張曉斌，黃 震，黃龍鵬，黎坤祥，魏玉偉

（廣西壯族自治區(qū)特種設(shè)備監(jiān)督檢驗院，南寧 530219）

管道在石油、天然氣輸送中起到了十分重要的作用。隨著管道服役期的延長，除自然不可抗拒因素的破壞以及人為不規(guī)范的操作帶來管道的安全隱患外，管道腐蝕、裂紋等危險性安全隱患也越來越受到重視。

對于管道的檢測評價，常用的檢測方法包括超聲、射線、磁粉、滲透等，但這些技術(shù)檢測范圍小，難以有效檢測帶保溫層、防腐層的管道，難以接近的管道及穿越和埋地管道等。為了準(zhǔn)確檢測管道的缺陷分布情況，超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)正成為在用管道檢測的研究熱點。作為一種管道安全評價的新型檢測技術(shù)，超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)具有檢測距離長、檢測靈敏度較高、無需耦合劑、工作溫度范圍廣等特點。但導(dǎo)波在檢測過程中，檢測效果會受管道的結(jié)構(gòu)（包括彎頭、支架及焊縫等）、自身腐蝕狀態(tài)等影響。筆者就管道的分層腐蝕缺陷對磁致伸縮超聲導(dǎo)波信號衰減的影響進行試驗，結(jié)果可為實際檢測提供參考。

1 磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測原理

磁致伸縮效應(yīng)是指鐵磁性材料受磁場作用時，其尺寸大小、形狀會發(fā)生變化的效應(yīng)；磁致伸縮逆效應(yīng)是指由機械壓力（或張力）引起鐵磁性材料的磁疇按照一定方向運動，導(dǎo)致材料的磁化狀態(tài)發(fā)生變化的現(xiàn)象。磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測原理是通過基于磁致伸縮效應(yīng)及磁致伸縮逆效應(yīng)來激發(fā)和接收超聲導(dǎo)波信號，并分析反射信號，檢測出材料構(gòu)件中是否存在缺陷。檢測系統(tǒng)示意圖如圖1所示。目前國內(nèi)外學(xué)者比較關(guān)注的是縱向?qū)Рê团まD(zhuǎn)導(dǎo)波的試驗研究［1－3］。由于在管道的散射曲線中只有扭轉(zhuǎn)導(dǎo)波的聲速是唯一恒定不變的，它不隨導(dǎo)波的頻率改變而變化，而且扭轉(zhuǎn)導(dǎo)波只在固體中傳播，管道內(nèi)傳輸?shù)囊后w對其傳播特性沒有任何影響，所以相比于縱向?qū)РǎまD(zhuǎn)導(dǎo)波在輸液管道檢測中應(yīng)用更為廣泛，目前導(dǎo)波檢測現(xiàn)場應(yīng)用 T（0，1）模態(tài)居多［4－5］。筆者試驗時采用的也是扭轉(zhuǎn)導(dǎo)波T（0，1）模態(tài)。

圖1 導(dǎo)波檢測系統(tǒng)示意圖

2 試驗及試驗結(jié)果

試驗采用MsS3030R超聲導(dǎo)波檢測系統(tǒng)。按各種缺陷特征設(shè)計試樣，樣管材質(zhì)為20＃鋼，規(guī)格為φ108mm×5mm，人工缺陷位置及探頭位置如圖2所示，人工缺陷位置大小及缺陷性質(zhì)如表1所示。

圖2 樣管人工缺陷位置及探頭位置示意圖

表1 試驗樣管人工缺陷性質(zhì)、大小及探頭位置表

2.1 試驗結(jié)果

為了提高檢測的準(zhǔn)確性，分別采用了1 2 8，64kHz的探頭進行檢測，試驗結(jié)果如表2所示。試驗結(jié)果表明，距離探頭位置正方向 0.49，1.03，1.52，2.02m 處發(fā)現(xiàn)明顯特征信號，經(jīng)確認0.49，1.03，2.02m處為人工缺陷，缺陷位置精確且可精確到0.01m，橫截面損失量與實際相符；但從2.02m后包括焊縫和人工缺陷都無法識別，從距離增益補償曲線（圖3）和距離－波幅曲線（圖4）上可看出，焊縫W1至管端EP2位置范圍內(nèi)還收集到連續(xù)、密集，呈白噪聲波形的特征衰減信號。

表2 導(dǎo)波檢測結(jié)果

圖3 距離增益補償曲線

圖4 距離－波幅曲線

經(jīng)核查，這些連續(xù)、密集的特征信號不是人工缺陷信號，且鋼管外壁完好，未發(fā)現(xiàn)明顯的缺陷，因此無法直接判定檢測結(jié)果，需要采用其他檢測手段加以驗證。

2.2 試驗結(jié)果分析

2.2.1 常規(guī)檢測技術(shù)驗證

考慮該鋼管是新焊接樣管，樣管外表面完好，試驗人員起初對檢測結(jié)果產(chǎn)生懷疑，但是在多次調(diào)試檢測設(shè)備后，仍出現(xiàn)相同結(jié)果；隨后分析認為導(dǎo)致該信號的最大可能性是由于焊縫焊接質(zhì)量問題，如錯邊、焊縫熱應(yīng)力等造成，也有可能是由于樣管內(nèi)壁腐蝕造成（由于是新焊接樣管，這種可能性較?。┑模柿⒓床捎闷渌侄芜M行輔助檢測。于是，對樣管分別進行了焊縫質(zhì)量拍片檢測、焊接應(yīng)力檢測及測厚檢測。

首先利用X射線無損檢測（RT）對焊縫W1拍片，拍片執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)JB／T 4730.2—2005，底片質(zhì)量為Ⅰ級，排除了焊縫缺陷對導(dǎo)波信號的影響；然后利用矯頑力測量儀測量焊縫兩側(cè)管材和焊縫上的矯頑力，測得管材矯頑力平均值為4.5A／m，焊縫矯頑力平均值為5.0A／m，矯頑力值變動屬正常范圍，說明鋼管焊縫熱應(yīng)力沒有異常；最后用測厚儀對管壁厚度進行隨機抽測，發(fā)現(xiàn)厚度也在合理的變動范圍內(nèi)。

2.2.2 樣管解剖

考慮到采用幾種常規(guī)無損檢測方法均無法判斷信號衰減原因，故為了確認焊縫W1至管端EP2位置范圍內(nèi)的鋼管是否存在缺陷，在距EP1端2.5m處對樣管進行鋸斷解剖，結(jié)果發(fā)現(xiàn)樣管內(nèi)壁存在一處分層且腐蝕的缺陷，如圖5中標(biāo)注所示。

圖5 鋼管內(nèi)壁分層腐蝕

該分層腐蝕發(fā)生在樣管內(nèi)近表面位置且已穿透樣管內(nèi)表面，并伴有腐蝕。

2.2.3 衰減信號特征及原因分析

管道分層腐蝕導(dǎo)波檢測信號與管道正常內(nèi)壁腐蝕信號相似，呈不規(guī)則狀，類似白噪聲信號特征，隨著檢測頻率的提高，衰減更嚴(yán)重。與均勻腐蝕相比，分層腐蝕發(fā)生在局部，由于超聲測厚儀檢測時是以點測結(jié)果代替整個面厚度信息，不一定正好能檢測到分層缺陷，同時也無法確定分層缺陷的腐蝕情況，所以會出現(xiàn)上文所描述現(xiàn)象，測厚時顯示為正常壁厚。

由于導(dǎo)波檢測為全截面掃查檢測，對有穿透且?guī)Цg的分層缺陷衰減更大，同時受MsS3030R超聲導(dǎo)波檢測裝備的技術(shù)限制，其只能確定缺陷在軸向的位置，但無法在周向進行準(zhǔn)確定位。由于局部分層腐蝕缺陷難以用其他無損檢測方法發(fā)現(xiàn)，在實際檢測中一定要多加注意。

3 結(jié)論

分析了穿透分層腐蝕缺陷對磁致伸縮導(dǎo)波檢測信號的衰減影響，得到如下結(jié)論：

（1）管道近內(nèi)表面穿透分層且?guī)Цg缺陷對導(dǎo)波信號衰減影響劇烈，且難用其他無損檢測方法驗證。

（2）管道近內(nèi)表面分層腐蝕缺陷的導(dǎo)波衰減信號呈白噪聲狀。

（3）檢測過程中，如遇到類似腐蝕信號時，在使用其他無損檢測方法確認時，應(yīng)增加周向檢測密度。

［1］ PAVLAKOVIC B，LOWE M J S，ALLEYNE D N，et al.Disperse：ageneral purpose program for creating dispersion curves［C］／／Review of Progress in Quantitative NDE.New York：Plenum Press，1997：185－192.

［2］ BAY H，SHAH A，POPPLEWELL N，et al.Scattering of guided waves by circumferential cracks in steel pipes［C］／／ Review of progress in Quantitative NDE.New York：Plenum Press，2001：188－194.

［3］ VOGT T，ALLEYNE D，PAVLAKOVIC B.Application of guided wave technology to tube inspection［C］／／Berlin：ECNDT，2006.

［4］ 王禹欽，王維斌，陳長坤，等.輸氣管道超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)［J］.無損檢測，2008，30（9）：617－619.

［5］ 董為榮，帥健，許葵.管道T（0，1）模態(tài)導(dǎo)波檢測數(shù)值模擬研究［J］.無損檢測，2008，30（3）：149－152.