超声检测在工业管道定期检验中的应用

2023-11-07张占权

建材与装饰 2023年33期

张占权

（山西省安装集团股份有限公司，山西太原 030032）

1 工业管道安装过程中的无损检测技术

1.1 原材料的无损检测

工业金属管道是工业领域中重要的一种管道，主要包括无缝管和有缝管两种类型。无缝管的制作方式有穿孔法、高速挤压法、锻造和轧制等，这些方法都能够生产出高质量的无缝管。但是，在使用和存放过程中，无缝管会出现一些常见问题，如裂纹、折叠、夹层、夹杂和内壁拉裂等。相比之下，有缝管是通过将原料依照模型呈现管道形状，再通过焊接形成。通常采取电阻焊或埋弧自动焊的方式。有缝管的制作成本较低，生产效率也较高。然而，有缝管存在的问题通常包括裂纹、未焊透、未融合气孔和夹渣等问题。这些问题可能会影响管道的使用寿命和安全性，因此，需要进行严格的检测和控制。为了确保工业金属管道的品质和安全，制造商需要采取一系列的措施。首先，要选择高质量的原材料，并严格执行生产工艺。其次，要进行全面的检测和测试，以便及时发现和解决问题。漏磁检测原理如图1所示。最后，要加强对管道使用和存放的管理，避免不必要的损坏和误用[1]。

图1 漏磁检测原理

1.2 涡流检测

涡流检测工作调试对测试效果的精准度和一致性至关重要。为了确保涡流检测工作的有效性，有必要对仪器进行调试，以便获得准确和可靠的结果。在涡流检测工作中，对比试样是调试仪器灵敏度的重要手段之一。通过使用对比试样，可以根据其与被检测对象的相似性来检查仪器是否准确地检测到缺陷。对比试样的选择很重要。它需要与被检测对象临近或具有同样的性能、状态、标记和规格。这样可以确保测试结果的可比性和可靠性。如果对比试样与被检测对象的性能不同，那么测试结果可能会受到误导，导致不准确的结论。因此，在选择对比试样时，需要特别注意与被检测对象的相似性。刻槽和通孔是常见的对比试样中存在的人为缺陷。这些缺陷可以用来检查涡流检测仪器的灵敏度和准确性。在使用刻槽和通孔时，需要确保它们的大小和形状符合标准。如果这些缺陷不符合标准，则测试结果可能会受到误导，导致不准确的结论。涡流检测如图2 所示。

图2 涡流检测

1.3 管材的超声检测

小口径管材是一种重要的工业材料，广泛应用于石油、化工、水电等领域。对于小口径管材的质量检测，超声检测技术是一种常用的手段。下面将详细介绍小口径管材超声检测技术的关键点。首先，小口径管材大部分为无缝管，可采用横波和行波进行周向和轴向扫查检测。这种无损检测技术，可以通过超声波在管材中的传播来检测管材的内部缺陷，从而判断管材的质量。其中，横波可以检测管材的周向缺陷，而行波则可以检测管材的轴向缺陷。其次，在检测时需要了解管材与探头的轨迹和声束覆盖区域，保障全面扫查，避免漏检。这是因为在实际的检测中，管材和探头的距离、相对位置等因素都会影响到检测的结果。因此，在进行超声检测前，需要对管材和探头的相关参数进行计算和确定，从而保证全面扫查，避免漏检[2]。最后，小口径超声检测技术有接触法和水浸法两种。接触法常用于手工检测，可增加耦合性能，避免波束扩散，采用接触式聚焦探头，提高检测精准度；水浸法则适用于自动化检测，可大幅提高检测效率和准确度，但需要考虑水浸后对管材的影响。超声检测图3 所示。

图3 超声检测

2 超声检测特点

（1）面积型缺陷检测率较高。

焊缝作为机械设备中最容易出现缺陷的部位之一，需要进行全面的检测。反射超声波是一种广泛应用于焊缝检测的方法，其能够检测焊缝中的坡面未熔合、裂纹和横向条形缺陷等问题。反射超声波的检测效果受缺陷面积的影响，缺陷面积越大，回波越高，越容易检出[3]。因此，反射超声波对于较大的缺陷可以进行有效的检测，但对于体积型缺陷的检测率较低，未焊透、纵向条形缺陷易漏检。然而，反射超声波不能全面覆盖定检规则中要求的焊缝超标缺陷检测项目，导致部分超标缺陷无法检测出，影响检验质量。因此，在遇到有缺陷的焊接接头时，需要附加射线检测方法进行检测，以保证检测结果的准确性。总之，反射超声波作为一种常用的焊缝检测方法，具有一定的优点和局限性。在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的检测方法，并结合其他检测手段进行综合检测，以提高检测准确性和效率。

（2）适宜检验较厚的工件。

超声检测是一种常用的无损检测方法，适用于壁厚6mm 及以上的承压设备检验。这种方法可以利用超声波在材料中传播的特性，检测材料内部的缺陷和变化。对于壁厚较大的设备，超声波的穿透深度较大，可以深入材料内部进行检测，因此检测效果较好。然而，对于管道壁厚6mm 以下的设备，超声检测就需要配备专用试块进行操作。这种操作难度较大，而且缺陷识别也比较困难。在这种情况下，建议采用其他的无损检测方法。此外，超声波对于厚度大的工件检测效果较好，但对于厚度不足的工件容易混淆。因此，在进行超声检测时，需要根据具体情况进行选择。对于公称直径≤100mm 的小径管道，壁厚小于6mm 的管道不适用超声检测，推荐采用射线检测。射线检测可以通过对材料进行透射或反射，检测出材料内部的缺陷和变化。虽然射线检测需要注意辐射的安全性，但对于小径管道的检测来说，却是一种较为可靠的方法。

（3）检验成本低、速度快，检测仪器体积小、重量轻，现场使用方便。

工业管道的安全运营对于企业的生产和员工的安全至关重要。因此，对于管道的定期检验成为保障安全运营的必要措施。然而，传统的检验方法往往需要花费大量时间和资金，给企业带来了很大的负担。而现在，一种低成本、高效率的工业管道检验方法应运而生。该方法的关键点在于检验成本低、速度快。对于管道数量众多、米数长的企业，采用这种方法可以大幅降低检验费用并缩短定期检验时间。此外，该检验方法的突出优势在于现场使用方便。相比于传统的射线检测方法，该方法无须停止运行、排空液体、置换氮气等操作，检验中期也不需要涉及多个工序，检验后期也不需要洗片、晾干评定等复杂程序，大大节省了时间和人力成本[4]。这种工业管道检验方法的具体操作流程如下：首先，使用专用的检测仪器对管道进行检测，仪器会发出一定的电磁波，通过对电磁波的分析可以得出管道内部的情况。然后，对检测结果进行分析和评估，得出管道的健康状况。最后，将结果反馈给企业，供其参考和决策。

3 工业管道超声波检测技术的具体应用

3.1 管道母材超声波探伤

为保证管线的安全可靠运行，必须对管线进行外观宏观监控、超声厚度测定、硬度测定等。在这些技术中，超声无损测试具有经济、快速和准确等优点，能够对钢管内部的各种损伤进行有效的探测。剪切波是一种很好的方法，它能很好地探测出材料中的纵裂纹，而剪切波则能很好地探测到管线的内壁。在测量过程中，必须对探针的移动进行有效的调控，以确保测量的精度和速度。首先要确保机器人的运行轨迹是螺旋的，其运行的速率要保持在150mm/s，其轴向覆盖范围不能超过15%，并且探针的单次轴线位移不能超过7.65mm。在管线测试中，要进行分段施工。在相同的转动方向探测完毕以后，若所有的讯号都是正确的，则可以进行下一个方向的探测。若出现不正常的现象，应立即对其进行准确的位置与量化，并与试块检测的敏感性进行比较，保证4h 内的检测周期。若对检验结果有疑问，则应核对对照试样。在超声探测参考敏感度的调整过程中，要将探测器移开，以求出最大的直射光回波，再在屏幕上进行相应的修正。然后将探测器移至试件的一端，确定了最大的反射波，并进行相应的测量，绘制出相应的测距波幅曲线[5]。探伤仪如图4 所示。

图4 探伤仪

3.2 探头磨制

探头磨制技术在管道检测中扮演着重要的角色。磨制探头的目的是为了使探头符合管道外径的曲面，以便于探头能够准确地检测管道内部的缺陷。但是，在进行探头磨制之前，需要考虑到各种因素对入射点和K 值测量的影响，以提高检测的准确性。同时，还需要测量K 值和超声波的声速，以确保探头的准确性。在磨制阶段，需要固定入射角和K 值，并将探头弧面最高点作为入射点。此外，还需要保障弧面最高点高于入射角束轴线，以避免探头在检测过程中出现误差。在磨制过程中，可以将水墨细砂纸放置在钢管表面，以提高弧面的平滑度，从而进一步提高探头的准确性。总之，探头磨制技术是管道检测的核心技术之一，它对于管道缺陷的检测具有至关重要的作用。在探头磨制过程中，需要注意各种因素的影响，并进行测量和调整，以确保探头的准确性和稳定性。只有这样，才能够实现管道检测的高效、准确和可靠。

3.3 错误磨制

超声波检测是一种非常常见的无损检测方法，可以用于检测各种材料的缺陷和内部状况。然而，超声波检测也有其自身的限制和要求。以下是一些关键点，需要注意：①改变入射角a 和K 值会影响声压往复透射率，进而影响检测灵敏度。这是因为入射角和K 值会影响超声波在材料中的传播路径和强度，从而影响其检测效果。因此，在进行超声波检测时，需要根据具体情况选择合适的入射角和K 值。②如果K 大于1.09，则无法利用主声束检测内表面，或者存在折射横波和折射纵波，影响检测效果。这是因为当K 值大于1.09 时，主声束会发生折射，从而影响其传播路径和强度，导致检测效果不佳。因此，在进行超声波检测时，需要注意K值的选择，并根据需要选择合适的检测方法。③错误的磨制方法，如将弧面最高点设置在入射角束轴线之前或之后，会导致入射角不在第一或第二临界角内，无法实施检测。这是因为超声波在材料中的传播路径是受材料表面形状和入射角的影响的。如果表面形状不正确，或者入射角不在第一或第二临界角内，则会影响超声波的传播和检测效果。④在第一临界角以内，同时存在折射横波和折射纵波，无法实施检测。这是因为当超声波在材料中传播时，会发生折射现象。如果在第一临界角以内，同时存在折射横波和折射纵波，则会导致超声波传播路径的复杂性，从而影响检测效果。⑤在第二临界角以上，只会产生表面波，无法开展检测工作。这是因为在第二临界角以上，材料中的超声波只能产生表面波，无法深入材料内部进行检测。因此，在进行超声波检测时，需要根据具体情况选择合适的检测方法和角度。