無損檢測技術(shù)在鋼管檢測中的應(yīng)用概述

馬超

【摘要】隨著能源工業(yè)，特別是石油工業(yè)的持續(xù)升溫，針對鋼管的需求量逐年攀升，對其質(zhì)量也提出了更高的要求。因此，無損檢測作為一種主要的質(zhì)量保證手段，其重要性越發(fā)突出。本文總結(jié)了幾種適用于鋼管質(zhì)量無損檢測先進(jìn)技術(shù)，并對其實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行概述。

【關(guān)鍵詞】無損檢測；渦流法；超聲法；漏磁法

1 引言

近年來，隨著國內(nèi)工業(yè)及能源經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，能源和交通等基礎(chǔ)投資相應(yīng)的增加，對鋼管油管的需求也不斷增加，使其廣泛應(yīng)用于石油、石化和建筑等行業(yè)。鋼管油管作為一種技術(shù)復(fù)雜的深加工金屬制品，金屬材料的質(zhì)量決定了鋼管的質(zhì)量，這就要求金屬材料的物理化學(xué)性質(zhì)良好，材料均勻，成分純度高等。在實(shí)際的生產(chǎn)使用過程中，若鋼管內(nèi)部存在缺陷會(huì)給工程質(zhì)量安全留下隱患，會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的事故，因此對其的質(zhì)量檢測也得到了廣泛的關(guān)注。

2 鋼管無損檢測方法介紹

目前，鋼管的檢測方法主要有渦流法、超聲法、漏磁法，這些檢測方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)，下面就三種檢測方法做一對比分析。

2.1 渦流檢測法

渦流檢測是利用電磁感應(yīng)原理，當(dāng)載有交變電流的檢測線圈靠近導(dǎo)電試件時(shí)，由于電磁感應(yīng)試件內(nèi)會(huì)感生出渦流。渦流的大小、相位及流動(dòng)的形式會(huì)受到試件的導(dǎo)電性、形狀等的影響，渦流產(chǎn)生的反作用磁場又使檢測線圈的阻抗發(fā)生變化。因此，通過測定檢測線圈阻抗的變化，就可以判斷被測鋼管管材的性能或狀態(tài)，從而達(dá)到無損檢測鋼管缺陷的目的[1]。常用的渦流檢測探頭有兩種：點(diǎn)式探頭和穿過式探頭。

渦流檢測的主要優(yōu)點(diǎn)是無需耦合劑，非接觸檢測，檢測速度快，檢測靈敏度高；其主要缺點(diǎn)是受集膚效應(yīng)影響，只能檢查薄試件或厚試科的表面與近表面部位，無法有效檢測鋼管內(nèi)壁缺陷。

2.2 超聲波檢測法

超聲波檢測方法檢測精度比較高，而且操作方便。但超聲波檢測的方式是點(diǎn)檢測，同時(shí)需要耦合劑，檢測效率較低，實(shí)現(xiàn)快速檢測比較團(tuán)難。近年來，為了適應(yīng)快速的檢測要求，人們在不斷研究超聲波的耦合技術(shù)，如空氣耦合、電磁超聲、激光超聲和直接磁致伸縮耦合等技術(shù)[2]。德國采用水淋超聲耦合技術(shù)實(shí)現(xiàn)工業(yè)管道壁厚和縱向裂紋的綜合檢測，它能滿足從多個(gè)探傷面同時(shí)進(jìn)行多種缺陷全面檢測的需要，并能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)掃描、數(shù)字化控制和數(shù)據(jù)采集，從而提高了探傷的速度和超聲波探傷的可靠性。

超聲波探傷的方法有很多種，常用的一般使脈沖反射法。由于物體內(nèi)部有缺陷，會(huì)使物體材料內(nèi)部不連續(xù)，當(dāng)脈沖傳播到不連續(xù)處時(shí)，由于不連續(xù)處的聲阻抗的不一致，而脈沖會(huì)在兩個(gè)聲阻抗不一致的地方發(fā)生反射現(xiàn)象，同時(shí)超聲波反射回來的能量大小和方向與交界面處的取向大小有關(guān)。

2.3 漏磁檢測法

漏磁法檢測基本原理是：被測材料在外加磁場作用下被磁化，當(dāng)材料中無缺陷時(shí)，磁力線絕大部分通過被測材料，此時(shí)磁力線均勻分布；當(dāng)材料內(nèi)部有缺陷時(shí)，磁力線發(fā)生彎曲，并且有一部分磁力線泄漏出材料表面，形成漏磁場[3]。用磁性敏感元件檢測被磁化材料表面逸出的漏磁場，就可判斷缺陷是否存在。同樣尺寸的缺陷，位于表面上和表面下形成的漏磁場不同：表面上缺陷產(chǎn)生的漏磁場大；缺陷在表面下時(shí)，形成的漏磁場將顯著變小。漏磁通法適用于各種鐵磁材料，可以對裂紋、腐蝕等缺陷進(jìn)行檢驗(yàn)，并可以判別缺陷的位置。

漏磁檢測法的主要特點(diǎn)有：對鐵磁性材料表面、近表面、內(nèi)部裂紋以及銹蝕等均可獲得滿意的檢測效果；探頭裝置結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)、成本低且操作簡單；不受被測材料表面污染狀態(tài)的影響，進(jìn)行檢測時(shí)對被測材料表面清潔程度要求不高；能夠?qū)崿F(xiàn)較高的檢測速度，可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化檢測，非常適合在流水線上進(jìn)行質(zhì)量檢測和生產(chǎn)過程控制[4]。因此，在現(xiàn)今眾多的鋼管檢測方法中，漏磁檢測方法使用最為廣泛。

3 鋼管無損檢測方法的實(shí)際應(yīng)用

3.1 渦流鋼管探傷

由電渦流基本特性可知，渦流密度主要分布于導(dǎo)電材料的表面附近。因此，被測鋼管愈是存在表面缺陷，電渦流效應(yīng)的利用愈充分。所以渦流檢測適用于導(dǎo)電鋼管表面缺陷或近表面缺陷的檢測，此時(shí)靈敏度高于漏磁檢測。而對于內(nèi)部缺陷，渦流檢測由于存在著“趨膚效應(yīng)”，電渦流密度在導(dǎo)電導(dǎo)體內(nèi)部是按負(fù)指數(shù)規(guī)律衰減，并隨著頻率、電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率的增加而滲透深度減小，檢測靈敏度降低。渦流檢測一般只能檢測無縫鋼管的單面表面缺陷（內(nèi)表面或外表面）；漏磁檢測可問時(shí)檢測無縫鋼管的內(nèi)外表面缺陷，對于內(nèi)部缺陷也有一定的靈敏度[5]。相對于渦流探傷，漏磁探傷檢測缺陷的靈敏度較低。

3.2 超聲波檢測鋼管壁厚

鋼管的壁厚檢測常采用超聲檢測中的共振式和脈沖反射式兩種方式進(jìn)行。共振式檢測壁厚的原理是利用頻率在一定范圍內(nèi)由于變化所產(chǎn)生的正弦波電信號來刺激晶片，這時(shí)壓電晶片就會(huì)產(chǎn)生頻率連續(xù)變化的聲波，并指向試件內(nèi)部，共振原理中，如果試件的厚度是半波長的整數(shù)倍，那么試件內(nèi)就會(huì)形成駐波，從而產(chǎn)生共振。然后依據(jù)波長和壁厚之間的公式關(guān)系來求出壁厚。但一般腐蝕的鋼管厚度檢測不可以用這種方法，因?yàn)楣舱袷綔y厚要求試件的上下表面平坦，腐蝕性的鋼管表面粗糙，較難檢測。脈沖反射式測厚的原理是利用厚度與聲速及超聲波在試件中的傳播時(shí)間的關(guān)系來確定壁厚。

3.3 漏磁檢測鋼管缺陷

鋼管端部缺陷、油管端部螺紋區(qū)缺陷和鉆桿螺紋區(qū)域的缺陷主要包括由于應(yīng)力集中形成的裂紋，腐蝕坑，空洞和偏磨等。利用交流漏磁探頭檢測鋼管端部盲區(qū)缺陷，傳感器探頭長10mm，最小理論檢測盲區(qū)為5mm。利用交流漏磁對鉆桿螺紋區(qū)域的檢測主要是解決霍爾元件離螺紋根部的提離距離，還有就是形成較強(qiáng)的磁化通路。對油管外螺紋區(qū)和鋼管端部的檢測主要是通過端部內(nèi)部磁化外部掃描方法，對其橫向傷進(jìn)行檢測，由于采用工字形磁化器，基本消除了檢測盲區(qū)。兩種方法的靈敏度很高，提高了儀器的缺陷識別能力。

漏磁檢測不僅能檢出內(nèi)外表面和皮下缺陷，而且無需檢測就可從建立的電信號幅度與缺陷參數(shù)的關(guān)系中，獲知缺陷深度和長度等特征尺寸是否達(dá)到設(shè)定的拒收水平。檢測能力強(qiáng)，檢測速度快。

4 小結(jié)

單一的無損檢測方法只能檢出鋼管中的部分缺陷，且由于檢測速度差別太大，超聲和渦流探傷又很難簡單的組合到一起，而鋼管外觀尺寸的測量和材質(zhì)的鑒別只能由人工來完成。這種狀況不適應(yīng)現(xiàn)代化大生產(chǎn)的需求，不能夠直觀的顯

示缺陷，使其的應(yīng)用造成了一定的局限，更談不上對生產(chǎn)過程起到質(zhì)量控制和監(jiān)督的作用。因此未來的發(fā)展方向應(yīng)該向檢測能力強(qiáng)、檢測速度快、信號處理、圖像成型等方向發(fā)展，使其技術(shù)更加成熟。

參考文獻(xiàn)：

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