張 偉，李 慧，劉 聰

（1.渤海石油裝備巨龍鋼管有限公司，河北滄州 062658；2.渤海能克鉆桿有限公司，河北滄州 062658）

0 引言

超聲波在被檢測(cè)材料中傳播，當(dāng)被檢測(cè)材料的厚度為超聲波的半波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)將引起共振，儀器上會(huì)顯示出規(guī)律的波形。當(dāng)超聲波遇到缺陷時(shí)會(huì)發(fā)生一些特性的變化，如能量損失、反射等，共振頻率發(fā)生變化，此時(shí)儀器上會(huì)顯示出不同的波形，通過(guò)這些特性可以判斷材料的缺陷（圖1）。超聲波具有靈敏度高、穿透力強(qiáng)、設(shè)備輕便等特性，所以該檢測(cè)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于金屬、非金屬和復(fù)合材料等制造行業(yè)，尤其在天然氣長(zhǎng)輸鋼管的制造過(guò)程中發(fā)揮了重要作用，主要用于檢測(cè)鋼板母材中是否有分層、夾渣、裂紋等缺陷。

圖1 接觸法單探頭直射聲束脈沖反射法

1 標(biāo)準(zhǔn)要求

鋼板超聲波檢測(cè)一般采用脈沖反射法進(jìn)行檢測(cè)，脈沖反射法檢測(cè)靈敏度高，可對(duì)缺陷精準(zhǔn)定位且操作方便，缺點(diǎn)就是有檢測(cè)盲區(qū)，需要通過(guò)設(shè)置合理的掃查方式來(lái)覆蓋盲區(qū)。掃查指的是在檢測(cè)過(guò)程中，鋼板和探頭裝置之間應(yīng)相對(duì)移動(dòng)。不同的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鋼板掃查覆蓋范圍有不同的要求，具體見(jiàn)表1。

通過(guò)表1 可知，這4 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中都明確規(guī)定了鋼板超聲波檢驗(yàn)的寬度范圍，掃查的最小覆蓋范圍和相鄰掃查軌跡間的最大間距。

表1 不同標(biāo)準(zhǔn)的鋼板掃查覆蓋范圍

現(xiàn)有的鋼板超聲波自動(dòng)探傷設(shè)備，有兩種掃查方式可供選擇。一種為擺動(dòng)掃查，即鋼板和探頭同時(shí)運(yùn)動(dòng)，鋼板前進(jìn)，探頭在板寬方向做往復(fù)運(yùn)動(dòng)（圖2）。另一種為梳狀掃查，即鋼板前進(jìn)、探頭保持不動(dòng)（圖3）。

圖2 擺動(dòng)掃查

圖3 梳狀掃查

由于標(biāo)準(zhǔn)要求的不同，所選的掃查方式也要相應(yīng)改變。另外，檢測(cè)過(guò)程中相對(duì)移動(dòng)速度波動(dòng)應(yīng)≤±10%。

2 實(shí)際應(yīng)用

2.1 探頭的選擇

在CDP-S-NGP-PL-013-2019-4《天然氣管道工程用直縫埋弧焊管熱軋鋼板技術(shù)規(guī)格書》中，第9.4.2.1.2 條款對(duì)探頭做出了明確的要求：宜采用晶片直徑或邊長(zhǎng)小于30 mm、頻率為2.5 MHz、5 MHz 直探頭。在評(píng)估和精確測(cè)定缺陷時(shí)，允許使用其他性能更優(yōu)的探頭。

所以，探頭晶片的尺寸可定為8 mm×29.8 mm×2 mm，而探頭頻率則要根據(jù)探傷速度及探傷所要求的設(shè)備重復(fù)頻率來(lái)選擇。

2.2 邊部探頭的選用

鋼板超聲波自動(dòng)探傷儀的探頭由邊部探頭和中部探頭兩部分組成。

標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鋼板側(cè)邊一定范圍內(nèi)要求100%掃查，所以，邊部探頭一般設(shè)計(jì)為探傷覆蓋范圍達(dá)到一定尺寸的組合式探頭，即將多個(gè)探頭組合成為一個(gè)探頭組，且各探頭重疊15%。將裝有組合式探頭的探架固定在用電機(jī)控制的托板上，托板上同時(shí)裝有邊靠輪和隨動(dòng)氣缸。探傷時(shí)，探頭落在鋼板邊部，探頭一側(cè)與鋼板側(cè)邊邊平齊，探頭通過(guò)邊靠輪及隨動(dòng)氣缸與鋼板型變同步，以達(dá)到100%掃查。

2.3 中部探頭的選用

為滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求，中部探頭的布置則需要根據(jù)不同的板體覆蓋率進(jìn)行選擇?，F(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)對(duì)覆蓋面積大致分為3 個(gè)等級(jí)。

2.3.1 覆蓋面積為5%～25%

要達(dá)到該覆蓋面積，有兩種探頭布置方式：

（1）采用擺動(dòng)掃查，中探設(shè)置一排，選用單個(gè)探頭，根據(jù)所要生產(chǎn)的板寬設(shè)置探頭，且相鄰掃查軌跡間的最大間距小于40 mm。

（2）采用梳狀掃查，中探設(shè)置一排，選用單個(gè)探頭，根據(jù)所要生產(chǎn)的板寬設(shè)置探頭，且相鄰掃查軌跡間的最大間距小于40 mm。

雖然兩種掃查方式的覆蓋率都可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求，但是相對(duì)于梳狀掃查，擺動(dòng)掃查覆蓋具有一定的隨機(jī)性。所以，在覆蓋面積5%～25%時(shí)建議采用擺動(dòng)掃查。

2.3.2 覆蓋面積為30%～55%

要達(dá)到該覆蓋面積，有兩種探頭布置方式，無(wú)論是擺動(dòng)掃查還是梳狀掃查，方式及要求同“覆蓋面積在5%～25%”一樣，但采用梳狀掃查時(shí)要求探頭之間重合15%。

兩種掃查方式的覆蓋率都可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求，但覆蓋面積30%～50%時(shí)建議采用擺動(dòng)掃查。

2.3.3 覆蓋面積100%

覆蓋面積100%時(shí)，只能采用梳狀掃查，且中探需設(shè)置雙排組合式探頭。設(shè)置雙排探頭的目的是為了避免探頭夾持工裝所造成的探傷盲區(qū)。

3 結(jié)束語(yǔ)

由于國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)條件的要求不同，對(duì)于檢測(cè)面積的要求也不同。所以，各生產(chǎn)廠家需要根據(jù)自己所執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)條件進(jìn)行鋼板超聲波自動(dòng)探傷設(shè)備的選擇。