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方法的可靠性，通過對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方法不可比擬的優(yōu)點和廣闊的應用前景。1 前言鋼管是應用最廣泛的鋼材品種。它的質(zhì)量直接影響到經(jīng)濟效益及人員的生命安全。世界各國都對鋼管的質(zhì)量檢測給以極大的重視，采用了各種無損檢測（NDT）方法對鋼管進行了嚴格的檢測。例如，德國的Mannesmann 公司和日本的住友金屬公司在檢測大直徑鋼管時采用超場（UT）和漏磁（MFL）方法；檢測小直徑鋼管時，采用超場和渦流（ET）方法，已形成了較為成熟的檢測方案。我國的鋼管檢測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 方法檢測不出來的現(xiàn)象。因而，如何提高NDT 的檢測可靠性，就成為日益緊迫的課題。本文結(jié)合鋼管檢測中曾出現(xiàn)的一些自然缺陷漏檢現(xiàn)象，從原理上及檢測設(shè)備性能上進行深入分析，為制定最佳的檢測方案提供了參考建議。2 MFL（Magnetic Flux Leakage)方法的可靠性MFL 法因其對管材表面狀態(tài)要求不高，檢出深度也較大，在國外的鋼管檢測中大量使用，國內(nèi)也越來越多地采用，特別是石油用鋼管檢測中已很普遍地使用了美國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使用，可能會減小漏檢率，否則就很難保證這類傾斜傷的可靠檢測。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。理論計算與實驗研究證明：當人工刻槽沿壁厚方向的取向與管外表面夾角為30度時，即無法用MFL 檢測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，有時會將自然缺陷軋合。這時，缺陷產(chǎn)生的漏磁就很小，導致很難用MFL法探出。 在生產(chǎn)檢測中，曾出現(xiàn)過用MFL法檢測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)上也應探入分板并加以防范。對于用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 由于檢測速度高，穿過式線圈ET法多年來廣泛用于檢測鋼管質(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，所以在高標準的ET中，采用探針式線圈ET法。此外，對于ET法究竟能探出表面多深的缺隱這樣一個簡單問題，似乎至今也未形成一個明確的共識。 對于鋼管中常常產(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儀報警的尷尬現(xiàn)象。自從出現(xiàn)了扇區(qū)式相位報警的渦流設(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 法在鋼管探傷與測厚中應用最廣。然而，作為一種檢測方法，其可靠性會受到各種因素的影響。如對之分析研究不夠，甚至會出現(xiàn)嚴重的漏檢、誤檢現(xiàn)象。下面僅對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UT可靠性的影響水侵UT中，聲波在管壁中傳播衰減是很嚴重的。因為水的聲特征阻抗遠小于鋼，故聲波從水向及從鋼向水的往復透射率就很小。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。這就導致超聲波沿管壁傳播距離很小，甚至連1/4周長也達不到。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，有機玻璃楔塊制成的斜的接觸法探頭，對鋼管的聲壓往復透射率的計算值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，則缺陷回波信號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不強，則缺陷就很可能漏檢。一個較好的解決此問題的方案是以水膜法代替水浸法進行耦合。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)今已進入工程化、商品化階段。美、德、俄、日等國已有商品儀器設(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)在國內(nèi)多家鋼管、鋼板的生產(chǎn)與使用單位成功地應有。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、高速運動的工件中進行超聲檢測。它可以很容易選定所需要的超聲波模式，特別是能很簡單地激發(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，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MEL、ET、UT及EMAT 方法進行了比較實驗。用各種既定深度的人工標準缺陷對每種方法的缺陷深度的測量進行標定。然后對這些自然缺陷進行掃查探測。當折疊類缺陷深度較大時，其測量結(jié)果的離散度最小，但當缺陷深度上于2mm時，離散度相當大。而MFL 和ET法的離散度更大，在很多部位上測量深度為0，探測不出來。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)備使用中也證實了這一優(yōu)點，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 方法不公能檢測出各種標準所規(guī)定的人工缺陷，而且可以檢測出多種自然缺陷，其可靠性是其它NDT法無可比擬的。（2）在EMAT法檢測中，應將探縱、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，應開發(fā)檢測水平分量漏磁場的探頭，以確保其可靠性。（3）在ET法中，應采用相位報警方式，以防折疊類缺陷漏檢。在對ET法的可靠性要求高時，應采用點探頭線圈的ET儀器與設(shè)備，以可靠檢測裂紋類缺陷。（4） 在UT法的鋼管探傷中，不宜采用全水浸式探頭，而應采用水膜式探頭，防止危險性缺陷漏檢。