荀家鈺

（新疆油田公司物資供應(yīng)總公司，新疆克拉瑪依 834000）

0 引言

石油專用管，如油、套管、鉆具及油田用普通鋼管、高壓鍋爐管流體管、不銹鋼無縫鋼管等，管體壁厚檢測(cè)是對(duì)產(chǎn)品綜合質(zhì)量評(píng)判的重要手段之一。對(duì)石油用管而言，外徑圓度與壁厚的均勻性是保證安全性的重要指標(biāo)。實(shí)際檢測(cè)中，缺陷在工件中所呈現(xiàn)的形狀、面積、位置是多樣化的，這與材料的冶煉及軋制有關(guān)。

1 壁厚檢測(cè)

因石油用管在使用中的特殊要求，為確保在服役期的質(zhì)量、性能及安全要求，均采用無縫軋管（部分表管和技術(shù)套管可采用焊管）。隨著油田鉆井開采工藝的多樣性，對(duì)油井管的質(zhì)量性能及安全要求多樣性也越來越高。任何一種規(guī)格種類的油井管，都經(jīng)過軋制或焊縫工藝（焊縫管），管材在螺紋加工前的一切工序及質(zhì)量控制的優(yōu)劣，是保障油井管最終成品質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。由此，油井用管壁厚檢測(cè)工作顯得尤為重要。

近幾年的檢測(cè)情況來看，油井用管在壁厚檢測(cè)中所存在的問題不可輕視，雖然造成壁厚檢測(cè)值誤差原因是多方面的，但與實(shí)際檢測(cè)中的操作方法及規(guī)范要求對(duì)量值的變化卻有著一定的相互影響。總結(jié)、分析影響超聲波管體壁厚測(cè)量值的因素，提高對(duì)產(chǎn)品客觀、公正的評(píng)判。

2 量值偏差

產(chǎn)生油井用管壁厚量值偏差的原因較多，管坯在軋制中的工藝，均有可能影響到管壁厚的不均勻性及偏差。如管體在軋制中定徑，若管壁夾雜、材料晶粒度粗大、熱處理工藝等，都將影響到產(chǎn)品的尺寸及相氏變化。管軋制技術(shù)雖然有了極大的提高改進(jìn)，但在整個(gè)工序過程中，因原材料中存有未能較徹底清除掉的金屬及非金屬雜質(zhì)，或其他影響工藝的因素，在熔煉軋制中沉積于材料中。

缺陷存在的狀態(tài)呈多樣性、復(fù)雜性，以點(diǎn)、線、面積體狀等形式存在于管壁的內(nèi)、中及外表層：①常見的折疊、夾雜、氣孔等附著在管壁的內(nèi)外表面，嚴(yán)重影響了管材壁厚質(zhì)量的穩(wěn)定性；②在管軋制定徑等工藝中，由于管壁受工藝、材料、溫度等因素影響使管內(nèi)壁產(chǎn)生的非均勻狀冷卻收縮，致使管內(nèi)壁呈現(xiàn)不連續(xù)性的表面凹面、凹面槽或凹坑狀。此類缺陷必須引起高度重視，嚴(yán)把檢測(cè)關(guān)。

管材在從軋制到產(chǎn)品的過程中，經(jīng)歷的最后一道工序是熱處理。因不同材料、口徑、壁厚等差異，其方法也不相同，對(duì)不同氏體的材料要求及目的不同，所產(chǎn)生的結(jié)果也不相同。如在熱處理工藝中快速地加溫加熱，材料的氏體將產(chǎn)生變化，同時(shí)在軋制及熱處理中，快速加溫可使奧氏體成分的不均勻性增加，快速加溫使得奧氏體轉(zhuǎn)變的孕育期縮短及馬氏體點(diǎn)改變?？赡軐?dǎo)致淬火產(chǎn)品中出現(xiàn)不同形態(tài)的馬氏體組織。

經(jīng)加熱淬火后，產(chǎn)品截面一般可分為淬硬層和過渡層。雖然油田用管屬定型產(chǎn)品，但由于管壁厚度存在著較大變化，因此，對(duì)壁厚值較大口徑管（即管外徑＞140 mm，壁厚＞9 mm），經(jīng)淬火處理的管材，在用超聲波設(shè)備測(cè)厚檢測(cè)時(shí)，應(yīng)相對(duì)增加測(cè)厚點(diǎn)位，避免漏誤檢。

在小口徑、大壁厚管材中，這種淬火不均勻性的管壁，較易出現(xiàn)晶粒不均勻變化。偶爾存在于管壁中的此類缺欠（陷），在實(shí)測(cè)時(shí)的表現(xiàn)為：顯示數(shù)值閃爍不穩(wěn)，與其公稱壁厚值差異變化較??；對(duì)工件壁厚值＜9 mm 的管壁測(cè)量時(shí)，可顯示其值偏小，且有一定的深度；移動(dòng)探頭時(shí)，可呈現(xiàn)測(cè)值數(shù)字不停地閃變，其變值范圍不大；當(dāng)探頭移出該范圍時(shí)，測(cè)值趨于正常。遇到這種情況，要擴(kuò)大檢測(cè)范圍，增加探測(cè)點(diǎn)或面，進(jìn)一步確定其范圍及量值的準(zhǔn)確度。不能以其1 個(gè)測(cè)點(diǎn)作為最終確定值，應(yīng)采取多點(diǎn)測(cè)量，在6 mm 半徑區(qū)域內(nèi)，至少有3 個(gè)讀數(shù)小于規(guī)定管壁公差時(shí)，方可定為缺陷。

在檢測(cè)中，偶爾會(huì)有同一圓截面處測(cè)壁厚時(shí)，在對(duì)應(yīng)的180°兩點(diǎn)間的測(cè)值差異較大，雖然外徑量值為合格，并未見橢圓。對(duì)這種情況，要進(jìn)行截面的全徑向測(cè)量，認(rèn)真找出變值原因及變值量率（弧變性量）。同時(shí)擴(kuò)大縱向檢測(cè)面，確定屬軋制偏心或是片狀?yuàn)A雜，明確缺欠的性質(zhì)、位置及量值。

3 影響管壁厚測(cè)值誤差因素

在管壁測(cè)厚檢測(cè)中，雖然設(shè)施及方法較簡(jiǎn)，但是影響其檢測(cè)量值誤差的因素卻不少。針對(duì)不同品種規(guī)格、形狀的產(chǎn)品工件測(cè)厚檢測(cè)，要從多方面考慮可能影響其測(cè)量精度不良因素。按照規(guī)范正確的方法要求操作，保證測(cè)值的客觀、準(zhǔn)確。

3.1 測(cè)量?jī)x器靈敏度及校驗(yàn)比對(duì)

沒有精良的檢測(cè)儀器及準(zhǔn)確的校驗(yàn)比對(duì)，其檢測(cè)結(jié)果就不是真值，不能作為與標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比的數(shù)據(jù)，其結(jié)果是無效的。所以，使用的儀器必須是經(jīng)過專職資格職能機(jī)構(gòu)檢定校驗(yàn)合格的，調(diào)試校驗(yàn)的對(duì)比樣塊也同樣如此。同時(shí)應(yīng)詳細(xì)了解且熟練掌握調(diào)試儀器動(dòng)態(tài)性能及規(guī)范操作的要求，如使用注意事項(xiàng)、環(huán)境氣候要求、作業(yè)程序步驟等。儀器的性能狀態(tài)如何，將直接影響到測(cè)值的準(zhǔn)確性。減小或消除誤差，提高檢測(cè)精度將從儀器開始，應(yīng)及時(shí)注意檢測(cè)探頭面磨損狀況對(duì)測(cè)值的影響。

3.2 操作方法及操作要求

任何一種設(shè)備在作業(yè)中，均有不同的作業(yè)方法要求，規(guī)范作業(yè)方法是操作的最基本要求，超聲波測(cè)厚儀的方法要求更為嚴(yán)格，使用中對(duì)操作機(jī)環(huán)境要求較嚴(yán)。當(dāng)環(huán)境溫差超過其規(guī)定要求時(shí)，測(cè)值的結(jié)果會(huì)出現(xiàn)明顯的差異和不穩(wěn)定，測(cè)量探頭的選擇、使用要求及養(yǎng)護(hù)也非常重要。

長(zhǎng)期測(cè)量帶有曲率或有一定弧曲面工件時(shí)，要時(shí)常檢查探頭測(cè)量面的磨損狀況，當(dāng)磨損量達(dá)到一定程度，如曲面磨損而造成測(cè)量精度的下降，其探頭晶片發(fā)射的聲束將在磨損的曲面處改變方向，造成聲束在工件介質(zhì)中產(chǎn)生折、反射間距離的變化，將直接影響到測(cè)量值的真實(shí)性。油井管的外徑規(guī)格變化較大，直徑有60～340 mm，曲面變值大，管表面在軋制定徑后，最后涂抹防銹層，表面存在一定的粗糙度，對(duì)檢測(cè)中探頭表面造成磨損。強(qiáng)調(diào)操作時(shí)的正確方法及規(guī)范要求，對(duì)減少探頭面的過量磨損、延長(zhǎng)使用期限、提高檢測(cè)精度將起著重要作用。

3.3 產(chǎn)品工件表面及其他因素的影響

被測(cè)產(chǎn)品工件表面須按要求進(jìn)行處理，因不同產(chǎn)品規(guī)格在生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存中的環(huán)節(jié)不相同，其表面因氣候、環(huán)境等造成的光滑度也各有差異。油井管屬大宗物資，存儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)、存儲(chǔ)環(huán)境惡劣，經(jīng)風(fēng)雨雪、砂塵等物侵害，易造成表面銹蝕、塵物積聚等。若普通鋼管表面銹跡較嚴(yán)重，不管使用用途如何，必須對(duì)產(chǎn)品表面進(jìn)行清理。

耦合液要有一定黏度范圍，過低易流淌，影響耦合效果。同時(shí)禁止用半固態(tài)狀物作為耦合介質(zhì)，否則影響檢測(cè)結(jié)果。管徑與曲面的大小尤應(yīng)注意，口徑越大就較趨于平面狀，過小則會(huì)影響探頭與工件間的接觸面及耦合效果。這種情況要相應(yīng)增大耦合液的黏度，測(cè)頭壓力要均衡，確保最大接觸面積。

針對(duì)鉆具管體壁厚的檢測(cè)，要注意外表面因軋制加工所產(chǎn)生的影響檢測(cè)效果的不良狀況。對(duì)材料為不銹鋼的鉆具類，如鉆鋌、加重鉆桿等，因管體外表面在機(jī)加工中留有管子全長(zhǎng)的環(huán)向細(xì)密的機(jī)械波紋，盡管很細(xì)小，但對(duì)檢測(cè)影響很大，造成數(shù)值不穩(wěn)且量值完全失真。由于超聲波測(cè)厚探頭工作原理的特殊性，當(dāng)工件表面呈現(xiàn)有規(guī)律性的細(xì)小波紋，入射聲束在工件表面遇到波紋面時(shí)被反射，使聲束無法進(jìn)入被測(cè)介質(zhì)。當(dāng)波紋形狀較大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生同樣的情況。

硅酸鹽夾雜物是金屬材料中常見的缺欠類型之一，如硅酸亞鐵夾雜物（2FeOSiO2）、硅酸亞錳類（2MnOSiO2）等。這兩種夾雜物在熱加工后（熱處理工藝），沿變形方向延伸，在距表層處具有不規(guī)則粗糙度，當(dāng)管壁厚度過大時(shí)，易產(chǎn)生這類夾雜物。由于這種夾雜物的成分中含帶有一定量的金屬物，即使用超聲波測(cè)厚儀檢測(cè)時(shí)，同一平面上的測(cè)厚值變化會(huì)反復(fù)無常。上海寶鋼生產(chǎn)的某型石油套管規(guī)格為：244.5 mm×11.05 mm，鋼級(jí)為P110 的偏梯形扣管。在抽檢和擴(kuò)檢時(shí)，其測(cè)厚值最小為4.60 mm，大部分缺陷管測(cè)值均＜9.66 mm 負(fù)公差峰值，呈點(diǎn)狀及線狀。廠方來人現(xiàn)場(chǎng)看貨、檢測(cè)，最終取樣回廠分析，得出的結(jié)論是，測(cè)厚超差原因?qū)俟杷猁}夾雜物所致。

4 超聲波測(cè)厚檢測(cè)評(píng)判及注意事項(xiàng)

標(biāo)準(zhǔn)對(duì)油井管壁厚檢測(cè)的要求及評(píng)判方法均作了詳細(xì)的要求，對(duì)非破壞性檢測(cè)，超聲波測(cè)厚技術(shù)及手段已被廣大用戶所接受。

油井管對(duì)管壁厚的檢測(cè)及評(píng)判有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)所控，在操作中，須按合同中指定的標(biāo)準(zhǔn)作為驗(yàn)收依據(jù)。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6474—2000 中18.9 項(xiàng)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5447—1992 規(guī)定了測(cè)厚檢測(cè)方法及要求。在實(shí)測(cè)中，被測(cè)壁厚的缺欠在形式、走向呈多樣化，基本是呈點(diǎn)、線、面狀，以點(diǎn)、線狀為主。當(dāng)一個(gè)測(cè)點(diǎn)處的厚值發(fā)生較大變化時(shí)，應(yīng)從管縱向或橫向（徑向）移動(dòng)探頭進(jìn)行檢測(cè)。如果移動(dòng)范圍＜6 mm 時(shí)，雖然測(cè)值右邊（該測(cè)點(diǎn)的變化值是產(chǎn)品公稱壁厚的允許最小值）則不能定為缺欠，反之可判為缺欠。對(duì)呈線狀壁厚缺欠，應(yīng)注意方向（縱或徑向）及長(zhǎng)度和深度層（中上層或中下層）面積（寬度），凡是長(zhǎng)度＞5 mm 者均為缺欠，呈面積狀壁厚缺欠（陷）較為少見。

被測(cè)工件表面應(yīng)光滑平整，如有機(jī)械加工形成的規(guī)律性槽、劃痕、孔道等，應(yīng)進(jìn)行必要的處理，否則這種狀況在用雙晶探頭檢測(cè)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的厚度讀數(shù)。檢測(cè)調(diào)試樣塊的表面粗糙度應(yīng)與工件表面相接近，過大的表面相差，將會(huì)影響探頭與工件表面的耦合狀況，并要控制好耦合液的黏度適中，過大或過小也會(huì)影響測(cè)值的準(zhǔn)確度。在此，方法要求非常重要。

對(duì)管材及曲面工件檢測(cè)時(shí)，曲面的大小與檢測(cè)操作關(guān)系極大。探頭直徑越小，越能改善耦合，并能減小探頭在曲面上呈“擺動(dòng)狀況”，盡量使入射聲束與工件表面呈垂直入射，可提高檢測(cè)值的準(zhǔn)確性及精確度。對(duì)曲面工件檢測(cè)時(shí)，探頭的置放方向應(yīng)與曲面縱向呈垂直狀，對(duì)所有規(guī)格的管材都是如此。