超声波检测技术在无缝钢管质量缺陷检测中的应用研究

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　　【摘 要】本文对超声波无损检测运用特点与优缺点进行了分析，并详细探究了超声波检测技术在无缝钢管质量缺陷检测中的运用，希望可以为相关工作者的研究提供一些帮助。
　　【关键词】超声波检测技术;无损检测;无缝钢管;质量
　　中图分类号： TG115.285 文献标识码： A 文章编号： 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
　　進入新时代后，随着社会经济快速发展，无缝钢管行业迎来了发展高峰期，并凭借中空截面特点，被广泛运用到各个领域。因此，必须正确认识超声波无损检测，并加强其在无缝钢管质量缺陷检测中的运用，充分发挥其作用，从而为无缝钢管质量提供有力保障。
　　1 超声波无损检测分析
　　1.1 超声波无损检测运用特点
　　无损检测是指通过对电、磁、光以及声等特性的利用，在不给被检对象使用性能带来影响或者是损害的基础上，检测被检对象是否存在不均匀性或者是缺陷，并反映出缺陷的各种信息，如数量、性质、位置以及大小等，从而对被检对象是否合格、使用寿命如何等进行判断的全部技术手段总称[1]。其运用特点主要表现在以下几方面：首先，不对试件材质与结构造成损坏是无损检测最突出特点，这也使得在无损检测实施后，产品检查率能够达到100%。其次，在实施无损检测时，必须以检测目的为依据，对实施时机进行合理选择。再次，无损检测方法是多样化的，并且各种方法各具特点，要想促进检测可靠性的提升，就必须以设备材质、失效模式、使用条件、工作介质以及制造方法等为依据，提前预计可能出现的缺陷形状、类型以及部位，然后选择最佳检测方法。最后，任何检测方法都存在优缺点，因此，在实际检测过程中，应该综合运用各种无损检测方法，为承压设备平稳运行提供有力保障。
　　1.2 优缺点
　　目前，在无损检测研究中，超声波检测是运用最广泛的一种方式，其具有以下优点：声波波长短、检测范围广、穿透性强、方向性好、定位准确以及检测深度大，并且不但不会给人体带来危害，还不会损害工业零件的性能。但其也存在一定缺点，即对具体检测方法与工艺过于依赖，并具有检测结果重复、遗漏检测点等问题。在当今社会，自动化的实现既可以将工业成本降到最低，还能够提高商业效益，而在具体作业过程中必然不能缺少先进无损检测设备[2]。
　　2 无缝钢管质量检测中运用的超声波检测技术
　　2.1 超声波探伤
　　当前，自动超声波探伤设备已经具备了对钢管纵横向表面缺陷进行检测的功能。不管是国产设备还是进口设备，纵向缺陷检测都比较成熟;而对于横向缺陷，进口设备的检测功能较好。纵横向缺陷超声波主要是把ISO9305、GB/T5777以及ISO9303当作主要的检测标准。结合无缝钢管轧制的工艺特点，在十分严格情况下，还应该对斜伤进行检测。在实际检测过程中，应该以用户要求与相应标准为依据，合理配置超声波探伤设备与方法。
　　目前，在具体运用过程中，以下几种设备模式得到了广泛运用：首先，旋转水腔式，这一方式主要就是在密封水腔中让探头高速旋转，并让钢管从中直行穿过来完成探伤操作。这一设备有着较快的探伤速度，在中小直径的钢管探伤检测中得到了广泛运用。
　　其次，局部水浸式。这种方式也被称作溢流水浸式，其是指将探头安装到待检测钢管的下方盒子中，并把探头盒中装满水，让处在螺旋前进状态中的钢管和水面相接触，从而促进探伤检测的实现。这一设备在中小直径的钢管探伤检测中能够发挥出较好作用，对于实际检测过程中前行速度较慢的情况，可以采取增添探头数量的方式来增加螺距，并促进速度的提升。
　　最后，接触式。这一方式就是探头直接和钢管接触，并和极薄水膜进行耦合的一种探伤方式，其最大特点就是可以保证探头不动或者是钢管处在螺旋前行状态。这种方式在厚壁钢管与直径较大的钢管探伤检测中发挥着良好作用。在局部水浸与接触式的超声波探伤设备中，国内和国外并不存在较大差别[3]。
　　在众多超声波探伤设备中，除了接触式设备有着较小的管端盲区，其余几种设备管端检测盲区都在200毫米，甚至有的超过了300毫米，而专用钢管产品的标准则是不能存在检测盲区，这也就使得在实际检测过程中，必须加强对无损检测方法的运用，为无缝钢管质量提供有力保障。同时，利用超声波检测无缝钢管管段也是其他方法无法取代的，是可靠性最高的一种方法。虽然管端的超声波探伤方法和管体方法一样，但自动探伤设备只有局部水浸式与接触式两种模式。前者主要是让钢管原地旋转，并让溢水探头盒带着探头向钢管下方移动，其通常被运用在中小直径的钢管管端检测中;而后者则是让钢管原地旋转，并让水膜耦合探头向着钢管上方移动，其主要被运用到直径较大的管端检测中。 　　在具体检测过程中，通过对数字式的超声波探伤设备进行利用，然后凭借横波反射法来检测处在移动状态下的钢管与探头，即利用特定干扰源来激发超声波，让其可以在传播过程中做好数据收集工作。若超声波发生了反复反射或者是折射情况，则表明无缝钢管在某些方面存在缺陷。这时，可以采取脉冲反射法来展开检测，若脉冲在生阻不同地方出现了反射情况，那么就能够获得和无缝钢圈缺陷相关的各种数据，如缺陷大小、具体位置等。在对部分口径较大的无缝钢管进行检测时，脉冲反射法是最常运用的方式，在具体检测过程中，超声波探伤仪器会出现若干脉冲，而脉冲则可以利用晶体与耦合剂逐渐向材料中渗透，并在原本的回波路线出现变化，导致回波时间存在差异时，合理处理仪器反馈回来的声速与回波时间，从而明确缺陷具体位置。
　　在对部分口径较小的无缝钢管进行检测时，由于钢管半径非常小，若选择接触式会导致各种问题出现，如波束严重扩散、耦合不良等，并给探伤灵敏度带来不良影响。因此，在具体检测过程中，應该采取水浸聚焦探头，并通过对横向超声波束的利用来完成检测，及时、准确找到材质外表与内部存在的缺陷。运用这种方式的主要原因就是聚焦探头超声波的波束能量十分集中，可以在较大程度上促进检测分辨率与灵敏度的提升，能够在小口径钢管检测中发挥着重要作用。
　　2.2 超声波测厚
　　通常情况下，超声波测厚是和超声波探伤共同运用的。对无缝钢管而言，超声波测厚也能够运用局部水浸、旋转水腔以及接触式等方式，设备模式则包含钢管原地旋转但探头轴向移动、钢管螺旋前行但探头保持不动以及钢管直线前进带探头旋转等。以往，在无缝钢管质量检测过程中，测厚精度始终是无法解决的结束难题，而通过对超声波探测技术的运用，则可以有效解决这一问题。在钢管的超声波测厚过程中，会给测量精准度带来影响的因素主要是各种机械装置，如传输辊道、旋转水腔等，其会给动态中的钢管和测厚探头相对位置带来影响。目前，由于设备制造精度与运动稳定性在整体上得到了提升，并且超声仪器也添加了高速闸门跟踪功能，这使得自动测厚水平获得了较大提高，其测量精准度已经超过了0.06毫米，与产品检验标准完全相符。
　　结合当前发展趋势，分层缺陷检测逐渐变得越来越重要。通常情况下，分层缺陷主要是在距离钢管表面1/2到1/4的厚壁处出现，若在缺陷处实施钢管切断操作，那么横断面就会出现层状，并且分离现象十分明显，这也就使得分层缺陷是不被允许存在。在实际检测过程中，超声波检测技术的运用，可以将标准中的8毫米×15毫米分层缺陷充分检测出来，即周向宽度是8毫米、轴向长度是15毫米，并且由内表面所刻制出来的矩形凹槽。因为主要是通过超声纵波法来对分层缺陷进行垂直检测，所以，通常情况下，检测分层和测厚需要运用相同探头。同时，由于薄壁管的分层厚度仅占据钢管壁厚1/4，因此，要想防止出现误报情况，就应该在一次与二次底波间设置闸门;而若分层缺陷深度超过钢管壁厚1/4或者是管壁较厚，则应该在一次底波与界面波间折纸闸门，提高反射回波，避免出现误报情况。
　　2.3 超声波测径
　　在运用超声波对钢管外径进行测量时，具体程序如下：将超声波探头A与B对称分布，二者间距离是一定的，用L表示，而探头A、B和钢管表面的距离则可以通过测量获得，分别记作S1与S2，则钢管外径可以由D=L-（S1+S2）这一公式获得。
　　3 结论
　　综上所述，加强超声波检测技术在无缝钢管质量缺陷检测中的运用已经成为了一项重要工作。因此，必须掌握不会损害被测项目、合理选择实施时机与方式以及综合运用检测方法等无损检测特点，并加强超声波检测技术在无缝钢管探伤、测厚以及测径等方面的运用，提高检测水平，保证无缝钢管质量，从而促进无缝钢管行业健康发展。
　　【参考文献】
　　[1]金术杰.能力验证-无缝钢管内部缺陷接触法超声检测[J].无损探伤，2018，42（06）：41-43.
　　[2]李跟社，袁兴龙，张银亮.厚壁无缝钢管纵向内壁缺陷超声波探伤方法的研究[J].钢管，2018，47（05）：55-58.
　　[3]叶子义.热轧无缝钢管质量检测技术的现状问题分析及改进对策研究[J].中国设备工程，2017（04）：65-66.
　　作者简介：
　　方德伟（1972.03—），男，浙江温州人，大专，工程师，浙江永上特材有限公司总经理，研究方向：不锈钢管及特材冷加工，无损检测。
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