鋼管的探傷及可靠性分析
瀏覽：30 發(fā)布日期：2019/3/7 10:24:49
鋼管的探傷及可靠性分析 論述了探傷中使用的漏磁、渦流、超聲和電磁超聲幾種無損檢測(cè)方法的可靠性，通過對(duì)上述幾種方法可靠性的比較可以看出，電磁超聲方法具有其他無損檢測(cè)方法不可比擬的優(yōu)點(diǎn)和廣闊的應(yīng)用前景。1 前言鋼管是應(yīng)用最廣泛的鋼材品種。它的質(zhì)量直接影響到經(jīng)濟(jì)效益及人員的生命安全。世界各國(guó)都對(duì)鋼管的質(zhì)量檢測(cè)給以極大的重視，采用了各種無損檢測(cè)（NDT）方法對(duì)鋼管進(jìn)行了嚴(yán)格的檢測(cè)。例如，德國(guó)的Mannesmann 公司和日本的住友金屬公司在檢測(cè)大直徑鋼管時(shí)采用超場(chǎng)（UT）和漏磁（MFL）方法；檢測(cè)小直徑鋼管時(shí)，采用超場(chǎng)和渦流（ET）方法，已形成了較為成熟的檢測(cè)方案。我國(guó)的鋼管檢測(cè)大量采用了超聲及渦流方法，也愈來愈多地采用漏磁方法。然而，由于鋼管生產(chǎn)中產(chǎn)生的自然缺陷用NDT 方法檢測(cè)不出來的現(xiàn)象。因而，如何提高NDT 的檢測(cè)可靠性，就成為日益緊迫的課題。本文結(jié)合鋼管檢測(cè)中曾出現(xiàn)的一些自然缺陷漏檢現(xiàn)象，從原理上及檢測(cè)設(shè)備性能上進(jìn)行深入分析，為制定最佳的檢測(cè)方案提供了參考建議。2 MFL（Magnetic Flux Leakage)方法的可靠性MFL 法因其對(duì)管材表面狀態(tài)要求不高，檢出深度也較大，在國(guó)外的鋼管檢測(cè)中大量使用，國(guó)內(nèi)也越來越多地采用，特別是石油用鋼管檢測(cè)中已很普遍地使用了美國(guó)Tubescope 公司制造的MFL 探傷設(shè)備。在MFL 的使用中，由于管理上和技術(shù)上的原因，曾出現(xiàn)過一些漏檢問題。其中一個(gè)是與管軸線成45度角的缺陷常常漏檢。如將MFL 設(shè)備中的縱向探頭與橫向探頭同時(shí)使用，可能會(huì)減小漏檢率，否則就很難保證這類傾斜傷的可靠檢測(cè)。在MFL 法中影響可靠性的另一重要因素是自然缺陷與管表面的夾角。理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)研究證明：當(dāng)人工刻槽沿壁厚方向的取向與管外表面夾角為30度時(shí)，即無法用MFL 檢測(cè)出與表面平行的缺陷，如分層類缺陷。些外，如鋼管在扎制過程中變形較大，有時(shí)會(huì)將自然缺陷軋合。這時(shí)，缺陷產(chǎn)生的漏磁就很小，導(dǎo)致很難用MFL法探出?！ ≡谏a(chǎn)檢測(cè)中，曾出現(xiàn)過用MFL法檢測(cè)不出鋼管中透壁大孔洞的現(xiàn)象。拋開管理及人員因素，在技術(shù)上也應(yīng)探入分板并加以防范。對(duì)于用MFL 法能探出表面多深的缺陷，一直沒 有明確的結(jié)論。這與儀器及探頭性能及缺陷尺寸形狀等都有關(guān)系。3.ET(Eddy Current Testing)法的可靠性 由于檢測(cè)速度高，穿過式線圈ET法多年來廣泛用于檢測(cè)鋼管質(zhì)量，特別是其致密性。在使用中證明，它難以探出鐵磁性鋼管中的裂紋狀缺陷，所以在高標(biāo)準(zhǔn)的ET中，采用探針式線圈ET法。此外，對(duì)于ET法究竟能探出表面多深的缺隱這樣一個(gè)簡(jiǎn)單問題，似乎至今也未形成一個(gè)明確的共識(shí)?！ ?對(duì)于鋼管中常常產(chǎn)生的“外折”類缺陷，不少渦流儀器與探頭也往往發(fā)現(xiàn)不了。經(jīng)常出現(xiàn)外折肉眼明顯可見，卻無法將之用ET儀報(bào)警的尷尬現(xiàn)象。自從出現(xiàn)了扇區(qū)式相位報(bào)警的渦流設(shè)備后，這種局面得到了根本的改變。但選擇合適的儀器與探頭并正確調(diào)整它，仍是不容忽視的重要問題4 UT(Ultrasonic Testing)法的可靠性UT 法在鋼管探傷與測(cè)厚中應(yīng)用最廣。然而，作為一種檢測(cè)方法，其可靠性會(huì)受到各種因素的影響。如對(duì)之分析研究不夠，甚至?xí)霈F(xiàn)嚴(yán)重的漏檢、誤檢現(xiàn)象。下面僅對(duì)UT中可能存在的幾種降低UT的可靠性的因素做一些討論。（1）自然缺陷取向?qū)T可靠性的影響在鋼管軋制過程中，出現(xiàn)頻度較高的是軸向（縱向）缺陷。然而，與鋼管軸線呈一定角度延伸的缺陷也不少見。垂直于管軸線的周向（橫向）缺陷也時(shí)有發(fā)生。NDT的任務(wù)就是將這些取向不同的缺陷都探出來。同樣，為了可靠探出與鋼管表面傾斜的折疊類缺陷，必須設(shè)置2組沿管周向相反方向入射的探頭。（2）聲耦合方工對(duì)UT可靠性的影響水侵UT中，聲波在管壁中傳播衰減是很嚴(yán)重的。因?yàn)樗穆曁卣髯杩惯h(yuǎn)小于鋼，故聲波從水向及從鋼向水的往復(fù)透射率就很小。其次，聲波在管壁中的每次反射都伴隨著波型轉(zhuǎn)換。而橫波向水透射時(shí)又要完全被水吸收，故而顯著地增大了水侵UT的超聲衰減。這就導(dǎo)致超聲波沿管壁傳播距離很小，甚至連1/4周長(zhǎng)也達(dá)不到。在不考慮聲傳播過程中的波型轉(zhuǎn)換，即在橫波折射角為45度時(shí)，有機(jī)玻璃楔塊制成的斜的接觸法探頭，對(duì)鋼管的聲壓往復(fù)透射率的計(jì)算值T（LS）約等于25%。而在鋼管外側(cè)浸在水中，內(nèi)側(cè)仍為空氣時(shí)T（LS）約等于15%。。后者比前者低4dB。如果鋼管內(nèi)孔也充入水（例如水從在孔洞浸入內(nèi)孔）時(shí)，則缺陷回波信號(hào)要比接觸法或水膜法至少下降6dB。如果因缺陷形狀或取向等不利因素的影響造成缺陷回波信號(hào)不強(qiáng)，則缺陷就很可能漏檢。一個(gè)較好的解決此問題的方案是以水膜法代替水浸法進(jìn)行耦合。5 電磁超聲EMAT （Electronmagnetic Acoustic Transducer)探傷技術(shù)為解決聲耦合給UT帶來的各種困難，20世紀(jì)60年代末期出現(xiàn)了不需要聲耦合而直執(zhí)著在金屬中激發(fā)與接收聲波的電磁超聲換能器（EMAT），經(jīng)30年來的研究、開發(fā)，現(xiàn)今已進(jìn)入工程化、商品化階段。美、德、俄、日等國(guó)已有商品儀器設(shè)備出售。筆者從70年代初也開始了MEAT 的研究與開發(fā)，目前，研發(fā)的EMAT 設(shè)備已經(jīng)在國(guó)內(nèi)多家鋼管、鋼板的生產(chǎn)與使用單位成功地應(yīng)有。EMAT 是靠3種方式產(chǎn)生Lorentz力、磁致伸縮力及磁性力來激發(fā)與接收超聲波的，直接在金屬中激發(fā)與接收超聲，不需要聲耦合，所以可在粗糙表面的工件中及高溫、高速運(yùn)動(dòng)的工件中進(jìn)行超聲檢測(cè)。它可以很容易選定所需要的超聲波模式，特別是能很簡(jiǎn)單地激發(fā)與接收SH波，這在壓電超聲換能器很難做到。它在鋼管中激激發(fā)的超聲，可繞工件傳播幾周甚至十幾擊，這就為用透過波來檢測(cè)缺陷尺寸奠定了良好基礎(chǔ)。如前所述，在UT中如果缺陷與聲束不完全垂直時(shí)，如其斜超過10度，反射波就大幅度下降。偏斜45度的缺陷就會(huì)漏檢。6.MEL、ET、UT及EMAT法的可靠性比較用大量自然缺陷分別對(duì)MEL、ET、UT及EMAT 方法進(jìn)行了比較實(shí)驗(yàn)。用各種既定深度的人工標(biāo)準(zhǔn)缺陷對(duì)每種方法的缺陷深度的測(cè)量進(jìn)行標(biāo)定。然后對(duì)這些自然缺陷進(jìn)行掃查探測(cè)。當(dāng)折疊類缺陷深度較大時(shí)，其測(cè)量結(jié)果的離散度最小，但當(dāng)缺陷深度上于2mm時(shí)，離散度相當(dāng)大。而MFL 和ET法的離散度更大，在很多部位上測(cè)量深度為0，探測(cè)不出來。這可能是。由于在該部位上缺陷被軋合了。而EMAT就不存在這種漏檢現(xiàn)象，在我們的EMAT設(shè)備使用中也證實(shí)了這一優(yōu)點(diǎn)，不論人工缺陷還是自然缺陷，EMAT設(shè)備都有很高的檢出率。 7 結(jié)論（1）EMAT 方法不公能檢測(cè)出各種標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的人工缺陷，而且可以檢測(cè)出多種自然缺陷，其可靠性是其它NDT法無可比擬的。（2）在EMAT法檢測(cè)中，應(yīng)將探縱、橫向缺陷的探頭及高、低通濾波器全部使用，以防缺陷漏檢。如可能，應(yīng)開發(fā)檢測(cè)水平分量漏磁場(chǎng)的探頭，以確保其可靠性。（3）在ET法中，應(yīng)采用相位報(bào)警方式，以防折疊類缺陷漏檢。在對(duì)ET法的可靠性要求高時(shí)，應(yīng)采用點(diǎn)探頭線圈的ET儀器與設(shè)備，以可靠檢測(cè)裂紋類缺陷。（4） 在UT法的鋼管探傷中，不宜采用全水浸式探頭，而應(yīng)采用水膜式探頭，防止危險(xiǎn)性缺陷漏檢。