无缝钢管质量检测中超声波检测技术的应用研究

2022-06-29李世杰

仪器仪表用户 2022年7期

李世杰

（天津腾飞钢管有限公司，天津 300301）

超声波检测技术的应用可以为无缝钢管的质量检测工作提供技术支持，传统的检测方法已经不能满足现代无缝钢管质量检测工作的需要。因此，在无缝钢管的质量检测工作中，工作人员需要加强对超声波检测技术的重视，提高无缝钢管的质量，推动无缝钢管行业的发展进程。随着社会需求的上升，无缝钢管在行业中得到了广泛应用，而无缝钢管的质量是无缝钢管行业发展的关键影响因素。

1 超声波无损检测分析

1.1 超声波无损检测运用特点

无损检测具体是指利用电、光、声等方面的特性，在不给被检测对象的使用性能带来影响的基础上，对被检测对象进行检查，如检查其使用性能是否完好，是否存在提升空间。若在无损检测过程中发现被检测对象的使用问题，相关工作人员可以在检测工作完成之后对被检测对象的性能进行升级或改造，确定被检测对象的使用性能达到标准。随着各行业的迅速发展，无损检测开始广泛应用到各行业之中[1]。无损检测是一种新兴的技术手段，可以检测到被检测对象的使用性能、使用寿命等，还可以清晰反映被检测对象出现问题的原因。其主要特征表现在：①工作人员在采用无损检测技术时，不会对被检测对象产生不利影响甚至危害，而且产品的检测率高达100%；②无损检测技术手段具有多样化。工作人员可以根据被检测对象的不同，选择不同的无损检测技术手段。其技术手段的选择以使用条件、制作方法为依据，可以在进行检测之前提前预计被检测对象可能出现的问题，并根据问题采取合适的无损检测技术手段；③对于任何的无损检测技术来说都存在利弊[2]，工作人员需要综合应用多种无损检测技术手段，提高检测效率，为被检测对象的质量提供保障。

1.2 超声波无损检测的优缺点

就目前而言，超声波无损检测技术的应用最为广泛。超声波无损检测技术大多应用于现代工业的发展过程中。超声波无损检测技术凭借范围广，方向准确，穿透力大，定位准确等特点备受青睐。在工作人员采用超声波无损检测技术的过程中，不会对工作人员本身的人身安全造成威胁，也不会损害被检测对象的使用性能[3]。而且，超声波无损检测技术还具有全面性。工作人员运用超声波无损检测技术不仅可以了解被检测对象的使用性能，还可以充分掌握被检测对象的原材料和具体制作工艺。但是，超声波无损检测技术也存在许多不足。工作人员在采用超声波无损检测技术时，可能会出现检测结果重复的状况。

2 无缝钢管质量检测中运用的超声波检测技术

2.1 超声波探伤

在新时代的背景下，自动超声波探伤设备已经具备了对无缝钢管质量问题的检测功能。通过超声波探伤设备，可以对被检测对象进行横向与纵向缺陷检测。在纵向缺陷的检测过程中，设备的类型并不会影响最终检测结果，不论是进口设备还是国产设备。而横向缺陷的检测与纵向缺陷的检测存在差别[4]。在横向缺陷的检测过程中，采用进口设备检测可以得到更准确的检测结果。自动超声波探伤设备的检测标准主要包括：ISO9035、GB/T577 以及ISO9303。超声波探伤技术的应用可以与无缝钢管的制作工艺相结合，要求严格情况下检测斜伤。在采用超声波探伤技术的过程中，工作人员需要将用户的需求以及相关标准结合起来，根据具体情况运用超声波探伤设备[5]。超声波探伤设备具有多种设备模式，设备的合理运用可以提高超声波的探伤水平，提高无缝钢管质量检测的工作效率。

2.1.1 超声波探伤设备

相关调查显示，目前有几种设备模式在行业的发展中得到广泛应用。

1）旋转水腔式。旋转水腔式是根据超声波探头在密闭的水腔环境中进行迅速旋转，并且使无缝钢管快速从水腔中穿过，完成探伤操作。旋转水枪式设备的探伤速度快，可以满足企业对无缝钢管的质量检测需求。旋转水腔式的使用，要求无缝钢管尽量同心穿过水腔中心，而导筒需要安装在水腔的两端，保证在探伤的过程中无缝钢管的中心线与导筒的中心线在同一条线上。而旋转水腔式设备的运用不受探伤速度的限制，换言之，它可以在任何高速的情况下进行转动，速度不会对设备的应用造成影响。而且，旋转水腔式探伤设备可以在比较小的空间范围内安装更多的探头[6]。

2）局部水浸式。局部水浸式探伤设备顾名思义是指将探伤设备的探头安装在被检测的无缝钢管的盒子中，将盒子中装满水，让处于前进状态的钢管与水面相互接触，进而获得被检测钢管的具体情况。局部水浸式探伤设备可以在中等直径的钢管中发挥作用[7]。如果被检测钢管的检测速度慢，工作人员可以通过增加探伤设备探头的数量，加快探伤设备的运转速度。采用局部水浸式探伤设备可以提高探伤工作的灵活性，避免水资源的浪费，水体密封工作到位可以减少对被检测钢管的损坏。

3）接触式。接触式探伤设备是指探头直接与被检测钢管接触，并且让探头直接与极薄水面进行结合，接触式探伤设备在直径大的无缝钢管中发挥积极作用。在多种超声波探伤设备中，不同的探伤设备适用条件不同。例如，接触式探伤设备具有比较小的探伤盲区，除接触式之外的探伤设备的探伤盲区均不大于200 mm。而在无缝钢管的质量检测工作中，不允许存在检测盲区。检测盲区的出现，会导致质量检测工作无法达到检测标准。因此，为提高无缝钢管的质量，工作人员需要在运用超声波检测技术的过程中综合运用多种检测方法，并且在其中选择最合适的检测方法进行无缝钢管的质量检测工作，为无缝钢管的质量提供保障[8]。超声波检测技术的准确性比较高，无法用其他检测技术替代，故在无缝钢管的质量检测工作中采用超声波检测技术的主要原因在于可靠性高。在检测过程中，通过利用超声波探伤设备，根据横波反射法检测处于移动状态下的无缝钢管与超声波探头，即用干扰源干扰超声波，让它在传播过程中收集相关数据。当超声波出现反复反射或者折射情况时，就表明无缝钢管存在缺陷。工作人员在无缝钢管出现缺陷时，需要采用脉冲反射法进行检测。如果脉冲在无缝钢管的不同位置出现了反射情况，那么工作人员就可以获得各种数据，例如缺陷位置。在无缝钢管的质量检测过程中，脉冲反射法是一种常见的方法。

2.1.2 超声波探伤方法

超声波探伤方法主要分为5 种：

1）超声波检测。超声波检测是指利用超声波技术对无缝钢管的质量进行检测。超声波检测方法的运用成本比较低，且检测速度快，极大满足了部分企业对无缝钢管的生产要求。企业通过采用超声波检测方法可以节约经营成本，提高企业的经济收益，便于企业在竞争激烈的市场中获得竞争优势。但是，超声波检测方法也存在局限性。例如，超声波检测方法必须依靠介质，无法自由在真空中传播。

2）磁粉无损检测。磁粉无损检测是指工作人员需要对被检测钢管内部施加磁场，然后在被检测钢管的表面撒上磁粉，观察磁粉的变化情况进而对被检测钢管的问题进行具体分析的过程。磁粉无损检测方法的运用成本比较低，但是该方法对被检测对象的要求比较高。被检测对象需要具有铁磁性。不仅如此，磁粉无损检测方法相对于超声波检测方法而言，检测范围比较小，而且在某种情况下会对人体安全造成威胁。

3）射线无损检测。射线无损检测主要依靠X 射线穿透被检测钢管，并且与钢管内部的某些物质发生反应。射线无损检测方法可以在被检测钢管的内部进行深度检测，检测成像比较快[9]。但是，射线无损检测方法要求被检测钢管具有密度差，被检测对象的密度差会对最后的检测结果造成一定的影响，而且射线无损检测方法的运用成本比较高，不利于提高企业的经济效益。

4）涡流无损检测。涡流无损检测是指使被检测的导电材料结构内部产生涡流电，使用探测线圈查看涡流电的实际变化情况，进而对被检测对象进行分析。涡流无损检测比较灵活，而且检测速度快，不需要依靠介质进行检测。但是，涡流无损检测方法的检测材料需要具备导电性，适应条件存在局限性。

5）渗透检测。渗透检测以液体与固体颜料的相互作用为基础，从而对被检测材料的缺陷进行判断。渗透检测最大的优点是对检测材料的要求比较低，但是渗透检测无法对检测材料内部结构进行分析与判断。

2.2 超声波测厚

在一般情况下，超声波测厚技术与超声波探伤技术具有相似性，主要表现为超声波测厚设备与超声波探伤设备大体上相同，超声波测厚技术使用效果受多重因素的影响。例如，检测对象的表面过于粗糙，无法接收到有效信号，影响超声波检测数据，无法确保检测数据的准确性等。在无缝钢管的质量检测中，超声波测厚设备有旋转水腔式、局部水浸式以及接触式。过去的无缝钢管质量检测方法无法满足现今无缝钢管对测厚精度的要求，无缝钢管的质量检测对测厚精度要求较高，只有通过采用超声波测厚技术才可以满足无缝钢管对测厚精度的需求。然而，工作人员在运用超声波测厚技术的过程中，无缝钢管的测厚精度受多种因素的干扰，其中机械设备对测厚精度的影响最大。在对样管进行测量时，要注意结合无缝钢管的外径配合适宜的探头，保证测量效果与精度。表1 为探头的规格配置。

随着现代科学技术水平的提高，研发人员加大对超声波探测技术的研发力度，超声波检测技术也有了进步。现今的超声波技术具有自动追踪功能，可提高超声波测厚水平。在新时代的背景之下，无缝钢管的质量检测工作中的分层缺陷检测发挥了越来越重要的作用。当无缝钢管出现分层缺陷之后，钢管质量无法达到钢管使用标准，企业会损失大量的经济利益，因此解决分层缺陷问题至关重要。分层缺陷问题主要出现在钢管表面的厚壁处，但是随着超声波检测技术的运用，分层缺陷问题可以及时被检测出来，工作人员可以根据具体情况采取应对方法，加强对无缝钢管质量的检测。而且在超声波测厚技术的应用过程中，检测分层工作与测厚工作需要使用相同的超声波探头。由于钢管薄壁管的厚度不足钢管壁厚的1/4，所以在测厚工作中应该在一波与二波之间设置阀门，避免在测厚工作中出现误差进而影响钢管的质量。