多通道新型鋼板探傷設(shè)備的改造與應(yīng)用

曹 明，汪 超，崔 強(qiáng)，劉勝斌，呂育棟

（1.南京市鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院，江蘇 南京 210061；2.渤海裝備南京巨龍鋼管有限公司，江蘇 南京 210061；3.渤海裝備巨龍鋼管有限公司，河北 青縣 062658）

在大直徑直縫雙面埋弧焊鋼管用鋼板的超聲波自動檢測中，有效地檢測出鋼板內(nèi)部存在的母材缺陷是保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要工序之一，尤其是對鋼板板邊200 mm內(nèi)的非分層缺陷，鋼板板邊80 mm內(nèi)的超標(biāo)母材分層缺陷以及鋼板中部超標(biāo)的母材分層缺陷。多通道新型鋼板探傷設(shè)備被廣泛應(yīng)用于鋼板內(nèi)在缺陷的檢測，是控制焊接鋼管原材料即鋼板質(zhì)量的重要手段之一，但對上述缺陷難以達(dá)到100%檢測。本文通過大量統(tǒng)計(jì)分析和研究，提出了對多通道新型鋼板探傷設(shè)備進(jìn)行改造的方案設(shè)計(jì)，以期提高鋼板缺陷的檢出率，加強(qiáng)鋼板自動探傷的準(zhǔn)確性。

1 改造方案設(shè)計(jì)

1.1 檢測板邊200 mm內(nèi)的超標(biāo)母材非分層缺陷

焊接鋼管擴(kuò)徑前，焊縫兩側(cè)常存在裂紋、收縮孔隙和母材夾雜等非分層缺陷，對無損檢測缺陷的判定影響較大。根據(jù)這一情況，在檢測鋼板板邊200 mm內(nèi)的非分層缺陷時，增加了12組斜探頭，鋼板兩側(cè)每側(cè)各6組，分別為三合一組合斜探頭和二合一組合斜探頭，另有1組斜探頭在四合一組合探頭上。3種形式的組合探頭如圖1所示。同時，對鋼板板邊200 mm內(nèi)的檢測工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，檢測時以Φ1.6 mm的豎通孔波高100%檢測作為驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)［1-3］。

圖1 組合探頭

1.2 檢測板邊80 mm內(nèi)的超標(biāo)母材分層缺陷

焊接鋼管擴(kuò)徑后，常在焊縫兩邊檢測出母材分層缺陷，導(dǎo)致鋼管報廢或者切除，影響生產(chǎn)效率。以西氣東輸二線管道工程用鋼板和鋼管標(biāo)準(zhǔn)為例，鋼板標(biāo)準(zhǔn)Q/SY GJX 0103—2007《西氣東輸二線管道工程用熱軋鋼板技術(shù)條件》規(guī)定：對板邊80 mm范圍內(nèi)的分層進(jìn)行100%檢測；雙面埋弧焊鋼管使用的鋼板，在板邊不允許存在分層、裂紋、收縮孔隙等影響鋼管使用的缺陷，鋼板縱側(cè)兩邊不允許存在擴(kuò)展到坡口面的分層；鋼板縱側(cè)邊25 mm范圍內(nèi)的分層均視為缺陷，有這種缺陷的鋼板應(yīng)該切除，直到除去這種分層缺陷為止。鋼管標(biāo)準(zhǔn)Q/SY GJX 0125—2007《西氣東輸二線管道工程用X70直縫埋弧焊管技術(shù)條件》規(guī)定：鋼管焊縫兩側(cè)25 mm范圍內(nèi)必須進(jìn)行100%分層檢測，距焊縫兩側(cè)25 mm范圍內(nèi)的分層均視為缺陷，有這種缺陷的鋼板應(yīng)切除，直到除去這種分層缺陷為止［4-8］。

原多通道鋼板探傷設(shè)備無法達(dá)到上述標(biāo)準(zhǔn)的要求，因此經(jīng)改造，將該設(shè)備邊探增加2組四合一組合探頭（3個雙晶直探頭、1個斜探頭），鋼板兩邊每邊各1組，以保證對鋼板板邊80 mm范圍內(nèi)的分層缺陷進(jìn)行100%檢測。對于鋼板超聲波自動檢測，Q/SY GJX 0103—2007要求采用Ф6 mm平底孔作為校準(zhǔn)對比試塊，對比試塊人工缺陷尺寸為：平底孔直徑Ф6+0.350mm，平底孔深度為t/2（t指鋼板厚度）。靜態(tài)校準(zhǔn)要求以對比試塊上的平底孔產(chǎn)生的信號100%幅度作為設(shè)定設(shè)備的觸發(fā)/報警界限；動態(tài)校準(zhǔn)要求采用人工或其他方式移動對比試塊或探頭，移動速度應(yīng)大于或等于正常檢測速度并調(diào)節(jié)設(shè)定靈敏度，使探頭均能檢測出對比試塊人工缺陷，且能觸發(fā)報警系統(tǒng)。探傷過程中，組合探頭沿板邊固定不動，在鋼板通過時進(jìn)行檢測。一般情況下，在鋼板縱邊80 mm范圍內(nèi)，采用四合一組合探頭均可進(jìn)行100%探傷。

1.3 鋼板中部探頭探傷的有效區(qū)域11.4%覆蓋

以 ASTM A 435/A 435M—1990（R2007）《鋼板超聲直射波檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》為基礎(chǔ)，在檢測保證100%探傷的前提下，對每個探頭探傷的有效區(qū)域均有11.4%的覆蓋。在探頭排布的基礎(chǔ)上，保證探頭之間排布的間距為69 mm，而探頭擺動的距離為50 mm，有兩組探頭前后擺動，保證了探頭有效覆蓋率 11.4%［9-10］。

對于分層缺陷的檢測，探頭間距69 mm，探頭規(guī)格30 mm×4 mm×2 mm，掃查擺幅80 mm，邊探數(shù)量2組，邊探探頭晶片面積∧160 mm2；由鋼板規(guī)格計(jì)算主探頭的數(shù)量：（板寬-80×2-80）/69。

計(jì)算覆蓋面積時，可近似認(rèn)為單個探頭完成一次振擺周期的振擺軌跡為兩個半圓的累積，如探頭為30 mm×4 mm×2 mm規(guī)格F10探頭，根據(jù)掃查擺幅80 mm可求得其掃查面積為5 072 mm2；鋼板行進(jìn)速度為4 m/min，即探頭每秒行進(jìn)66.7 mm，探頭完成一次振擺周期的時間為3 s，一次振擺周期內(nèi)行進(jìn)了200 mm。如生產(chǎn)Ф1 219 mm×18.4 mm規(guī)格鋼管時，鋼板寬度為3 740 mm，則探頭數(shù)量應(yīng)為54組（在實(shí)際使用過程中，設(shè)備前后左右都要多用1個探頭），振擺掃查覆蓋率為11.4%。通過探頭的合理排布，可以保證鋼板中部超標(biāo)缺陷100%被檢出。

2 現(xiàn)場應(yīng)用情況

改造后的多通道新型鋼板探傷設(shè)備，在鋼板檢測過程中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。2011年渤海裝備巨龍鋼管南京公司采用改造后的設(shè)備，檢測鋼板超過18萬t，檢出缺陷鋼板300 t左右；檢測過程中發(fā)現(xiàn)的主要鋼板缺陷如圖2所示。在保證所生產(chǎn)的焊接鋼管沒有受到鋼板缺陷影響的情況下，該公司全年產(chǎn)量超過18萬t，年利潤可觀。

圖2 采用改造后的多通道新型鋼板探傷設(shè)備檢測出的主要鋼板缺陷

3 結(jié) 論

（1）多通道新型鋼板探傷設(shè)備采用了多項(xiàng)專有技術(shù)，不僅實(shí)現(xiàn)了超聲波檢測結(jié)果的A型、B型、C型顯示，而且在進(jìn)行鋼板超聲波探傷過程中，利用12組斜探頭對鋼板兩邊各200 mm范圍內(nèi)進(jìn)行100%橫波探傷；利用2組四合一組合探頭對鋼板板邊80 mm范圍內(nèi)進(jìn)行100%縱波探傷；鋼板中部，在保證100%探傷的前提下，對每個探頭探傷的有效區(qū)域均有11.4%的覆蓋。

（2）多通道新型鋼板探傷設(shè)備的成功應(yīng)用，可顯著提高焊接鋼管的生產(chǎn)效率，降低鋼管的質(zhì)量風(fēng)險，在鋼板軋制質(zhì)量分析上也具有良好的實(shí)用價值。

［1］美國石油學(xué)會.API Spec 5L管線鋼管規(guī)范［S］.44版.北京：石油工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化研究所，2008.

［2］中國機(jī)械工程學(xué)會無損檢測分會.超聲波檢測［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

［3］中國機(jī)械工程學(xué)會無損檢測分會.超聲波探傷：無損檢測Ⅱ級培訓(xùn)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

［4］中國石油天然氣集團(tuán)公司.SY/T 6234.5—1999石油天然氣工業(yè)承壓鋼管無損探傷檢測方法焊接鋼管制造用鋼帶/鋼板分層缺欠的超聲波檢測［S］.1999.

［5］中國石油天然氣集團(tuán)公司.GB/T 9711.1—1997石油天然氣工業(yè)輸送鋼管交貨技術(shù)條件第1部分：A級鋼管［S］.1997.

［6］中國石油天然氣集團(tuán)公司.GB/T 9711.2—1997石油天然氣工業(yè)輸送鋼管交貨技術(shù)條件 第2部分：B級鋼管［S］.1997.

［7］中國石油管道建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)理部.Q/SY GJX 0103—2007西氣東輸二線管道工程用熱軋鋼板技術(shù)條件［S］.2007.

［8］中國石油管道建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)理部.Q/SY GJX 0125—2007西氣東輸二線管道工程用X70直縫埋弧焊管技術(shù)條件［S］.2007.

［9］中華人民共和國冶金工業(yè)部.GB/T 2970—1991中厚鋼板超聲波檢驗(yàn)方法［S］.1991.

［10］美國材料與試驗(yàn)協(xié)會.ASTM A 435/A 435M—1990（R2007）鋼板超聲直射波檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范［S］.1990.