時，只能采用梳狀掃查，且中探需設置雙排組合式探頭。設置雙排探頭的目的是為了避免探頭夾持工裝所造成的探傷盲區。

3 結束語

由于國內外標準或技術條件的要求不同，對于檢測面積的要求也不同。所以，各生產廠家需要根據自己所執行的標準或技術條件進行鋼板超聲波自動探傷設備的選擇。