無縫鋼管管端局部浸沒式超聲自動(dòng)探傷

摘 要 主要介紹了無縫鋼管管端局部浸沒式超聲自動(dòng)檢測方法，利用超聲波檢測無縫鋼管管端金屬基體內(nèi)部、外部和表面下的缺陷。通過對(duì)水浸式超聲檢測原理的理解，布局超聲探頭組，研究自動(dòng)檢測方法。采用檢測方式為：鋼管周向自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，探頭組沿鋼管軸線方向直線移動(dòng)。

關(guān)鍵詞 無縫鋼管；管端自動(dòng)探傷；超聲波探傷；水浸式；局部水浸式

中圖分類號(hào)：TH878 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）08-0111-02

在石油工業(yè)發(fā)展的進(jìn)程中，無縫管扮演者重要的角色，無縫管管端的質(zhì)量尤為重要，近年來受到越來越高的重視?，F(xiàn)行控制管端質(zhì)量的方法通常有以下幾種：①在經(jīng)過管體檢測合格后，將存在檢測盲區(qū)的管端部分切除。這樣做雖然保證了質(zhì)量，但是相對(duì)要投入極大的人力物力，并且產(chǎn)生極大的成本浪費(fèi)；②工便攜式超聲管端探傷，一般采用接觸法，對(duì)鋼管探測面的光潔度要求較高，雖然設(shè)備簡單、操作方便、機(jī)動(dòng)靈活性強(qiáng)、探傷圖形比較簡單，容易判斷、檢測出缺陷的靈敏度較高，但是檢測效率比較低，檢測結(jié)果對(duì)檢測員的個(gè)人責(zé)任心，及個(gè)人職業(yè)素質(zhì)過于依賴，該方法適用于單件小批量及規(guī)格多的情況；③運(yùn)用磁粉自動(dòng)法檢測，此方法雖然彌補(bǔ)了檢測效率低等問題，但是對(duì)檢測員個(gè)人素質(zhì)的依賴以及檢測缺陷種類單一成為其擴(kuò)大發(fā)展的短板。

超聲自動(dòng)探傷具有一次性投入，長期受益，檢測方法簡單，結(jié)果判定形象直觀，無污染，設(shè)備易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，因此，對(duì)于特定要求的大批量無縫管管端檢測，超聲自動(dòng)探將成為其不二選擇。

1 水浸式檢測原理

1）水浸式檢測是指將水浸縱波探頭置于水中，利用縱波傾斜入射到水/鋼界面，當(dāng)入射角α1≤α≤α2時(shí)，可在鋼管內(nèi)實(shí)現(xiàn)純橫波檢測。

2）檢測參數(shù)的選擇。①偏心距的選擇：如圖所示，偏心距是指探頭聲束軸線與管材中心軸線的水平距離X，入射角α隨偏心距X的增大而增大，控制X就可以控制α。

水浸探傷中如果要實(shí)現(xiàn)純橫波檢測到鋼管內(nèi)壁，則需

0.251R≤X≤0.458r （1）

可取平均值： （2）

式中：R—鋼管外半徑；r—鋼管內(nèi)半徑。

②水層厚度的選擇。在水浸檢測中，要求水層厚度H大于鋼管中超聲橫波全聲程的一半，即

H>Xs這是因?yàn)樗蠧水=1480 m/s，鋼中Cs=3230 m/s，

C水/Cs≈1/2。

當(dāng)水層厚度大于鋼中橫波聲程的1/2時(shí)，水/鋼界面的第二次回波將位于管子的缺陷波（一次波），（二次波）之后，這樣有利于對(duì)缺陷的判別。

③焦距的選擇F。水浸自動(dòng)探傷應(yīng)使探頭的焦點(diǎn)落在與聲束軸線垂直的管心線上。

F=H+

式中，F(xiàn)—焦距H—水層厚度；R—鋼管外半徑；X—偏心距。

2 探傷方法

1）檢測方式：鋼管原地周向旋轉(zhuǎn)，探頭組沿著管軸線方向直線前進(jìn)。如圖所示。

2）檢測方法：局部水浸式自動(dòng)掃查，分層和壁厚采用直聲束，縱橫向缺陷采用斜聲束

檢測。

3）檢測速度控制：螺距，鋼管原地周向旋轉(zhuǎn)一周，探頭軸向前進(jìn)的距離稱為螺距，以此來控制檢測速度。為滿足探傷100%覆蓋率要求，螺距設(shè)定必須控制在探頭有效聲束寬度以內(nèi)。分層及壁厚檢測覆蓋率依照API 5L，API 5CT及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或用戶要求設(shè)定。保證不漏檢螺距計(jì)算公式如下：

VP=XлD

其中：x—探頭前進(jìn)速度（毫米/秒）；D—鋼管直徑；V—托輥線速度（毫米/秒）；P—螺距。

3 對(duì)比試樣

1）樣管：在無縫鋼管生產(chǎn)檢驗(yàn)過程中，為了調(diào)試探傷設(shè)備的綜合性能和設(shè)備使用過程中定時(shí)校驗(yàn)而在與被檢鋼管具有相同公稱尺寸，相近化學(xué)成分，表面狀態(tài)及熱處理狀態(tài)和聲學(xué)性能相近的鋼管上刻制相應(yīng)級(jí)別的人工缺陷，作為參考的試樣叫做樣管。

2）對(duì)比試樣上的人工缺陷是評(píng)定自然缺陷當(dāng)量的依據(jù)，但不應(yīng)理解為被檢出的自然缺陷與人工缺陷的信號(hào)幅度相等時(shí)二者的尺寸必然相等，也不能理解為該設(shè)備所能檢出的最小缺陷尺寸。

3）制作對(duì)比試樣用的鋼管不應(yīng)有影響校準(zhǔn)的自然缺陷。對(duì)比試樣的長度盡量保持與被檢鋼管相等或相近，避免應(yīng)長度不同引起震動(dòng)幅度大小不一進(jìn)而影響校驗(yàn)的可靠性。

4）管端樣管人工缺陷位置及尺寸如圖所示。

樣管圖

說明：1：L-ID 縱向內(nèi)傷 距離A端100 mm；2：L-OD 縱向外傷 距離A端300 mm；3：T-OD 橫向外傷 距離A端10 mm；“—”：外表面缺陷；4：T-ID 橫向內(nèi)傷 距離A端（10+2WT）mm；“﹉”：內(nèi)表面缺陷；5：Lam 分層 距離A端5 mm。

4 探傷步驟

4.1 設(shè)備調(diào)試

1）每次重新使用探傷設(shè)備或者更換檢驗(yàn)感官規(guī)格時(shí)須用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的對(duì)比試樣對(duì)探傷設(shè)備進(jìn)行調(diào)試。

2）設(shè)備調(diào)試后應(yīng)使對(duì)比試樣上同一人工缺陷在圓周方向不同位置開始旋轉(zhuǎn)所得信號(hào)幅度一致。

4.2 樣管校驗(yàn)

1）靜態(tài)下每個(gè)通道人工缺陷回波高度調(diào)整為75%滿屏

高度。

2）動(dòng)態(tài)校驗(yàn)時(shí)每個(gè)人工缺陷的回波高度應(yīng)高于50%滿屏

高度。

3）閘門設(shè)定為40%滿屏高度。

4）設(shè)備必須用標(biāo)準(zhǔn)化樣管校準(zhǔn)，在每個(gè)班的開始或更換操作者，并以每4小時(shí)為周期進(jìn)行，生產(chǎn)結(jié)束也要進(jìn)行。每次校驗(yàn)3遍，3遍中相同位置的人工缺陷的波動(dòng)不大于3dB。

4.3 探傷

1）設(shè)備校驗(yàn)合格后方可進(jìn)行檢測，檢測應(yīng)逐批逐個(gè)進(jìn)行。

2）設(shè)備記錄每根鋼管動(dòng)態(tài)檢測信號(hào)圖像，并具有聲光報(bào)警功能，方便在有缺陷時(shí)引起檢驗(yàn)人員的警覺。endprint

5 缺陷的評(píng)價(jià)和處理

1）對(duì)等于或大于拒收界限的顯示信號(hào)進(jìn)行評(píng)定，或者按以下條款作為缺陷的信號(hào)進(jìn)行處置。顯示信號(hào)的評(píng)定應(yīng)由具有1級(jí)資格的探傷人員在2級(jí)或者3級(jí)探傷人員的監(jiān)督指導(dǎo)下進(jìn)行，或者由2級(jí)，3級(jí)探傷人員進(jìn)行。

2）如缺陷產(chǎn)生的回波高度等于或超過由對(duì)比試樣槽調(diào)整的特定的回波高度（報(bào)警閘門），則該缺陷是不可接受的。

3）帶有缺陷的產(chǎn)品應(yīng)采取以下方法中的一種進(jìn)行處理。

①在長度要求的范圍內(nèi)帶有缺陷的部分應(yīng)被切除；②管子應(yīng)被拒收。

4）若在原顯示信號(hào)區(qū)域未發(fā)現(xiàn)缺陷，但對(duì)該顯示信號(hào)無法解釋，則該管端應(yīng)采用相同的檢驗(yàn)方法相同靈敏度進(jìn)行重新檢驗(yàn)。若果重新檢驗(yàn)沒有等于或高于報(bào)警閘門的信號(hào)，則此鋼管應(yīng)為合格；如果重新檢驗(yàn)仍有大于或等于報(bào)警閘門的信號(hào)，則此鋼管應(yīng)被拒收或?qū)毕莸膮^(qū)域切除，切除后的長度應(yīng)滿足長度要求。

6 實(shí)際應(yīng)用

采用上述方法通過反復(fù)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)此方法對(duì)外徑φ114～369 mm，壁厚h 5～20 mm的無縫鋼管管端缺陷具有較高的檢出可靠性。在對(duì)此類鋼管檢測中，對(duì)其中部分有明顯回波處取樣分析，結(jié)果為裂紋缺陷（管壁內(nèi)外縱橫向）超標(biāo)，分層及夾雜缺陷超標(biāo)，檢出的廢品率較高。證明了此探傷方法的有效性。

7 結(jié)論

1）此方法固定的四組探頭分別對(duì)檢驗(yàn)一定范圍內(nèi)不同規(guī)格的鋼管內(nèi)外壁縱橫向缺陷，鋼管內(nèi)部分層缺陷有較高的檢出率；對(duì)測量鋼管壁厚的效率有很大的提升。

2）此方法檢測對(duì)設(shè)備定期維護(hù)提出了較高的要求。特別是襯托鋼管周向旋轉(zhuǎn)的組件要求較高，必須使鋼管旋轉(zhuǎn)時(shí)始終在同一水平線上，否則會(huì)嚴(yán)重影響檢測結(jié)果。

3）此方法對(duì)被檢鋼管的直度，硬度有一定要求。鋼管如果不直周向旋轉(zhuǎn)是管端將產(chǎn)生跳動(dòng)，進(jìn)而脫離探頭組件，產(chǎn)生耦合界面回波，干擾探傷結(jié)果。

4）實(shí)踐證明采用局部水浸式管端超聲自動(dòng)探傷對(duì)一定條件范圍內(nèi)的無縫鋼管有較高的可行性，相對(duì)其他方法而言設(shè)備成本較低，檢測效率高，能滿足流水線生產(chǎn)需要。

參考文獻(xiàn)

[1]中國特種設(shè)備檢驗(yàn)協(xié)會(huì)—超聲檢測.

[2]GB/T 5777-2008 無縫鋼管超聲波探傷檢驗(yàn)方法.

[3]YB/T 4082-2000 鋼管自動(dòng)超聲探傷系統(tǒng)綜合性能測試方法.

[4]ISO 10893 鋼管的無損檢測.

[5]ASTME 213 金屬管材超聲波探傷標(biāo)準(zhǔn)操作法.

作者簡介

邵濤（1983-），男，現(xiàn)在西安三環(huán)科技開發(fā)總公司無損檢測項(xiàng)目部工作。endprint

5 缺陷的評(píng)價(jià)和處理

1）對(duì)等于或大于拒收界限的顯示信號(hào)進(jìn)行評(píng)定，或者按以下條款作為缺陷的信號(hào)進(jìn)行處置。顯示信號(hào)的評(píng)定應(yīng)由具有1級(jí)資格的探傷人員在2級(jí)或者3級(jí)探傷人員的監(jiān)督指導(dǎo)下進(jìn)行，或者由2級(jí)，3級(jí)探傷人員進(jìn)行。

2）如缺陷產(chǎn)生的回波高度等于或超過由對(duì)比試樣槽調(diào)整的特定的回波高度（報(bào)警閘門），則該缺陷是不可接受的。

3）帶有缺陷的產(chǎn)品應(yīng)采取以下方法中的一種進(jìn)行處理。

①在長度要求的范圍內(nèi)帶有缺陷的部分應(yīng)被切除；②管子應(yīng)被拒收。

4）若在原顯示信號(hào)區(qū)域未發(fā)現(xiàn)缺陷，但對(duì)該顯示信號(hào)無法解釋，則該管端應(yīng)采用相同的檢驗(yàn)方法相同靈敏度進(jìn)行重新檢驗(yàn)。若果重新檢驗(yàn)沒有等于或高于報(bào)警閘門的信號(hào)，則此鋼管應(yīng)為合格；如果重新檢驗(yàn)仍有大于或等于報(bào)警閘門的信號(hào)，則此鋼管應(yīng)被拒收或?qū)毕莸膮^(qū)域切除，切除后的長度應(yīng)滿足長度要求。

6 實(shí)際應(yīng)用

采用上述方法通過反復(fù)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)此方法對(duì)外徑φ114～369 mm，壁厚h 5～20 mm的無縫鋼管管端缺陷具有較高的檢出可靠性。在對(duì)此類鋼管檢測中，對(duì)其中部分有明顯回波處取樣分析，結(jié)果為裂紋缺陷（管壁內(nèi)外縱橫向）超標(biāo)，分層及夾雜缺陷超標(biāo)，檢出的廢品率較高。證明了此探傷方法的有效性。

7 結(jié)論

1）此方法固定的四組探頭分別對(duì)檢驗(yàn)一定范圍內(nèi)不同規(guī)格的鋼管內(nèi)外壁縱橫向缺陷，鋼管內(nèi)部分層缺陷有較高的檢出率；對(duì)測量鋼管壁厚的效率有很大的提升。

2）此方法檢測對(duì)設(shè)備定期維護(hù)提出了較高的要求。特別是襯托鋼管周向旋轉(zhuǎn)的組件要求較高，必須使鋼管旋轉(zhuǎn)時(shí)始終在同一水平線上，否則會(huì)嚴(yán)重影響檢測結(jié)果。

3）此方法對(duì)被檢鋼管的直度，硬度有一定要求。鋼管如果不直周向旋轉(zhuǎn)是管端將產(chǎn)生跳動(dòng)，進(jìn)而脫離探頭組件，產(chǎn)生耦合界面回波，干擾探傷結(jié)果。

4）實(shí)踐證明采用局部水浸式管端超聲自動(dòng)探傷對(duì)一定條件范圍內(nèi)的無縫鋼管有較高的可行性，相對(duì)其他方法而言設(shè)備成本較低，檢測效率高，能滿足流水線生產(chǎn)需要。

參考文獻(xiàn)

[1]中國特種設(shè)備檢驗(yàn)協(xié)會(huì)—超聲檢測.

[2]GB/T 5777-2008 無縫鋼管超聲波探傷檢驗(yàn)方法.

[3]YB/T 4082-2000 鋼管自動(dòng)超聲探傷系統(tǒng)綜合性能測試方法.

[4]ISO 10893 鋼管的無損檢測.

[5]ASTME 213 金屬管材超聲波探傷標(biāo)準(zhǔn)操作法.

作者簡介

邵濤（1983-），男，現(xiàn)在西安三環(huán)科技開發(fā)總公司無損檢測項(xiàng)目部工作。endprint

5 缺陷的評(píng)價(jià)和處理

1）對(duì)等于或大于拒收界限的顯示信號(hào)進(jìn)行評(píng)定，或者按以下條款作為缺陷的信號(hào)進(jìn)行處置。顯示信號(hào)的評(píng)定應(yīng)由具有1級(jí)資格的探傷人員在2級(jí)或者3級(jí)探傷人員的監(jiān)督指導(dǎo)下進(jìn)行，或者由2級(jí)，3級(jí)探傷人員進(jìn)行。

2）如缺陷產(chǎn)生的回波高度等于或超過由對(duì)比試樣槽調(diào)整的特定的回波高度（報(bào)警閘門），則該缺陷是不可接受的。

3）帶有缺陷的產(chǎn)品應(yīng)采取以下方法中的一種進(jìn)行處理。

①在長度要求的范圍內(nèi)帶有缺陷的部分應(yīng)被切除；②管子應(yīng)被拒收。

4）若在原顯示信號(hào)區(qū)域未發(fā)現(xiàn)缺陷，但對(duì)該顯示信號(hào)無法解釋，則該管端應(yīng)采用相同的檢驗(yàn)方法相同靈敏度進(jìn)行重新檢驗(yàn)。若果重新檢驗(yàn)沒有等于或高于報(bào)警閘門的信號(hào)，則此鋼管應(yīng)為合格；如果重新檢驗(yàn)仍有大于或等于報(bào)警閘門的信號(hào)，則此鋼管應(yīng)被拒收或?qū)毕莸膮^(qū)域切除，切除后的長度應(yīng)滿足長度要求。

6 實(shí)際應(yīng)用

采用上述方法通過反復(fù)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)此方法對(duì)外徑φ114～369 mm，壁厚h 5～20 mm的無縫鋼管管端缺陷具有較高的檢出可靠性。在對(duì)此類鋼管檢測中，對(duì)其中部分有明顯回波處取樣分析，結(jié)果為裂紋缺陷（管壁內(nèi)外縱橫向）超標(biāo)，分層及夾雜缺陷超標(biāo)，檢出的廢品率較高。證明了此探傷方法的有效性。

7 結(jié)論

1）此方法固定的四組探頭分別對(duì)檢驗(yàn)一定范圍內(nèi)不同規(guī)格的鋼管內(nèi)外壁縱橫向缺陷，鋼管內(nèi)部分層缺陷有較高的檢出率；對(duì)測量鋼管壁厚的效率有很大的提升。

2）此方法檢測對(duì)設(shè)備定期維護(hù)提出了較高的要求。特別是襯托鋼管周向旋轉(zhuǎn)的組件要求較高，必須使鋼管旋轉(zhuǎn)時(shí)始終在同一水平線上，否則會(huì)嚴(yán)重影響檢測結(jié)果。

3）此方法對(duì)被檢鋼管的直度，硬度有一定要求。鋼管如果不直周向旋轉(zhuǎn)是管端將產(chǎn)生跳動(dòng)，進(jìn)而脫離探頭組件，產(chǎn)生耦合界面回波，干擾探傷結(jié)果。

4）實(shí)踐證明采用局部水浸式管端超聲自動(dòng)探傷對(duì)一定條件范圍內(nèi)的無縫鋼管有較高的可行性，相對(duì)其他方法而言設(shè)備成本較低，檢測效率高，能滿足流水線生產(chǎn)需要。

參考文獻(xiàn)

[1]中國特種設(shè)備檢驗(yàn)協(xié)會(huì)—超聲檢測.

[2]GB/T 5777-2008 無縫鋼管超聲波探傷檢驗(yàn)方法.

[3]YB/T 4082-2000 鋼管自動(dòng)超聲探傷系統(tǒng)綜合性能測試方法.

[4]ISO 10893 鋼管的無損檢測.

[5]ASTME 213 金屬管材超聲波探傷標(biāo)準(zhǔn)操作法.

作者簡介

邵濤（1983-），男，現(xiàn)在西安三環(huán)科技開發(fā)總公司無損檢測項(xiàng)目部工作。endprint