穿透分層腐蝕缺陷對磁致伸縮導(dǎo)波信號的衰減影響

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(yàn)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(xiǎn)性安全隱患也越來越受到重視。

對于管道的檢測評價(jià)，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(diǎn)。作為一種管道安全評價(jià)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(diǎn)。但導(dǎo)波在檢測過程中，檢測效果會(huì)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(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果可為實(shí)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(shí)，其尺寸大小、形狀會(huì)發(fā)生變化的效應(yīng)；磁致伸縮逆效應(yīng)是指由機(jī)械壓力（或張力）引起鐵磁性材料的磁疇按照一定方向運(yùn)動(dòng)，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(yàn)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)Р?，扭轉(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(yàn)時(shí)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(yàn)及試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)采用MsS3030R超聲導(dǎo)波檢測系統(tǒng)。按各種缺陷特征設(shè)計(jì)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(yàn)樣管人工缺陷性質(zhì)、大小及探頭位置表

2.1 試驗(yàn)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(jìn)行檢測，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。試驗(yàn)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(rèn)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(shí)際相符；但從2.02m后包括焊縫和人工缺陷都無法識(shí)別，從距離增益補(bǔ)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(bǔ)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(yàn)證。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.2.1 常規(guī)檢測技術(shù)驗(yàn)證

考慮該鋼管是新焊接樣管，樣管外表面完好，試驗(yàn)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(rèn)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(cuò)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?。┑?，故立即采用其他手段進(jìn)行輔助檢測。于是，對樣管分別進(jìn)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(dòng)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(jìn)行隨機(jī)抽測，發(fā)現(xiàn)厚度也在合理的變動(dòng)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(rèn)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(jìn)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(shí)是以點(diǎn)測結(jié)果代替整個(gè)面厚度信息，不一定正好能檢測到分層缺陷，同時(shí)也無法確定分層缺陷的腐蝕情況，所以會(huì)出現(xiàn)上文所描述現(xiàn)象，測厚時(shí)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(shí)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(jìn)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(shí)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(yàn)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(shí)，在使用其他無損檢測方法確認(rèn)時(shí)，應(yīng)增加周向檢測密度。

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