超聲波檢測(cè)技術(shù)在無(wú)縫鋼管質(zhì)量缺陷檢測(cè)中的應(yīng)用研究

方德偉

【摘 要】本文對(duì)超聲波無(wú)損檢測(cè)運(yùn)用特點(diǎn)與優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析，并詳細(xì)探究了超聲波檢測(cè)技術(shù)在無(wú)縫鋼管質(zhì)量缺陷檢測(cè)中的運(yùn)用，希望可以為相關(guān)工作者的研究提供一些幫助。

【關(guān)鍵詞】超聲波檢測(cè)技術(shù);無(wú)損檢測(cè);無(wú)縫鋼管;質(zhì)量

中圖分類號(hào)： TG115.285 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）12-0037-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.12.017

【Abstract】In this paper，the characteristics，advantages and disadvantages of ultrasonic nondestructive testing（NDT）are analyzed，and the application of ultrasonic testing technology in seamless steel pipe quality defect detection is discussed in detail，hoping to provide some help for the research of relevant workers.

【Key words】Ultrasound Detection Technology;Nondestructive testing;Seamless steel tube;Quality

0 前言

進(jìn)入新時(shí)代后，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，無(wú)縫鋼管行業(yè)迎來(lái)了發(fā)展高峰期，并憑借中空截面特點(diǎn)，被廣泛運(yùn)用到各個(gè)領(lǐng)域。因此，必須正確認(rèn)識(shí)超聲波無(wú)損檢測(cè)，并加強(qiáng)其在無(wú)縫鋼管質(zhì)量缺陷檢測(cè)中的運(yùn)用，充分發(fā)揮其作用，從而為無(wú)縫鋼管質(zhì)量提供有力保障。

1 超聲波無(wú)損檢測(cè)分析

1.1 超聲波無(wú)損檢測(cè)運(yùn)用特點(diǎn)

無(wú)損檢測(cè)是指通過對(duì)電、磁、光以及聲等特性的利用，在不給被檢對(duì)象使用性能帶來(lái)影響或者是損害的基礎(chǔ)上，檢測(cè)被檢對(duì)象是否存在不均勻性或者是缺陷，并反映出缺陷的各種信息，如數(shù)量、性質(zhì)、位置以及大小等，從而對(duì)被檢對(duì)象是否合格、使用壽命如何等進(jìn)行判斷的全部技術(shù)手段總稱[1]。其運(yùn)用特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾方面：首先，不對(duì)試件材質(zhì)與結(jié)構(gòu)造成損壞是無(wú)損檢測(cè)最突出特點(diǎn)，這也使得在無(wú)損檢測(cè)實(shí)施后，產(chǎn)品檢查率能夠達(dá)到100%。其次，在實(shí)施無(wú)損檢測(cè)時(shí)，必須以檢測(cè)目的為依據(jù)，對(duì)實(shí)施時(shí)機(jī)進(jìn)行合理選擇。再次，無(wú)損檢測(cè)方法是多樣化的，并且各種方法各具特點(diǎn)，要想促進(jìn)檢測(cè)可靠性的提升，就必須以設(shè)備材質(zhì)、失效模式、使用條件、工作介質(zhì)以及制造方法等為依據(jù)，提前預(yù)計(jì)可能出現(xiàn)的缺陷形狀、類型以及部位，然后選擇最佳檢測(cè)方法。最后，任何檢測(cè)方法都存在優(yōu)缺點(diǎn)，因此，在實(shí)際檢測(cè)過程中，應(yīng)該綜合運(yùn)用各種無(wú)損檢測(cè)方法，為承壓設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行提供有力保障。

1.2 優(yōu)缺點(diǎn)

目前，在無(wú)損檢測(cè)研究中，超聲波檢測(cè)是運(yùn)用最廣泛的一種方式，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：聲波波長(zhǎng)短、檢測(cè)范圍廣、穿透性強(qiáng)、方向性好、定位準(zhǔn)確以及檢測(cè)深度大，并且不但不會(huì)給人體帶來(lái)危害，還不會(huì)損害工業(yè)零件的性能。但其也存在一定缺點(diǎn)，即對(duì)具體檢測(cè)方法與工藝過于依賴，并具有檢測(cè)結(jié)果重復(fù)、遺漏檢測(cè)點(diǎn)等問題。在當(dāng)今社會(huì)，自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)既可以將工業(yè)成本降到最低，還能夠提高商業(yè)效益，而在具體作業(yè)過程中必然不能缺少先進(jìn)無(wú)損檢測(cè)設(shè)備[2]。

2 無(wú)縫鋼管質(zhì)量檢測(cè)中運(yùn)用的超聲波檢測(cè)技術(shù)

2.1 超聲波探傷

當(dāng)前，自動(dòng)超聲波探傷設(shè)備已經(jīng)具備了對(duì)鋼管縱橫向表面缺陷進(jìn)行檢測(cè)的功能。不管是國(guó)產(chǎn)設(shè)備還是進(jìn)口設(shè)備，縱向缺陷檢測(cè)都比較成熟;而對(duì)于橫向缺陷，進(jìn)口設(shè)備的檢測(cè)功能較好?？v橫向缺陷超聲波主要是把ISO9305、GB/T5777以及ISO9303當(dāng)作主要的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合無(wú)縫鋼管軋制的工藝特點(diǎn)，在十分嚴(yán)格情況下，還應(yīng)該對(duì)斜傷進(jìn)行檢測(cè)。在實(shí)際檢測(cè)過程中，應(yīng)該以用戶要求與相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，合理配置超聲波探傷設(shè)備與方法。

目前，在具體運(yùn)用過程中，以下幾種設(shè)備模式得到了廣泛運(yùn)用：首先，旋轉(zhuǎn)水腔式，這一方式主要就是在密封水腔中讓探頭高速旋轉(zhuǎn)，并讓鋼管從中直行穿過來(lái)完成探傷操作。這一設(shè)備有著較快的探傷速度，在中小直徑的鋼管探傷檢測(cè)中得到了廣泛運(yùn)用。

其次，局部水浸式。這種方式也被稱作溢流水浸式，其是指將探頭安裝到待檢測(cè)鋼管的下方盒子中，并把探頭盒中裝滿水，讓處在螺旋前進(jìn)狀態(tài)中的鋼管和水面相接觸，從而促進(jìn)探傷檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)。這一設(shè)備在中小直徑的鋼管探傷檢測(cè)中能夠發(fā)揮出較好作用，對(duì)于實(shí)際檢測(cè)過程中前行速度較慢的情況，可以采取增添探頭數(shù)量的方式來(lái)增加螺距，并促進(jìn)速度的提升。

最后，接觸式。這一方式就是探頭直接和鋼管接觸，并和極薄水膜進(jìn)行耦合的一種探傷方式，其最大特點(diǎn)就是可以保證探頭不動(dòng)或者是鋼管處在螺旋前行狀態(tài)。這種方式在厚壁鋼管與直徑較大的鋼管探傷檢測(cè)中發(fā)揮著良好作用。在局部水浸與接觸式的超聲波探傷設(shè)備中，國(guó)內(nèi)和國(guó)外并不存在較大差別[3]。

在眾多超聲波探傷設(shè)備中，除了接觸式設(shè)備有著較小的管端盲區(qū)，其余幾種設(shè)備管端檢測(cè)盲區(qū)都在200毫米，甚至有的超過了300毫米，而專用鋼管產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)則是不能存在檢測(cè)盲區(qū)，這也就使得在實(shí)際檢測(cè)過程中，必須加強(qiáng)對(duì)無(wú)損檢測(cè)方法的運(yùn)用，為無(wú)縫鋼管質(zhì)量提供有力保障。同時(shí)，利用超聲波檢測(cè)無(wú)縫鋼管管段也是其他方法無(wú)法取代的，是可靠性最高的一種方法。雖然管端的超聲波探傷方法和管體方法一樣，但自動(dòng)探傷設(shè)備只有局部水浸式與接觸式兩種模式。前者主要是讓鋼管原地旋轉(zhuǎn)，并讓溢水探頭盒帶著探頭向鋼管下方移動(dòng)，其通常被運(yùn)用在中小直徑的鋼管管端檢測(cè)中;而后者則是讓鋼管原地旋轉(zhuǎn)，并讓水膜耦合探頭向著鋼管上方移動(dòng)，其主要被運(yùn)用到直徑較大的管端檢測(cè)中。

在具體檢測(cè)過程中，通過對(duì)數(shù)字式的超聲波探傷設(shè)備進(jìn)行利用，然后憑借橫波反射法來(lái)檢測(cè)處在移動(dòng)狀態(tài)下的鋼管與探頭，即利用特定干擾源來(lái)激發(fā)超聲波，讓其可以在傳播過程中做好數(shù)據(jù)收集工作。若超聲波發(fā)生了反復(fù)反射或者是折射情況，則表明無(wú)縫鋼管在某些方面存在缺陷。這時(shí)，可以采取脈沖反射法來(lái)展開檢測(cè)，若脈沖在生阻不同地方出現(xiàn)了反射情況，那么就能夠獲得和無(wú)縫鋼圈缺陷相關(guān)的各種數(shù)據(jù)，如缺陷大小、具體位置等。在對(duì)部分口徑較大的無(wú)縫鋼管進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，脈沖反射法是最常運(yùn)用的方式，在具體檢測(cè)過程中，超聲波探傷儀器會(huì)出現(xiàn)若干脈沖，而脈沖則可以利用晶體與耦合劑逐漸向材料中滲透，并在原本的回波路線出現(xiàn)變化，導(dǎo)致回波時(shí)間存在差異時(shí)，合理處理儀器反饋回來(lái)的聲速與回波時(shí)間，從而明確缺陷具體位置。

在對(duì)部分口徑較小的無(wú)縫鋼管進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，由于鋼管半徑非常小，若選擇接觸式會(huì)導(dǎo)致各種問題出現(xiàn)，如波束嚴(yán)重?cái)U(kuò)散、耦合不良等，并給探傷靈敏度帶來(lái)不良影響。因此，在具體檢測(cè)過程中，應(yīng)該采取水浸聚焦探頭，并通過對(duì)橫向超聲波束的利用來(lái)完成檢測(cè)，及時(shí)、準(zhǔn)確找到材質(zhì)外表與內(nèi)部存在的缺陷。運(yùn)用這種方式的主要原因就是聚焦探頭超聲波的波束能量十分集中，可以在較大程度上促進(jìn)檢測(cè)分辨率與靈敏度的提升，能夠在小口徑鋼管檢測(cè)中發(fā)揮著重要作用。

2.2 超聲波測(cè)厚

通常情況下，超聲波測(cè)厚是和超聲波探傷共同運(yùn)用的。對(duì)無(wú)縫鋼管而言，超聲波測(cè)厚也能夠運(yùn)用局部水浸、旋轉(zhuǎn)水腔以及接觸式等方式，設(shè)備模式則包含鋼管原地旋轉(zhuǎn)但探頭軸向移動(dòng)、鋼管螺旋前行但探頭保持不動(dòng)以及鋼管直線前進(jìn)帶探頭旋轉(zhuǎn)等。以往，在無(wú)縫鋼管質(zhì)量檢測(cè)過程中，測(cè)厚精度始終是無(wú)法解決的結(jié)束難題，而通過對(duì)超聲波探測(cè)技術(shù)的運(yùn)用，則可以有效解決這一問題。在鋼管的超聲波測(cè)厚過程中，會(huì)給測(cè)量精準(zhǔn)度帶來(lái)影響的因素主要是各種機(jī)械裝置，如傳輸輥道、旋轉(zhuǎn)水腔等，其會(huì)給動(dòng)態(tài)中的鋼管和測(cè)厚探頭相對(duì)位置帶來(lái)影響。目前，由于設(shè)備制造精度與運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性在整體上得到了提升，并且超聲儀器也添加了高速閘門跟蹤功能，這使得自動(dòng)測(cè)厚水平獲得了較大提高，其測(cè)量精準(zhǔn)度已經(jīng)超過了0.06毫米，與產(chǎn)品檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)完全相符。

結(jié)合當(dāng)前發(fā)展趨勢(shì)，分層缺陷檢測(cè)逐漸變得越來(lái)越重要。通常情況下，分層缺陷主要是在距離鋼管表面1/2到1/4的厚壁處出現(xiàn)，若在缺陷處實(shí)施鋼管切斷操作，那么橫斷面就會(huì)出現(xiàn)層狀，并且分離現(xiàn)象十分明顯，這也就使得分層缺陷是不被允許存在。在實(shí)際檢測(cè)過程中，超聲波檢測(cè)技術(shù)的運(yùn)用，可以將標(biāo)準(zhǔn)中的8毫米×15毫米分層缺陷充分檢測(cè)出來(lái)，即周向?qū)挾仁?毫米、軸向長(zhǎng)度是15毫米，并且由內(nèi)表面所刻制出來(lái)的矩形凹槽。因?yàn)橹饕峭ㄟ^超聲縱波法來(lái)對(duì)分層缺陷進(jìn)行垂直檢測(cè)，所以，通常情況下，檢測(cè)分層和測(cè)厚需要運(yùn)用相同探頭。同時(shí)，由于薄壁管的分層厚度僅占據(jù)鋼管壁厚1/4，因此，要想防止出現(xiàn)誤報(bào)情況，就應(yīng)該在一次與二次底波間設(shè)置閘門;而若分層缺陷深度超過鋼管壁厚1/4或者是管壁較厚，則應(yīng)該在一次底波與界面波間折紙閘門，提高反射回波，避免出現(xiàn)誤報(bào)情況。

2.3 超聲波測(cè)徑

在運(yùn)用超聲波對(duì)鋼管外徑進(jìn)行測(cè)量時(shí)，具體程序如下：將超聲波探頭A與B對(duì)稱分布，二者間距離是一定的，用L表示，而探頭A、B和鋼管表面的距離則可以通過測(cè)量獲得，分別記作S1與S2，則鋼管外徑可以由D=L-（S1+S2）這一公式獲得。

3 結(jié)論

綜上所述，加強(qiáng)超聲波檢測(cè)技術(shù)在無(wú)縫鋼管質(zhì)量缺陷檢測(cè)中的運(yùn)用已經(jīng)成為了一項(xiàng)重要工作。因此，必須掌握不會(huì)損害被測(cè)項(xiàng)目、合理選擇實(shí)施時(shí)機(jī)與方式以及綜合運(yùn)用檢測(cè)方法等無(wú)損檢測(cè)特點(diǎn)，并加強(qiáng)超聲波檢測(cè)技術(shù)在無(wú)縫鋼管探傷、測(cè)厚以及測(cè)徑等方面的運(yùn)用，提高檢測(cè)水平，保證無(wú)縫鋼管質(zhì)量，從而促進(jìn)無(wú)縫鋼管行業(yè)健康發(fā)展。

【參考文獻(xiàn)】

[1]金術(shù)杰.能力驗(yàn)證-無(wú)縫鋼管內(nèi)部缺陷接觸法超聲檢測(cè)[J].無(wú)損探傷，2018，42（06）：41-43.

[2]李跟社，袁興龍，張銀亮.厚壁無(wú)縫鋼管縱向內(nèi)壁缺陷超聲波探傷方法的研究[J].鋼管，2018，47（05）：55-58.

[3]葉子義.熱軋無(wú)縫鋼管質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀問題分析及改進(jìn)對(duì)策研究[J].中國(guó)設(shè)備工程，2017（04）：65-66.

作者簡(jiǎn)介：

方德偉（1972.03—），男，浙江溫州人，大專，工程師，浙江永上特材有限公司總經(jīng)理，研究方向：不銹鋼管及特材冷加工，無(wú)損檢測(cè)。