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(duì)鋼管的需求量逐年攀升，對(duì)其質(zhì)量也提出了更高的要求。因此，無損檢測(cè)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(cè)先進(jìn)技術(shù)，并對(duì)其實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行概述。

【關(guān)鍵詞】無損檢測(cè)；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(duì)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(duì)其的質(zhì)量檢測(cè)也得到了廣泛的關(guān)注。

2 鋼管無損檢測(cè)方法介紹

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

2.1 渦流檢測(cè)法

渦流檢測(cè)是利用電磁感應(yīng)原理，當(dāng)載有交變電流的檢測(cè)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(chǎng)又使檢測(cè)線圈的阻抗發(fā)生變化。因此，通過測(cè)定檢測(cè)線圈阻抗的變化，就可以判斷被測(cè)鋼管管材的性能或狀態(tài)，從而達(dá)到無損檢測(cè)鋼管缺陷的目的[1]。常用的渦流檢測(cè)探頭有兩種：點(diǎn)式探頭和穿過式探頭。

渦流檢測(cè)的主要優(yōu)點(diǎn)是無需耦合劑，非接觸檢測(cè)，檢測(cè)速度快，檢測(cè)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(cè)鋼管內(nèi)壁缺陷。

2.2 超聲波檢測(cè)法

超聲波檢測(cè)方法檢測(cè)精度比較高，而且操作方便。但超聲波檢測(cè)的方式是點(diǎn)檢測(cè)，同時(shí)需要耦合劑，檢測(cè)效率較低，實(shí)現(xiàn)快速檢測(cè)比較團(tuán)難。近年來，為了適應(yīng)快速的檢測(cè)要求，人們?cè)诓粩嘌芯砍暡ǖ鸟詈霞夹g(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(cè)，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(cè)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(cè)法

漏磁法檢測(cè)基本原理是：被測(cè)材料在外加磁場(chǎng)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(cè)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(chǎng)[3]。用磁性敏感元件檢測(cè)被磁化材料表面逸出的漏磁場(chǎng)，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(chǎng)不同：表面上缺陷產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)大；缺陷在表面下時(shí)，形成的漏磁場(chǎng)將顯著變小。漏磁通法適用于各種鐵磁材料，可以對(duì)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(cè)法的主要特點(diǎn)有：對(duì)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(cè)效果；探頭裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、成本低且操作簡(jiǎn)單；不受被測(cè)材料表面污染狀態(tài)的影響，進(jìn)行檢測(cè)時(shí)對(duì)被測(cè)材料表面清潔程度要求不高；能夠?qū)崿F(xiàn)較高的檢測(cè)速度，可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化檢測(cè)，非常適合在流水線上進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)和生產(chǎn)過程控制[4]。因此，在現(xiàn)今眾多的鋼管檢測(cè)方法中，漏磁檢測(cè)方法使用最為廣泛。

3 鋼管無損檢測(cè)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(cè)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(cè)適用于導(dǎo)電鋼管表面缺陷或近表面缺陷的檢測(cè)，此時(shí)靈敏度高于漏磁檢測(cè)。而對(duì)于內(nèi)部缺陷，渦流檢測(cè)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(cè)靈敏度降低。渦流檢測(cè)一般只能檢測(cè)無縫鋼管的單面表面缺陷（內(nèi)表面或外表面）；漏磁檢測(cè)可問時(shí)檢測(cè)無縫鋼管的內(nèi)外表面缺陷，對(duì)于內(nèi)部缺陷也有一定的靈敏度[5]。相對(duì)于渦流探傷，漏磁探傷檢測(cè)缺陷的靈敏度較低。

3.2 超聲波檢測(cè)鋼管壁厚

鋼管的壁厚檢測(cè)常采用超聲檢測(cè)中的共振式和脈沖反射式兩種方式進(jìn)行。共振式檢測(cè)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(hào)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(cè)不可以用這種方法，因?yàn)楣舱袷綔y(cè)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(cè)。脈沖反射式測(cè)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(cè)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(cè)鋼管端部盲區(qū)缺陷，傳感器探頭長10mm，最小理論檢測(cè)盲區(qū)為5mm。利用交流漏磁對(duì)鉆桿螺紋區(qū)域的檢測(cè)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(duì)油管外螺紋區(qū)和鋼管端部的檢測(cè)主要是通過端部內(nèi)部磁化外部掃描方法，對(duì)其橫向傷進(jìn)行檢測(cè)，由于采用工字形磁化器，基本消除了檢測(cè)盲區(qū)。兩種方法的靈敏度很高，提高了儀器的缺陷識(shí)別能力。

漏磁檢測(cè)不僅能檢出內(nèi)外表面和皮下缺陷，而且無需檢測(cè)就可從建立的電信號(hào)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(cè)能力強(qiáng)，檢測(cè)速度快。

4 小結(jié)

單一的無損檢測(cè)方法只能檢出鋼管中的部分缺陷，且由于檢測(cè)速度差別太大，超聲和渦流探傷又很難簡(jiǎn)單的組合到一起，而鋼管外觀尺寸的測(cè)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(duì)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(cè)能力強(qiáng)、檢測(cè)速度快、信號(hào)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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