您當(dāng)前的位置：檢測資訊 > 法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)
嘉峪檢測網(wǎng) 2020-11-12 14:57
導(dǎo)讀：
鋼管是應(yīng)用最廣泛的鋼材品種，它的質(zhì)量直接影響到經(jīng)濟效益及人員的生命安全。 世界各國都對鋼管的質(zhì)量檢測給以極大的重視，采用了各種無損檢測(NDT)方法對鋼管進行嚴(yán)格的檢測。例如 ,德國的Mannesmann公司和日本的住友金屬公司在檢測大直徑鋼管時采用超聲(UT)和漏磁(MFL)方法；檢測小直徑鋼管時，采用超聲和渦流(ET)方法，已形成了較為成熟的檢測方案。我國的鋼管檢測大量采用了超聲及渦流方法，也愈來愈多地采用漏磁方法。然而由于鋼管生產(chǎn)中產(chǎn)生的自然缺陷形貌的不確定性，常常發(fā)生肉眼明顯可見的自然缺陷用NDT方法卻檢測不出來的現(xiàn)象。因而，如何提高NDT的檢測可靠性，就成為緊迫的課題。
本文結(jié)合鋼管檢測中曾出現(xiàn)過的一些自然缺陷漏檢現(xiàn)象，從原理上及檢測設(shè)備性能上進行深入分析，為制定最佳的檢測方案提供了參考建議和探討方向。
1.MFL(Magnetic Flux Leakage)法的可靠性
MFL法因其對管材表面狀態(tài)要求不高，檢出深度也較大，在國外的鋼管檢測中大量使用，國內(nèi)也越來越多地采用，特別是石油用鋼管的檢測中已很普遍地使用了美國Tubescope公司制造的 MFL探傷設(shè)備。
在MFL的使用中，由于管理上和技術(shù)上的原因，曾出現(xiàn)過一些漏檢問題。
其中一個是與管軸線成45°角的缺陷常常漏檢，為此做如下分析。
如圖1所示，當(dāng)缺陷延伸方向與磁化方向成角時 ，缺陷處形成的漏磁場B0要比B0(即=0°時的B)小，而B0對漏磁探頭的貢獻Bl與Bt會更小。
當(dāng)=45°時，Bl與Bt會比B0小50%[1]，這就很容易導(dǎo)致“漏檢”。
如將MFL設(shè)備中的縱向探頭與橫向探頭同時使用，可能會減小漏檢率，否則就很難保證這類傾斜傷的可靠檢測。
在MFL法中影響可靠性的另一重要因素是自然缺陷與管表面的夾角。
理論計算[2]與實驗研究[3]證明：如圖2所示，當(dāng)人工刻槽沿壁厚方向的取向與管外表面夾角為 30°時, 漏磁感應(yīng)強度B下降50%，當(dāng)角趨近于 0°時，B趨近于0，即無法用MFL法檢測出與表 面平行的缺陷，如分層類缺陷。
(圖1)
(圖2)
此外，如鋼管在軋制過程中變形較大，有時會將自然缺陷軋合。
這時，缺陷產(chǎn)生的漏磁就很小，導(dǎo)致很難用MFL法探出，這在圖3中可清楚看出[5] 。
圖3中上部左、右兩個記錄曲線的劇烈起伏，就是自然缺陷有的部位被軋合所致。
(圖3)
在生產(chǎn)檢測中，曾出現(xiàn)過用MFL法檢測不出鋼管中透壁大孔洞的現(xiàn)象。
拋開管理及人員因素，在技術(shù)上也應(yīng)深入分析并加以防范。
如圖4所示，缺陷形成的漏磁場可分解為垂直分量BZ和水平分量BX。
當(dāng)缺陷寬度2b及深度h增大時，水平漏磁分量BX會線性增大，而且其BZ信號包絡(luò)也呈現(xiàn)寬而緩的現(xiàn)狀[2] 。
因而按Fourier理論，其低頻成分較大。故用低通濾波就會較用高通濾波更容易探出這種大孔洞類的缺陷。NDT聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟編輯
當(dāng)然如有檢測水平分量漏磁的探頭，這種缺陷就更有把握探出。
對于用 MFL法能探出距表面多深的缺陷，一直沒有明確的結(jié)論。
這與儀器及探頭性 能及缺陷尺寸形狀等都有關(guān)系。
但從管壁中磁感應(yīng)強度的計算分析，用直流磁化時，管壁厚為15mm時的B值比管壁厚為小于5mm時的B值小50%[4]，故MFL法的檢測深度不會大于15mm。如采用交流磁化，它會遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于15mm。
2.ET(Eddy Current Testing)法的可靠性
由于檢測速度高，穿過式線圈ET法多年來廣泛用于檢驗鋼管質(zhì)量，特別是其致密性。
在使用中證明，它難以探出鐵磁性鋼管中的裂紋狀缺陷，所以在高標(biāo)準(zhǔn)的ET中，采用探針式線圈ET法。
此外，對于ET法究竟能探出距表面多深的缺陷這樣一個簡單的問題，似乎至今也末形成一個明確的共識。
有時甚至認(rèn)為，在5kHz檢測頻率下，還能檢測出壁厚>5mm的鋼管內(nèi)壁上的淺缺陷。
應(yīng)該認(rèn)識到，除非這時的內(nèi)壁上的缺陷向外壁延伸得很深，以致構(gòu)成了外壁缺陷，否則不可能將其探出。
因為從電磁波趨膚理論可知，在5kHz的檢測頻率下，渦流密度的滲透深度只有0.25mm左右(對鐵磁性鋼材)。NDT聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟編輯
將它擴展10倍，即在滲透深度2.5mm下，渦流密度已降至表面上渦流密度的10-10，因此根本不能探出這樣深度上的缺陷。
(圖4)
對于鋼管中常常產(chǎn)生的“外折”類缺陷，不少的渦流儀器與探頭也往往發(fā)現(xiàn)不了。
經(jīng)常出現(xiàn)外折肉眼明顯可見，卻無法將之用ET儀報警的尷尬現(xiàn)象。
自從出現(xiàn)了扇區(qū)式相位報警的渦流設(shè)備后，這種局面得到了根本改變。
但選擇合適的儀器與探頭并正確調(diào)整它，仍是不容忽視的重要問題。
3.UT(Ultrasonic Testing) 法的可靠性
UT法在鋼管探傷與測厚中應(yīng)用最廣。
然而，作為一種檢測方法，其可靠性會受到各種因素的影響。
如對之分析研究不夠，甚至?xí)霈F(xiàn)嚴(yán)重的漏檢、誤檢現(xiàn)象。
下面僅對UT中可能存在的幾種降低UT的可靠性的因素做一些討論。
(1) 自然缺陷取向?qū)T可靠性的影響在鋼管軋制過程中，出現(xiàn)頻度較高的是軸向(縱向)缺陷。然而 ,與鋼管軸線呈一定角度延伸的缺陷也不少見。
垂直于管軸線的周向(橫向)缺陷也時有發(fā)生(圖5)。
NDT的任務(wù)就是將這些取向不同的缺陷都探出來。
(圖5)
(2) 在鋼管的UT中，如在探頭配置的設(shè)計時考慮不周，只采用一種(或兩種)探頭配置去探，如圖5(a)所示的4種典型取向的缺陷，就有可能漏檢。
從圖5(b)的實驗曲線可知，當(dāng)缺陷與管軸線偏斜10°時，用脈沖回波法的UT，信噪比下降20dB左右，對于偏斜45°的缺陷就根本探不出來。
因此，為了保證探出圖5(a)所示的4種典型取向的缺陷，應(yīng)配置如圖5所示的4種取向的探頭。
同樣，為了可靠探出與鋼管表面傾斜的折疊類缺陷，必須設(shè)置2組沿管周向相反方向入射的探頭。
(3) 聲耦合方式對UT可靠性的影響
水浸UT中，聲波在管壁中傳播衰減是很嚴(yán)重的。
因為水的聲特征阻抗遠(yuǎn)小于鋼，故聲波從水向鋼及從鋼向水的往復(fù)透射率就很小。
其次，聲波在管壁中的每次反射都伴隨著波型轉(zhuǎn)換。
而橫波向水透射時又要完全被水吸收，故更顯著地增大了水浸UT的超聲衰減。
這就導(dǎo)致聲波沿管壁傳播距離很小，甚至連1/4周長也達不到。
在不考慮聲傳播過程中的波型轉(zhuǎn)換，即在橫波折射角為45°時，有機玻璃楔塊制成的斜的接觸法探頭，對鋼管(內(nèi)孔為空氣)的聲壓往復(fù)透射率的計算值TLS≈25% 。
而在鋼管外側(cè)浸在水中，內(nèi)側(cè)仍為空氣時 T LS≈15% ，后者比前者低4dB。
如果鋼管內(nèi)孔也充入水(例如水從大孔洞浸入內(nèi)孔)時，則缺陷回波信號要比接觸法或水膜法代替水浸法進行聲耦合。
電磁超聲探傷技術(shù)EMAT(Electromagnetic AcousticTransducer)
為解決聲耦合給UT帶來的各種困難，20世紀(jì) 60年代末期出現(xiàn)了不需聲耦合而直接在金屬中激發(fā)與接收聲波的電磁超聲換能器 (EMAT)。
經(jīng)30年來的研究、開發(fā)，現(xiàn)今已進入工程化、商品化階段。美、德、俄、日等國已有商品儀器設(shè)備出售。
筆者從70年代初也開始了MEAT的研究與開發(fā) ，目前，研發(fā)的EMAT設(shè)備已在國內(nèi)多家鋼管、鋼板的生產(chǎn)與使用單位成功地應(yīng)用。
EMAT是靠3種方式產(chǎn)生Lorentz力、磁致伸縮力及磁性力來激發(fā)與接收超聲波的，直接在金屬中激發(fā)與接收超聲，不需要聲耦合，所以可在粗糙表面的工件中及高溫、高速運動的工件中進行超聲檢測。
它可以很容易選定所需的超聲波模式，特別是能很簡單地激發(fā)與接收SH波，這在壓電超聲換能器很難做到。
它在鋼管(棒)中激發(fā)的超聲，可繞工件傳播幾周甚至十幾周，這就為用透過波來檢測缺陷尺寸奠定了良好基礎(chǔ)。
如前所述，在UT中如果缺陷與聲束不完全垂直時，如其偏斜超過10°，反射波就大幅度下降 [6]。偏斜45°的缺陷就會漏檢。
但是，如圖6所示，透過波幅度的下降只受缺陷投影深度D影響，而基本不受缺陷傾斜角度的影響[5]。
(圖6)
從圖6還可看出，當(dāng)使用低頻率時，在缺陷投影圖深度對波長之比(D/)<0.5時，深度D與規(guī)一化的透過波幅度(AT/A0)呈近似的線性關(guān)系。
這就是說，在低頻(大的波長)下進行UT時，缺陷尺寸的定量較準(zhǔn)確。
EMAT可以很容易實現(xiàn)在低頻下檢測，并能對缺陷進行較準(zhǔn)確的定量檢測。
MEL、ET、UT及EMAT法的可靠性比較
用大量自然缺陷分別對MFL、ET、UT及E-M A T方法進行了比較實驗[5] 。
用各種既定深度的人工標(biāo)準(zhǔn)缺陷對每種方法的缺陷深度的測量進行標(biāo)定。然后對這些自然缺陷進行掃查探測。將探測得的缺陷深度標(biāo)在圖中曲線的縱坐標(biāo)上。NDT聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟編輯
而其橫坐標(biāo)則表示將所檢測的自然缺陷解剖 (共解剖了500多個剖面)進行金相分析，實測出自然缺陷在該剖面上的真實深度。
從圖7中的缺陷測量深度與真實深度的對應(yīng)關(guān)系來看，測量結(jié)果的離散度以EMAT(圖中系統(tǒng)E)為最小，圖中系統(tǒng)F為窄脈沖超聲探頭以測厚方式垂直入射聲波測得的結(jié)果。
當(dāng)折疊類缺陷深度較大時，其測量結(jié)果的離散度最小，但當(dāng)缺陷深度小于2mm時，離散度相當(dāng)大。
而MFL和ET法的離散度更大，在很多部位上測量深度為0，即探測不出來。
這可能是由于在該部位上缺陷被軋合了(即開口小)。
而EMAT就不存在這種漏檢現(xiàn)象，在我們的EMAT設(shè)備使用中也證實了這一優(yōu)點，不論人工缺陷還是自然缺陷，EMAT設(shè)備都有很高的檢出率。
結(jié)論
(1)EMAT方法不僅能檢測出各種標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的人工缺陷，而且可以檢測出多種自然缺陷，其可靠性是其他NDT法無可比擬的。
(2) 在M FL法檢測中，應(yīng)將探縱、橫向缺陷的探頭及高、低通濾波器全部使用，以防缺陷漏檢。
如可能，應(yīng)開發(fā)檢測水平分量漏磁場的探頭，以確保其可靠性。
(3) 在ET法中，應(yīng)采用相位報警方式，以防折疊類缺陷漏檢。
在對ET法的可靠性要求高時，應(yīng)采用點探頭式線圈的ET儀器與設(shè)備，以可靠檢測裂紋類缺陷。
(4) 在UT法的鋼管探傷中，不宜采用全水浸式探頭，而應(yīng)采用水膜式探頭，防止危險性缺陷漏檢。
來源：Internet
關(guān)于我們 聯(lián)系我們 營業(yè)執(zhí)照 全國服務(wù)電話：400-818-0021 嘉峪檢測版權(quán)所有 備案號：京ICP備14047019號-2 
京公網(wǎng)安備11010802046783號
