鋼管的探傷及可靠性分析 論述了探傷中使用的漏磁、渦流、超聲和電磁超聲幾（jǐ）種無損檢測方法的可（kě）靠性，通過（guò）對上述幾種（zhǒng）方法可靠性的（de）比較可以（yǐ）看出，電磁超（chāo）聲方法具有其他無（wú）損檢測方法不可比（bǐ）擬的優（yōu）點和廣闊的應用前景（jǐng）。1 前言鋼管（guǎn）是（shì）應用最廣泛的鋼材（cái）品種。它的質量直接影響到經（jīng）濟效益及人員的生命安全。世界各國都對鋼管（guǎn）的質量檢測（cè）給以極大的（de）重視（shì），采用了各種無損檢測（NDT）方法對（duì）鋼管進行了（le）嚴格的檢測。例如（rú），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場（UT）和漏磁（MFL）方法；檢測小直徑鋼管時，采用超場（chǎng）和渦流（ET）方法，已（yǐ）形（xíng）成（chéng）了較為成熟的檢測方案。我國的（de）鋼管檢（jiǎn）測大量采用了超聲（shēng）及渦流（liú）方法，也愈（yù）來愈多地采用漏磁方法。然而，由於鋼管生產中產生的自然缺陷（xiàn）用NDT 方法（fǎ）檢（jiǎn）測不出（chū）來的現象。因（yīn）而（ér），如何提高（gāo）NDT 的檢測可靠性，就成為日益緊迫的課題。本文結（jié）合鋼管檢測（cè）中曾出現的一些（xiē）自然缺陷漏檢現象，從原理（lǐ）上及檢測設備性能上進行深（shēn）入分析，為製定最佳的檢測方案提供了參考建（jiàn）議（yì）。2 MFL（Magnetic Flux Leakage)方法的可靠性MFL 法因其（qí）對（duì）管（guǎn）材表麵狀態要求不高，檢出（chū）深（shēn）度也較大（dà），在國外的鋼管檢測中大量使用，國內也越來越（yuè）多地采用，特別是石油用鋼管檢（jiǎn）測中已很普遍地使用了美國Tubescope 公司製造的MFL 探傷設備。在MFL 的使（shǐ）用中，由於管理上和技術上（shàng）的原因，曾出現過一些漏（lòu）檢問題。其中一個是與管軸線成45度角的缺陷常常漏檢。如將MFL 設備中的縱向探頭與橫向（xiàng）探頭同時使（shǐ）用，可（kě）能會減小（xiǎo）漏（lòu）檢率，否則就很難保證這類（lèi）傾斜傷的可靠檢測。在MFL 法中影響可靠性的另一重要因素（sù）是自然缺陷與管（guǎn）表麵的夾角。理（lǐ）論計算與實（shí）驗（yàn）研究證明：當人工刻（kè）槽沿（yán）壁厚方向（xiàng）的取向與管外表麵夾角為30度時，即（jí）無法用MFL 檢測出（chū）與表（biǎo）麵平行的缺陷，如分層類缺（quē）陷。些外，如鋼管在紮製過程（chéng）中變形較大，有時會將（jiāng）自然缺陷軋合。這（zhè）時，缺陷（xiàn）產生（shēng）的漏磁就很小，導致很難用MFL法（fǎ）探出。　　在生產檢測中，曾出現過用MFL法檢測不出鋼管（guǎn）中透壁大孔洞的現象。拋開管理及（jí）人員因素，在技術上也應探入分板並加以防範。對於用MFL 法能探出表麵多深的缺陷，一直沒 有明確（què）的結論。這與儀器及探（tàn）頭性能及缺陷尺寸形狀等都有關（guān）係。3.ET(Eddy Current Testing)法的可靠性　　 由於檢測速度高，穿過式線圈ET法多年來廣泛用於檢測鋼管質量，特別（bié）是其致密性。在使用中證明，它（tā）難以探出鐵磁性鋼管中的裂紋狀缺陷，所以在高標準的ET中，采用探針式線圈ET法。此外，對於ET法究（jiū）竟能探（tàn）出表麵多深的缺隱這（zhè）樣一個（gè）簡單（dān）問題，似（sì）乎至今也未形成一個明確的共識。　　 對於鋼管中常（cháng）常產生的“外折”類缺陷，不少渦流儀器與探頭也往（wǎng）往發現不了。經常出現外折（shé）肉眼明顯可見，卻無法將之用ET儀報警的尷尬現象。自從出（chū）現了扇區式相位報警的渦流設備後，這種局（jú）麵得到了根本的改變。但選擇合適的（de）儀器與探頭並（bìng）正（zhèng）確調整它，仍是不容忽視的重要問題4 UT(Ultrasonic Testing)法的可靠性UT 法在鋼管探傷與（yǔ）測厚（hòu）中應（yīng）用最廣（guǎng）。然而，作為一（yī）種（zhǒng）檢測方法（fǎ），其可（kě）靠性會受到各種因素的影響。如對之分析研究不夠，甚至會出現嚴重的（de）漏檢、誤檢現象。下麵僅對UT中（zhōng）可能存在的幾種降低UT的可靠性的因素做一些討（tǎo）論。（1）自然缺陷（xiàn）取向對UT可靠（kào）性的影響在鋼管軋製過程中，出現頻度較高的是軸向（縱向）缺陷（xiàn）。然而，與鋼管軸線呈一（yī）定角度延伸的缺（quē）陷也不少見。垂直於管軸線的（de）周向（橫向（xiàng））缺陷也時有發生。NDT的任務就是將這些（xiē）取向不同的缺陷都探出來（lái）。同樣，為了可靠（kào）探（tàn）出與鋼管（guǎn）表麵傾斜的折（shé）疊類缺陷，必須設置2組沿管周向相反方向（xiàng）入射的探頭（tóu）。（2）聲耦合方工對UT可靠性的（de）影響（xiǎng）水侵UT中，聲波在（zài）管壁中傳播（bō）衰減是很嚴重的。因（yīn）為水的（de）聲特征阻抗遠小於鋼，故聲波從水向（xiàng）及從鋼向水的往複透射率就（jiù）很（hěn）小。其（qí）次，聲波在管壁中的每（měi）次反射都伴隨著波型轉換。而橫波向水透射時又要完全被水吸收，故而顯著地增（zēng）大（dà）了水侵（qīn）UT的超聲衰減。這（zhè）就導致超聲波沿管壁（bì）傳播距離很小，甚至連1/4周長也達不到。在不考慮聲傳（chuán）播過程中的波型轉換，即在橫波（bō）折射角為45度時，有機玻璃楔塊（kuài）製成（chéng）的（de）斜的接（jiē）觸（chù）法探頭，對鋼管（guǎn）的聲壓往複透射率的計算值T（LS）約等於25%。而在鋼管外側浸在水中（zhōng），內（nèi）側仍為空氣時T（LS）約等於15%。。後者比前者低4dB。如果鋼管內孔也充入水（例如水從在孔洞浸入（rù）內孔（kǒng））時，則缺陷回波信號要比接觸（chù）法或水膜法至少下降6dB。如果因缺陷形狀（zhuàng）或取向等不利因素的影響造成缺陷回（huí）波信號不強，則缺陷就很可能漏檢。一個較好的解決此問（wèn）題的方案是以水膜法代（dài）替水浸法進行耦合。5 電磁超聲EMAT （Electronmagnetic Acoustic Transducer)探傷技術為解決聲耦合（hé）給UT帶來的各種困難，20世紀60年代末期出現了不（bú）需要聲耦合而直執（zhí）著在金屬中激發與接收聲波的電磁超（chāo）聲換（huàn）能器（EMAT），經30年來的研究、開發，現今已進入工程化、商品化（huà）階段。美、德、俄、日等國已有商（shāng）品儀器設備出售。筆者從70年代初也開始了MEAT 的研究與開發，目前，研發的EMAT 設備已經在國內多家鋼管、鋼板的生產與使用單位成功地應有。EMAT 是靠3種（zhǒng）方式產生Lorentz力、磁致伸縮力及磁（cí）性力來激（jī）發與接收超聲波（bō）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（cū）糙表麵的工件中（zhōng）及高溫、高速運動的工件中進行（háng）超聲（shēng）檢（jiǎn）測。它可以很容易選定所需要的超聲波模式，特別是能很（hěn）簡單地激（jī）發與接收（shōu）SH波，這在壓電超聲換能器很難做到。它在鋼管中激激發的超聲，可繞工件傳播幾周甚至十幾擊，這（zhè）就為用透過波來檢測缺陷尺寸奠定了（le）良好基礎。如前所述（shù），在UT中如（rú）果缺陷與聲束不完全（quán）垂直時，如其斜超過10度，反射波就大幅度下降。偏斜（xié）45度（dù）的缺陷就會漏檢。6.MEL、ET、UT及EMAT法（fǎ）的可靠性比較用大量自然（rán）缺陷分別對MEL、ET、UT及EMAT 方法進行了比較實驗。用各種（zhǒng）既（jì）定深度的人工標準缺陷對每種方法的缺陷深度的測量進行標定。然（rán）後對這些自然（rán）缺陷進行掃查探測。當折疊類缺陷深度較大時，其測量結果的離散度最小，但當缺陷深度上於2mm時（shí），離散度相當大（dà）。而MFL 和ET法的離散度（dù）更大，在很多部位上測量深度為0，探測不（bú）出來。這可能是。由於在該部位上缺陷被軋合了（le）。而EMAT就不存在這（zhè）種漏檢現象，在我們的EMAT設備使用中也證（zhèng）實了這一優（yōu）點，不論人工缺陷還是自然缺陷，EMAT設備都有很高的檢出率。 7 結論（1）EMAT 方法不（bú）公（gōng）能檢測出（chū）各種標準所（suǒ）規定的人工缺陷，而且（qiě）可以檢測出多種自然缺陷，其可靠性是（shì）其它NDT法無可比擬的。（2）在EMAT法檢（jiǎn）測中，應將（jiāng）探縱、橫向缺（quē）陷（xiàn）的探頭及高、低通濾波器全部使用（yòng），以防缺陷漏檢。如可能，應開發檢測水平分量漏磁場的探頭，以確保其（qí）可靠性。（3）在ET法中，應采用相位報警方（fāng）式，以防折疊類缺陷（xiàn）漏檢。在（zài）對ET法的可靠性要求高時，應采用（yòng）點探頭線圈的ET儀器與設備，以可靠檢測（cè）裂（liè）紋類缺（quē）陷。（4） 在UT法的鋼（gāng）管探傷中（zhōng），不宜采用（yòng）全水（shuǐ）浸式探頭，而應采用水膜式（shì）探頭，防止危險性缺陷漏（lòu）檢。