變型橫波反射法在超厚壁鋼管檢測(cè)中的應(yīng)用

劉國(guó)海 張景旭

摘 ?要：現(xiàn)階段，各行業(yè)對(duì)無(wú)縫鋼管的質(zhì)量要求越來(lái)越高，大量研究已經(jīng)證實(shí)超聲波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是一種有效的檢測(cè)方法。目前，有關(guān)變型橫波反射法的無(wú)損檢測(cè)研究成為熱點(diǎn)，文章主要介紹了變型橫波反射法的原理和在超厚壁鋼管無(wú)損探傷中的應(yīng)用，具有準(zhǔn)確率高、實(shí)用性強(qiáng)、應(yīng)用方便等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：超聲波;無(wú)損探傷;超厚壁鋼管

引言

在超聲波探傷的基本方法中，按聲耦合方式來(lái)分類(lèi)，可分為接觸法和水浸法兩大類(lèi)。對(duì)于無(wú)縫鋼管管壁的超聲波探傷，目前運(yùn)用最為廣泛的方法是水浸法，它是將探頭發(fā)射的超聲波經(jīng)過(guò)一定厚度的水層后再進(jìn)入工件的探傷方式。在水浸法中，對(duì)于不同壁厚的探傷方式主要有兩種，一種為橫波反射法，一種為變型橫波反射法。在進(jìn)行超聲波檢測(cè)時(shí)，面對(duì)鋼管壁徑比t/D大于0.2的超厚壁鋼管，常用的橫波反射法已經(jīng)不能完整地探查到鋼管內(nèi)壁上的缺陷。為實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼管進(jìn)行完整的探傷，必須保證折射橫波與鋼管內(nèi)壁相切，所以就需要使用變型橫波反射法進(jìn)行探傷。

1 變型橫波反射法的檢測(cè)原理

當(dāng)t/D>0.2時(shí)，橫波反射法已經(jīng)無(wú)法探測(cè)到鋼管內(nèi)壁的缺陷，應(yīng)采用特殊方法進(jìn)行探傷，因此，變型橫波反射法得到了應(yīng)用。其中，變型橫波反射法與橫波反射法的入射角就有所不同，前者的入射角要小于第一臨界角α1，這樣就可以保證，鋼管中的橫波和縱波同時(shí)存在，然后利用折射縱波在鋼管外壁上產(chǎn)生的反射橫波，進(jìn)行超厚壁鋼管內(nèi)壁缺陷的檢測(cè)。

為了獲得較大折射縱波分量，角度選擇小于第一臨界角，這樣折射縱波既能透射到管材一個(gè)壁面，又能分離出較強(qiáng)的反射橫波投射到管材的內(nèi)表面，如圖1。

為了保證變型橫波能探測(cè)到鋼管內(nèi)壁，這個(gè)角度也有它的最大值上限，根據(jù)數(shù)學(xué)推導(dǎo)可得

由公式（1）可以看出，探頭入射角的最大值，跟鋼管的內(nèi)外徑尺寸比有直接關(guān)系。如表1，列出了幾種常見(jiàn)規(guī)格所允許的最大入射角[1]。這樣，就可以根據(jù)不同超厚壁鋼管的尺寸來(lái)選取相應(yīng)的探頭，檢測(cè)其內(nèi)部缺陷，滿足生產(chǎn)的需要。

2 實(shí)際應(yīng)用

2.1 標(biāo)準(zhǔn)樣管設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)行的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求，采用規(guī)格為φ121mm×36mm的超厚壁鋼管，截取一段，在鋼管內(nèi)外壁上進(jìn)行人工刻傷，加工成具有橫孔和矩形槽的兩種標(biāo)準(zhǔn)反射體，其中橫孔可制作成φ2mm深25mm的規(guī)格，矩形槽可按標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5777-2008制作成40mm×1mm×1.5mm的矩形槽。在進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)時(shí)，需要有標(biāo)準(zhǔn)人工參照反射物來(lái)檢查探測(cè)儀的靈敏度，以保證檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

2.2 探傷頻率的選擇

根據(jù)GB/T 5777-2008標(biāo)準(zhǔn)要求[2]，探傷儀使用的探頭頻率可以在1-15MHz之間選擇。同時(shí)，根據(jù)鋼管本身的結(jié)構(gòu)采用適當(dāng)?shù)念l率探傷，查閱資料可以發(fā)現(xiàn)，晶粒較粗的鋼管可以采用低頻進(jìn)行探傷，反之則需要用高頻。通過(guò)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)可知，對(duì)于該規(guī)格超厚壁鋼管，可采用頻率為2.5MHz的探頭進(jìn)行探傷。

2.3 檢測(cè)方法

在對(duì)超厚壁鋼管式樣檢測(cè)之前，先將鋼管探頭探測(cè)處的油漆及氧化膜去掉，以保證探頭和鋼管之間良好的接觸。當(dāng)變型橫波遇到鋼管內(nèi)外部缺陷時(shí)，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的反射信號(hào)，在其所顯示的波形中，外傷顯示的波形相對(duì)于內(nèi)傷顯示的波形更靠近始脈沖，因此操作人員在工作中，可以根據(jù)缺陷波在時(shí)基線上的位置，很容易正確地判斷出來(lái)內(nèi)外壁的缺陷。但是，在實(shí)際應(yīng)用中，由于超厚壁鋼管的本身厚度原因，會(huì)導(dǎo)致鋸齒形傳播的超聲波由于跨距增大而加大衰減量，從而再導(dǎo)致鋸齒漏點(diǎn)面在鋼管圓周面上出現(xiàn)的問(wèn)題。因此，為了保證探傷儀對(duì)鋼管圓周的110%的檢測(cè)，才能對(duì)鋼管進(jìn)行批量的精確檢測(cè)，所以需要增大探頭沿鋼管圓周方向的移動(dòng)范圍。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，可將鋼管分為三個(gè)圓周面，每次檢測(cè)鋼管的三分之一圓周，且每次檢測(cè)應(yīng)有10%的覆蓋面，從而保證全部缺陷均被檢測(cè)出來(lái)。

2.4 實(shí)測(cè)結(jié)果

實(shí)際檢測(cè)時(shí)選取三十根φ121mm×36mm的超厚壁鋼管進(jìn)行檢測(cè)，在入射角的最大允許范圍內(nèi)，根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，測(cè)試三十根超厚壁鋼管時(shí)，發(fā)現(xiàn)有缺陷的超厚壁鋼管認(rèn)定為不合格，并將缺陷鋼管進(jìn)行解剖驗(yàn)證缺陷確實(shí)存在。實(shí)驗(yàn)證明，該方法檢測(cè)超厚壁鋼管內(nèi)部缺陷比常規(guī)方法所檢測(cè)的結(jié)果真實(shí)可靠，同時(shí)具有準(zhǔn)確率高、實(shí)用性強(qiáng)、應(yīng)用方便等優(yōu)點(diǎn)。

3 結(jié)束語(yǔ)

超厚壁鋼管壁徑比大，常用的橫波反射法不能完整的檢測(cè)到鋼管內(nèi)壁上的缺陷，所以變型橫波反射法得到了應(yīng)用，它通過(guò)調(diào)整探頭不同的入射角，使之配合不同的超厚壁鋼管規(guī)格，再增大探頭沿鋼管圓周方向上的移動(dòng)范圍，避免漏測(cè)點(diǎn)面的出現(xiàn)。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)可知，變型橫波反射法具有實(shí)用性強(qiáng)，準(zhǔn)確率高和應(yīng)用方便等優(yōu)點(diǎn)。但是，目前這種檢測(cè)方法還存在缺陷，對(duì)于缺陷的成像還不能直觀顯示出來(lái)，使它的發(fā)展有一定的局限性，因此未來(lái)可以向信號(hào)成像、處理等方面發(fā)展，使該技術(shù)慢慢成熟起來(lái)。

參考文獻(xiàn)

[1]趙仁順.超厚壁鋼管內(nèi)壁缺陷的超聲波探傷方法研究[J].檢測(cè)技術(shù)，2010，39（3）：55-59.

[2]中國(guó)鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì).GB/T 5777-2008.無(wú)縫鋼管超聲波探傷檢驗(yàn)方法[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.