超聲檢測在工業(yè)管道定期檢驗中的應(yīng)用

張占權(quán)

（山西省安裝集團股份有限公司，山西 太原 030032）

1 工業(yè)管道安裝過程中的無損檢測技術(shù)

1.1 原材料的無損檢測

工業(yè)金屬管道是工業(yè)領(lǐng)域中重要的一種管道，主要包括無縫管和有縫管兩種類型。無縫管的制作方式有穿孔法、高速擠壓法、鍛造和軋制等，這些方法都能夠生產(chǎn)出高質(zhì)量的無縫管。但是，在使用和存放過程中，無縫管會出現(xiàn)一些常見問題，如裂紋、折疊、夾層、夾雜和內(nèi)壁拉裂等。相比之下，有縫管是通過將原料依照模型呈現(xiàn)管道形狀，再通過焊接形成。通常采取電阻焊或埋弧自動焊的方式。有縫管的制作成本較低，生產(chǎn)效率也較高。然而，有縫管存在的問題通常包括裂紋、未焊透、未融合氣孔和夾渣等問題。這些問題可能會影響管道的使用壽命和安全性，因此，需要進(jìn)行嚴(yán)格的檢測和控制。為了確保工業(yè)金屬管道的品質(zhì)和安全，制造商需要采取一系列的措施。首先，要選擇高質(zhì)量的原材料，并嚴(yán)格執(zhí)行生產(chǎn)工藝。其次，要進(jìn)行全面的檢測和測試，以便及時發(fā)現(xiàn)和解決問題。漏磁檢測原理如圖1所示。最后，要加強對管道使用和存放的管理，避免不必要的損壞和誤用[1]。

圖1 漏磁檢測原理

1.2 渦流檢測

渦流檢測工作調(diào)試對測試效果的精準(zhǔn)度和一致性至關(guān)重要。為了確保渦流檢測工作的有效性，有必要對儀器進(jìn)行調(diào)試，以便獲得準(zhǔn)確和可靠的結(jié)果。在渦流檢測工作中，對比試樣是調(diào)試儀器靈敏度的重要手段之一。通過使用對比試樣，可以根據(jù)其與被檢測對象的相似性來檢查儀器是否準(zhǔn)確地檢測到缺陷。對比試樣的選擇很重要。它需要與被檢測對象臨近或具有同樣的性能、狀態(tài)、標(biāo)記和規(guī)格。這樣可以確保測試結(jié)果的可比性和可靠性。如果對比試樣與被檢測對象的性能不同，那么測試結(jié)果可能會受到誤導(dǎo)，導(dǎo)致不準(zhǔn)確的結(jié)論。因此，在選擇對比試樣時，需要特別注意與被檢測對象的相似性。刻槽和通孔是常見的對比試樣中存在的人為缺陷。這些缺陷可以用來檢查渦流檢測儀器的靈敏度和準(zhǔn)確性。在使用刻槽和通孔時，需要確保它們的大小和形狀符合標(biāo)準(zhǔn)。如果這些缺陷不符合標(biāo)準(zhǔn)，則測試結(jié)果可能會受到誤導(dǎo)，導(dǎo)致不準(zhǔn)確的結(jié)論。渦流檢測如圖2 所示。

圖2 渦流檢測

1.3 管材的超聲檢測

小口徑管材是一種重要的工業(yè)材料，廣泛應(yīng)用于石油、化工、水電等領(lǐng)域。對于小口徑管材的質(zhì)量檢測，超聲檢測技術(shù)是一種常用的手段。下面將詳細(xì)介紹小口徑管材超聲檢測技術(shù)的關(guān)鍵點。首先，小口徑管材大部分為無縫管，可采用橫波和行波進(jìn)行周向和軸向掃查檢測。這種無損檢測技術(shù)，可以通過超聲波在管材中的傳播來檢測管材的內(nèi)部缺陷，從而判斷管材的質(zhì)量。其中，橫波可以檢測管材的周向缺陷，而行波則可以檢測管材的軸向缺陷。其次，在檢測時需要了解管材與探頭的軌跡和聲束覆蓋區(qū)域，保障全面掃查，避免漏檢。這是因為在實際的檢測中，管材和探頭的距離、相對位置等因素都會影響到檢測的結(jié)果。因此，在進(jìn)行超聲檢測前，需要對管材和探頭的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計算和確定，從而保證全面掃查，避免漏檢[2]。最后，小口徑超聲檢測技術(shù)有接觸法和水浸法兩種。接觸法常用于手工檢測，可增加耦合性能，避免波束擴散，采用接觸式聚焦探頭，提高檢測精準(zhǔn)度；水浸法則適用于自動化檢測，可大幅提高檢測效率和準(zhǔn)確度，但需要考慮水浸后對管材的影響。超聲檢測圖3 所示。

圖3 超聲檢測

2 超聲檢測特點

（1）面積型缺陷檢測率較高。

焊縫作為機械設(shè)備中最容易出現(xiàn)缺陷的部位之一，需要進(jìn)行全面的檢測。反射超聲波是一種廣泛應(yīng)用于焊縫檢測的方法，其能夠檢測焊縫中的坡面未熔合、裂紋和橫向條形缺陷等問題。反射超聲波的檢測效果受缺陷面積的影響，缺陷面積越大，回波越高，越容易檢出[3]。因此，反射超聲波對于較大的缺陷可以進(jìn)行有效的檢測，但對于體積型缺陷的檢測率較低，未焊透、縱向條形缺陷易漏檢。然而，反射超聲波不能全面覆蓋定檢規(guī)則中要求的焊縫超標(biāo)缺陷檢測項目，導(dǎo)致部分超標(biāo)缺陷無法檢測出，影響檢驗質(zhì)量。因此，在遇到有缺陷的焊接接頭時，需要附加射線檢測方法進(jìn)行檢測，以保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。總之，反射超聲波作為一種常用的焊縫檢測方法，具有一定的優(yōu)點和局限性。在實際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體情況選擇合適的檢測方法，并結(jié)合其他檢測手段進(jìn)行綜合檢測，以提高檢測準(zhǔn)確性和效率。

（2）適宜檢驗較厚的工件。

超聲檢測是一種常用的無損檢測方法，適用于壁厚6mm 及以上的承壓設(shè)備檢驗。這種方法可以利用超聲波在材料中傳播的特性，檢測材料內(nèi)部的缺陷和變化。對于壁厚較大的設(shè)備，超聲波的穿透深度較大，可以深入材料內(nèi)部進(jìn)行檢測，因此檢測效果較好。然而，對于管道壁厚6mm 以下的設(shè)備，超聲檢測就需要配備專用試塊進(jìn)行操作。這種操作難度較大，而且缺陷識別也比較困難。在這種情況下，建議采用其他的無損檢測方法。此外，超聲波對于厚度大的工件檢測效果較好，但對于厚度不足的工件容易混淆。因此，在進(jìn)行超聲檢測時，需要根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。對于公稱直徑≤100mm 的小徑管道，壁厚小于6mm 的管道不適用超聲檢測，推薦采用射線檢測。射線檢測可以通過對材料進(jìn)行透射或反射，檢測出材料內(nèi)部的缺陷和變化。雖然射線檢測需要注意輻射的安全性，但對于小徑管道的檢測來說，卻是一種較為可靠的方法。

（3）檢驗成本低、速度快，檢測儀器體積小、重量輕，現(xiàn)場使用方便。

工業(yè)管道的安全運營對于企業(yè)的生產(chǎn)和員工的安全至關(guān)重要。因此，對于管道的定期檢驗成為保障安全運營的必要措施。然而，傳統(tǒng)的檢驗方法往往需要花費大量時間和資金，給企業(yè)帶來了很大的負(fù)擔(dān)。而現(xiàn)在，一種低成本、高效率的工業(yè)管道檢驗方法應(yīng)運而生。該方法的關(guān)鍵點在于檢驗成本低、速度快。對于管道數(shù)量眾多、米數(shù)長的企業(yè)，采用這種方法可以大幅降低檢驗費用并縮短定期檢驗時間。此外，該檢驗方法的突出優(yōu)勢在于現(xiàn)場使用方便。相比于傳統(tǒng)的射線檢測方法，該方法無須停止運行、排空液體、置換氮氣等操作，檢驗中期也不需要涉及多個工序，檢驗后期也不需要洗片、晾干評定等復(fù)雜程序，大大節(jié)省了時間和人力成本[4]。這種工業(yè)管道檢驗方法的具體操作流程如下：首先，使用專用的檢測儀器對管道進(jìn)行檢測，儀器會發(fā)出一定的電磁波，通過對電磁波的分析可以得出管道內(nèi)部的情況。然后，對檢測結(jié)果進(jìn)行分析和評估，得出管道的健康狀況。最后，將結(jié)果反饋給企業(yè)，供其參考和決策。

3 工業(yè)管道超聲波檢測技術(shù)的具體應(yīng)用

3.1 管道母材超聲波探傷

為保證管線的安全可靠運行，必須對管線進(jìn)行外觀宏觀監(jiān)控、超聲厚度測定、硬度測定等。在這些技術(shù)中，超聲無損測試具有經(jīng)濟、快速和準(zhǔn)確等優(yōu)點，能夠?qū)︿摴軆?nèi)部的各種損傷進(jìn)行有效的探測。剪切波是一種很好的方法，它能很好地探測出材料中的縱裂紋，而剪切波則能很好地探測到管線的內(nèi)壁。在測量過程中，必須對探針的移動進(jìn)行有效的調(diào)控，以確保測量的精度和速度。首先要確保機器人的運行軌跡是螺旋的，其運行的速率要保持在150mm/s，其軸向覆蓋范圍不能超過15%，并且探針的單次軸線位移不能超過7.65mm。在管線測試中，要進(jìn)行分段施工。在相同的轉(zhuǎn)動方向探測完畢以后，若所有的訊號都是正確的，則可以進(jìn)行下一個方向的探測。若出現(xiàn)不正常的現(xiàn)象，應(yīng)立即對其進(jìn)行準(zhǔn)確的位置與量化，并與試塊檢測的敏感性進(jìn)行比較，保證4h 內(nèi)的檢測周期。若對檢驗結(jié)果有疑問，則應(yīng)核對對照試樣。在超聲探測參考敏感度的調(diào)整過程中，要將探測器移開，以求出最大的直射光回波，再在屏幕上進(jìn)行相應(yīng)的修正。然后將探測器移至試件的一端，確定了最大的反射波，并進(jìn)行相應(yīng)的測量，繪制出相應(yīng)的測距波幅曲線[5]。探傷儀如圖4 所示。

圖4 探傷儀

3.2 探頭磨制

探頭磨制技術(shù)在管道檢測中扮演著重要的角色。磨制探頭的目的是為了使探頭符合管道外徑的曲面，以便于探頭能夠準(zhǔn)確地檢測管道內(nèi)部的缺陷。但是，在進(jìn)行探頭磨制之前，需要考慮到各種因素對入射點和K 值測量的影響，以提高檢測的準(zhǔn)確性。同時，還需要測量K 值和超聲波的聲速，以確保探頭的準(zhǔn)確性。在磨制階段，需要固定入射角和K 值，并將探頭弧面最高點作為入射點。此外，還需要保障弧面最高點高于入射角束軸線，以避免探頭在檢測過程中出現(xiàn)誤差。在磨制過程中，可以將水墨細(xì)砂紙放置在鋼管表面，以提高弧面的平滑度，從而進(jìn)一步提高探頭的準(zhǔn)確性?？傊?，探頭磨制技術(shù)是管道檢測的核心技術(shù)之一，它對于管道缺陷的檢測具有至關(guān)重要的作用。在探頭磨制過程中，需要注意各種因素的影響，并進(jìn)行測量和調(diào)整，以確保探頭的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。只有這樣，才能夠?qū)崿F(xiàn)管道檢測的高效、準(zhǔn)確和可靠。

3.3 錯誤磨制

超聲波檢測是一種非常常見的無損檢測方法，可以用于檢測各種材料的缺陷和內(nèi)部狀況。然而，超聲波檢測也有其自身的限制和要求。以下是一些關(guān)鍵點，需要注意：①改變?nèi)肷浣莂 和K 值會影響聲壓往復(fù)透射率，進(jìn)而影響檢測靈敏度。這是因為入射角和K 值會影響超聲波在材料中的傳播路徑和強度，從而影響其檢測效果。因此，在進(jìn)行超聲波檢測時，需要根據(jù)具體情況選擇合適的入射角和K 值。②如果K 大于1.09，則無法利用主聲束檢測內(nèi)表面，或者存在折射橫波和折射縱波，影響檢測效果。這是因為當(dāng)K 值大于1.09 時，主聲束會發(fā)生折射，從而影響其傳播路徑和強度，導(dǎo)致檢測效果不佳。因此，在進(jìn)行超聲波檢測時，需要注意K值的選擇，并根據(jù)需要選擇合適的檢測方法。③錯誤的磨制方法，如將弧面最高點設(shè)置在入射角束軸線之前或之后，會導(dǎo)致入射角不在第一或第二臨界角內(nèi)，無法實施檢測。這是因為超聲波在材料中的傳播路徑是受材料表面形狀和入射角的影響的。如果表面形狀不正確，或者入射角不在第一或第二臨界角內(nèi)，則會影響超聲波的傳播和檢測效果。④在第一臨界角以內(nèi)，同時存在折射橫波和折射縱波，無法實施檢測。這是因為當(dāng)超聲波在材料中傳播時，會發(fā)生折射現(xiàn)象。如果在第一臨界角以內(nèi)，同時存在折射橫波和折射縱波，則會導(dǎo)致超聲波傳播路徑的復(fù)雜性，從而影響檢測效果。⑤在第二臨界角以上，只會產(chǎn)生表面波，無法開展檢測工作。這是因為在第二臨界角以上，材料中的超聲波只能產(chǎn)生表面波，無法深入材料內(nèi)部進(jìn)行檢測。因此，在進(jìn)行超聲波檢測時，需要根據(jù)具體情況選擇合適的檢測方法和角度。

4 結(jié)語

總之，工業(yè)管道定期檢驗工作是一項重要的工作，但也存在著不少難題。檢驗單位需要在選擇合適的檢測方法的同時，盡量滿足受檢單位的要求，以保證工業(yè)管道的安全運行。