无缝钢管管端局部浸没式超声自动探伤

摘 要 主要介绍了无缝钢管管端局部浸没式超声自动检测方法，利用超声波检测无缝钢管管端金属基体内部、外部和表面下的缺陷。通过对水浸式超声检测原理的理解，布局超声探头组，研究自动检测方法。采用检测方式为：钢管周向自动旋转，探头组沿钢管轴线方向直线移动。

关键词 无缝钢管；管端自动探伤；超声波探伤；水浸式；局部水浸式

中图分类号：TH878 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）08-0111-02

在石油工业发展的进程中，无缝管扮演者重要的角色，无缝管管端的质量尤为重要，近年来受到越来越高的重视。现行控制管端质量的方法通常有以下几种：①在经过管体检测合格后，将存在检测盲区的管端部分切除。这样做虽然保证了质量，但是相对要投入极大的人力物力，并且产生极大的成本浪费；②工便携式超声管端探伤，一般采用接触法，对钢管探测面的光洁度要求较高，虽然设备简单、操作方便、机动灵活性强、探伤图形比较简单，容易判断、检测出缺陷的灵敏度较高，但是检测效率比较低，检测结果对检测员的个人责任心，及个人职业素质过于依赖，该方法适用于单件小批量及规格多的情况；③运用磁粉自动法检测，此方法虽然弥补了检测效率低等问题，但是对检测员个人素质的依赖以及检测缺陷种类单一成为其扩大发展的短板。

超声自动探伤具有一次性投入，长期受益，检测方法简单，结果判定形象直观，无污染，设备易维护等优点，因此，对于特定要求的大批量无缝管管端检测，超声自动探将成为其不二选择。

1 水浸式检测原理

1）水浸式检测是指将水浸纵波探头置于水中，利用纵波倾斜入射到水/钢界面，当入射角α1≤α≤α2时，可在钢管内实现纯横波检测。

2）检测参数的选择。①偏心距的选择：如图所示，偏心距是指探头声束轴线与管材中心轴线的水平距离X，入射角α随偏心距X的增大而增大，控制X就可以控制α。

水浸探伤中如果要实现纯横波检测到钢管内壁，则需

0.251R≤X≤0.458r （1）

可取平均值： （2）

式中：R—钢管外半径；r—钢管内半径。

②水层厚度的选择。在水浸检测中，要求水层厚度H大于钢管中超声横波全声程的一半，即

H>Xs这是因为水中C水=1480 m/s，钢中Cs=3230 m/s，

C水/Cs≈1/2。

当水层厚度大于钢中横波声程的1/2时，水/钢界面的第二次回波将位于管子的缺陷波（一次波），（二次波）之后，这样有利于对缺陷的判别。

③焦距的选择F。水浸自动探伤应使探头的焦点落在与声束轴线垂直的管心线上。

F=H+

式中，F—焦距H—水层厚度；R—钢管外半径；X—偏心距。

2 探伤方法

1）检测方式：钢管原地周向旋转，探头组沿着管轴线方向直线前进。如图所示。

2）检测方法：局部水浸式自动扫查，分层和壁厚采用直声束，纵横向缺陷采用斜声束

检测。

3）检测速度控制：螺距，钢管原地周向旋转一周，探头轴向前进的距离称为螺距，以此来控制检测速度。为满足探伤100%覆盖率要求，螺距设定必须控制在探头有效声束宽度以内。分层及壁厚检测覆盖率依照API 5L，API 5CT及相关标准或用户要求设定。保证不漏检螺距计算公式如下：

VP=XлD

其中：x—探头前进速度（毫米/秒）；D—钢管直径；V—托辊线速度（毫米/秒）；P—螺距。

3 对比试样

1）样管：在无缝钢管生产检验过程中，为了调试探伤设备的综合性能和设备使用过程中定时校验而在与被检钢管具有相同公称尺寸，相近化学成分，表面状态及热处理状态和声学性能相近的钢管上刻制相应级别的人工缺陷，作为参考的试样叫做样管。

2）对比试样上的人工缺陷是评定自然缺陷当量的依据，但不应理解为被检出的自然缺陷与人工缺陷的信号幅度相等时二者的尺寸必然相等，也不能理解为该设备所能检出的最小缺陷尺寸。

3）制作对比试样用的钢管不应有影响校准的自然缺陷。对比试样的长度尽量保持与被检钢管相等或相近，避免应长度不同引起震动幅度大小不一进而影响校验的可靠性。

4）管端样管人工缺陷位置及尺寸如图所示。

样管图

说明：1：L-ID 纵向内伤 距离A端100 mm；2：L-OD 纵向外伤 距离A端300 mm；3：T-OD 横向外伤 距离A端10 mm；“—”：外表面缺陷；4：T-ID 横向内伤 距离A端（10+2WT）mm；“﹉”：内表面缺陷；5：Lam 分层 距离A端5 mm。

4 探伤步骤

4.1 设备调试

1）每次重新使用探伤设备或者更换检验感官规格时须用相关标准规定的对比试样对探伤设备进行调试。

2）设备调试后应使对比试样上同一人工缺陷在圆周方向不同位置开始旋转所得信号幅度一致。

4.2 样管校验

1）静态下每个通道人工缺陷回波高度调整为75%满屏

高度。

2）动态校验时每个人工缺陷的回波高度应高于50%满屏

高度。

3）闸门设定为40%满屏高度。

4）设备必须用标准化样管校准，在每个班的开始或更换操作者，并以每4小时为周期进行，生产结束也要进行。每次校验3遍，3遍中相同位置的人工缺陷的波动不大于3dB。

4.3 探伤

1）设备校验合格后方可进行检测，检测应逐批逐个进行。

2）设备记录每根钢管动态检测信号图像，并具有声光报警功能，方便在有缺陷时引起检验人员的警觉。endprint

5 缺陷的评价和处理

1）对等于或大于拒收界限的显示信号进行评定，或者按以下条款作为缺陷的信号进行处置。显示信号的评定应由具有1级资格的探伤人员在2级或者3级探伤人员的监督指导下进行，或者由2级，3级探伤人员进行。

2）如缺陷产生的回波高度等于或超过由对比试样槽调整的特定的回波高度（报警闸门），则该缺陷是不可接受的。

3）带有缺陷的产品应采取以下方法中的一种进行处理。

①在长度要求的范围内带有缺陷的部分应被切除；②管子应被拒收。

4）若在原显示信号区域未发现缺陷，但对该显示信号无法解释，则该管端应采用相同的检验方法相同灵敏度进行重新检验。若果重新检验没有等于或高于报警闸门的信号，则此钢管应为合格；如果重新检验仍有大于或等于报警闸门的信号，则此钢管应被拒收或将包含缺陷的区域切除，切除后的长度应满足长度要求。

6 实际应用

采用上述方法通过反复试验，发现此方法对外径φ114～369 mm，壁厚h 5～20 mm的无缝钢管管端缺陷具有较高的检出可靠性。在对此类钢管检测中，对其中部分有明显回波处取样分析，结果为裂纹缺陷（管壁内外纵横向）超标，分层及夹杂缺陷超标，检出的废品率较高。证明了此探伤方法的有效性。

7 结论

1）此方法固定的四组探头分别对检验一定范围内不同规格的钢管内外壁纵横向缺陷，钢管内部分层缺陷有较高的检出率；对测量钢管壁厚的效率有很大的提升。

2）此方法检测对设备定期维护提出了较高的要求。特别是衬托钢管周向旋转的组件要求较高，必须使钢管旋转时始终在同一水平线上，否则会严重影响检测结果。

3）此方法对被检钢管的直度，硬度有一定要求。钢管如果不直周向旋转是管端将产生跳动，进而脱离探头组件，产生耦合界面回波，干扰探伤结果。

4）实践证明采用局部水浸式管端超声自动探伤对一定条件范围内的无缝钢管有较高的可行性，相对其他方法而言设备成本较低，检测效率高，能满足流水线生产需要。

参考文献

[1]中国特种设备检验协会—超声检测.

[2]GB/T 5777-2008 无缝钢管超声波探伤检验方法.

[3]YB/T 4082-2000 钢管自动超声探伤系统综合性能测试方法.

[4]ISO 10893 钢管的无损检测.

[5]ASTME 213 金属管材超声波探伤标准操作法.

作者简介

邵涛（1983-），男，现在西安三环科技开发总公司无损检测项目部工作。endprint

5 缺陷的评价和处理

1）对等于或大于拒收界限的显示信号进行评定，或者按以下条款作为缺陷的信号进行处置。显示信号的评定应由具有1级资格的探伤人员在2级或者3级探伤人员的监督指导下进行，或者由2级，3级探伤人员进行。

2）如缺陷产生的回波高度等于或超过由对比试样槽调整的特定的回波高度（报警闸门），则该缺陷是不可接受的。

3）带有缺陷的产品应采取以下方法中的一种进行处理。

①在长度要求的范围内带有缺陷的部分应被切除；②管子应被拒收。

4）若在原显示信号区域未发现缺陷，但对该显示信号无法解释，则该管端应采用相同的检验方法相同灵敏度进行重新检验。若果重新检验没有等于或高于报警闸门的信号，则此钢管应为合格；如果重新检验仍有大于或等于报警闸门的信号，则此钢管应被拒收或将包含缺陷的区域切除，切除后的长度应满足长度要求。

6 实际应用

采用上述方法通过反复试验，发现此方法对外径φ114～369 mm，壁厚h 5～20 mm的无缝钢管管端缺陷具有较高的检出可靠性。在对此类钢管检测中，对其中部分有明显回波处取样分析，结果为裂纹缺陷（管壁内外纵横向）超标，分层及夹杂缺陷超标，检出的废品率较高。证明了此探伤方法的有效性。

7 结论

1）此方法固定的四组探头分别对检验一定范围内不同规格的钢管内外壁纵横向缺陷，钢管内部分层缺陷有较高的检出率；对测量钢管壁厚的效率有很大的提升。

2）此方法检测对设备定期维护提出了较高的要求。特别是衬托钢管周向旋转的组件要求较高，必须使钢管旋转时始终在同一水平线上，否则会严重影响检测结果。

3）此方法对被检钢管的直度，硬度有一定要求。钢管如果不直周向旋转是管端将产生跳动，进而脱离探头组件，产生耦合界面回波，干扰探伤结果。

4）实践证明采用局部水浸式管端超声自动探伤对一定条件范围内的无缝钢管有较高的可行性，相对其他方法而言设备成本较低，检测效率高，能满足流水线生产需要。

参考文献

[1]中国特种设备检验协会—超声检测.

[2]GB/T 5777-2008 无缝钢管超声波探伤检验方法.

[3]YB/T 4082-2000 钢管自动超声探伤系统综合性能测试方法.

[4]ISO 10893 钢管的无损检测.

[5]ASTME 213 金属管材超声波探伤标准操作法.

作者简介

邵涛（1983-），男，现在西安三环科技开发总公司无损检测项目部工作。endprint

5 缺陷的评价和处理

1）对等于或大于拒收界限的显示信号进行评定，或者按以下条款作为缺陷的信号进行处置。显示信号的评定应由具有1级资格的探伤人员在2级或者3级探伤人员的监督指导下进行，或者由2级，3级探伤人员进行。

2）如缺陷产生的回波高度等于或超过由对比试样槽调整的特定的回波高度（报警闸门），则该缺陷是不可接受的。

3）带有缺陷的产品应采取以下方法中的一种进行处理。

①在长度要求的范围内带有缺陷的部分应被切除；②管子应被拒收。

4）若在原显示信号区域未发现缺陷，但对该显示信号无法解释，则该管端应采用相同的检验方法相同灵敏度进行重新检验。若果重新检验没有等于或高于报警闸门的信号，则此钢管应为合格；如果重新检验仍有大于或等于报警闸门的信号，则此钢管应被拒收或将包含缺陷的区域切除，切除后的长度应满足长度要求。

6 实际应用

采用上述方法通过反复试验，发现此方法对外径φ114～369 mm，壁厚h 5～20 mm的无缝钢管管端缺陷具有较高的检出可靠性。在对此类钢管检测中，对其中部分有明显回波处取样分析，结果为裂纹缺陷（管壁内外纵横向）超标，分层及夹杂缺陷超标，检出的废品率较高。证明了此探伤方法的有效性。

7 结论

1）此方法固定的四组探头分别对检验一定范围内不同规格的钢管内外壁纵横向缺陷，钢管内部分层缺陷有较高的检出率；对测量钢管壁厚的效率有很大的提升。

2）此方法检测对设备定期维护提出了较高的要求。特别是衬托钢管周向旋转的组件要求较高，必须使钢管旋转时始终在同一水平线上，否则会严重影响检测结果。

3）此方法对被检钢管的直度，硬度有一定要求。钢管如果不直周向旋转是管端将产生跳动，进而脱离探头组件，产生耦合界面回波，干扰探伤结果。

4）实践证明采用局部水浸式管端超声自动探伤对一定条件范围内的无缝钢管有较高的可行性，相对其他方法而言设备成本较低，检测效率高，能满足流水线生产需要。

参考文献

[1]中国特种设备检验协会—超声检测.

[2]GB/T 5777-2008 无缝钢管超声波探伤检验方法.

[3]YB/T 4082-2000 钢管自动超声探伤系统综合性能测试方法.

[4]ISO 10893 钢管的无损检测.

[5]ASTME 213 金属管材超声波探伤标准操作法.

作者简介

邵涛（1983-），男，现在西安三环科技开发总公司无损检测项目部工作。endprint