鋼管的探傷及可靠性分析 論述了探傷中使用的漏磁（cí）、渦流、超聲和電磁超聲幾種無損檢測方法的可（kě）靠（kào）性，通過對上述（shù）幾種方法可靠性的比較可以看出，電磁（cí）超聲方法具有其他無（wú）損檢（jiǎn）測方法不可比擬的優點和廣闊（kuò）的應用前景。1 前言鋼管是應用最廣泛的鋼材品種（zhǒng）。它（tā）的質（zhì）量直接影響到（dào）經濟效（xiào）益及人員的生命（mìng）安全。世界各國都對鋼管的質量檢測給以極大（dà）的重視，采用了各種無損（sǔn）檢測（NDT）方（fāng）法對鋼（gāng）管進行（háng）了嚴格的檢測。例（lì）如，德國的Mannesmann 公司和日本的住友金屬（shǔ）公司（sī）在（zài）檢測大直徑鋼管時采用超場（UT）和漏磁（cí）（MFL）方法；檢測小直徑鋼（gāng）管時，采用超場和渦流（ET）方法，已形（xíng）成（chéng）了較為成（chéng）熟的（de）檢測方案。我國的鋼管檢測大量（liàng）采用了超聲及渦流方法，也愈來愈多地采用漏磁方法。然而，由於鋼管生產（chǎn）中產生的自然缺陷用（yòng）NDT 方法檢測不出來的現（xiàn）象。因而，如何提高NDT 的（de）檢測可靠性，就成為日益緊迫的課題。本文結合鋼管檢測中曾出現的一些自然缺陷漏檢現象，從原理（lǐ）上及檢測設備性能上進行深入分析，為製定最佳的檢測方案提供了參（cān）考建議（yì）。2 MFL（Magnetic Flux Leakage)方法的可靠性MFL 法因其對管材表麵狀態要求（qiú）不高，檢（jiǎn）出深度也較大，在（zài）國外的鋼管檢測中大量使用，國內也越來越多地采用，特（tè）別（bié）是石油用鋼管檢測中已很普遍地使用了美（měi）國Tubescope 公司製造的MFL 探傷設備。在（zài）MFL 的使用中，由於管理上和技術上的原因，曾出（chū）現過一些漏檢問題。其中一個是與管軸線成45度角的（de）缺（quē）陷常常漏檢。如將MFL 設備中的縱向探頭（tóu）與橫向（xiàng）探（tàn）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（kào）性的另一重要因素是自（zì）然缺陷與管表麵的（de）夾角。理論計算與實（shí）驗研究證明：當人工刻槽沿壁（bì）厚方向的取向與管外表麵夾角為30度時，即無法用MFL 檢測出與表（biǎo）麵平行的缺陷，如分層類缺陷（xiàn）。些外，如鋼管在紮製過程中變形較大，有時（shí）會將自（zì）然缺陷軋合。這時，缺陷產生的漏磁就很小，導致很難用MFL法探出。　　在生產檢測中（zhōng），曾出現過用（yòng）MFL法檢測（cè）不出鋼管中透（tòu）壁（bì）大孔洞的（de）現象。拋開管（guǎn）理及人員因素，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 有明確的結論。這與儀器及探（tàn）頭性能及缺陷尺寸形狀（zhuàng）等都有關係（xì）。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（biāo）準的ET中，采用（yòng）探針式線圈（quān）ET法。此外，對於ET法究竟能探出表麵多深的缺（quē）隱這樣（yàng）一個簡單問題，似乎至今也未形（xíng）成一（yī）個明確的共識。　　 對於鋼（gāng）管中常常產生的“外（wài）折”類缺陷（xiàn），不（bú）少渦流（liú）儀（yí）器與（yǔ）探（tàn）頭（tóu）也往往發現不了。經常出現外折肉眼（yǎn）明顯（xiǎn）可（kě）見，卻無法將之用ET儀報警的尷尬現象。自從（cóng）出現了扇區式相位報警的渦流設備後，這種局麵得到了（le）根本（běn）的（de）改變。但選擇合適的儀器與（yǔ）探頭並正確調整它，仍是不容忽視的重要問題4 UT(Ultrasonic Testing)法（fǎ）的可（kě）靠性UT 法在鋼管探傷與測厚中應用（yòng）最（zuì）廣。然（rán）而，作為（wéi）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，甚至會出現嚴重的漏檢（jiǎn）、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（xìng）的因素做一些（xiē）討論。（1）自然缺陷取向對UT可靠性的影響在鋼管軋製過程（chéng）中，出現頻度較高的是軸向（縱向）缺陷。然而，與鋼管軸（zhóu）線呈一定角度延伸的缺陷也不（bú）少見（jiàn）。垂直於管軸線的周向（橫向）缺陷也時有發生。NDT的任務就是將這些取向（xiàng）不同的缺陷都探出（chū）來。同樣，為了可靠探出與鋼管表麵傾斜的（de）折疊類缺陷，必須設置2組（zǔ）沿（yán）管周向相反方向入射的探頭。（2）聲耦（ǒu）合（hé）方工對UT可靠性的影響水侵UT中，聲波在（zài）管壁中傳播衰減是很（hěn）嚴重的（de）。因為水的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很小。其次，聲（shēng）波（bō）在管壁中（zhōng）的每（měi）次反射都伴隨著波型轉換。而橫（héng）波向水透射（shè）時又要完全被水吸收，故而（ér）顯著地增大了（le）水侵UT的超（chāo）聲衰（shuāi）減（jiǎn）。這就導致超聲波沿（yán）管壁傳播距離很小（xiǎo），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換，即在橫波折（shé）射角為（wéi）45度時，有機玻璃楔塊製成的（de）斜（xié）的接觸（chù）法（fǎ）探頭，對鋼管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，內側仍為空氣時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（cóng）在孔洞浸入內孔）時，則缺陷回波信號要比接觸法或水膜法至少下降6dB。如果因缺陷形狀或取向等不利因素的影響造成缺陷回波（bō）信號不強，則缺陷就很可能漏檢。一個較好（hǎo）的解決此問題的（de）方（fāng）案是以水膜法代（dài）替水浸法進行耦合（hé）。5 電磁（cí）超聲EMAT （Electronmagnetic Acoustic Transducer)探傷技術為（wéi）解決聲耦合給UT帶（dài）來的各種困難，20世紀60年代末期出現了不需（xū）要聲耦合（hé）而直執著在金屬中激發與接收聲波的電磁超聲換能（néng）器（EMAT），經30年來的研究、開（kāi）發，現今已進入工程化、商品化階段。美、德、俄、日等國已有商品儀（yí）器設備出（chū）售。筆者從70年代初也（yě）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（gāng）管（guǎn）、鋼板的生產與使用單位成功地應有。EMAT 是（shì）靠3種方式產生Lorentz力、磁（cí）致伸縮力及磁性力來激發與接收超聲波的，直接在金屬中激發與接收超聲，不需要聲耦合，所以可在粗糙表麵的工件中及高溫、高速運動（dòng）的工（gōng）件中進行超聲檢測。它可以很容易選定所（suǒ）需要的超聲（shēng）波模式，特別是能很簡單地激發與接收SH波，這在壓電（diàn）超聲換能器很難做到。它在鋼管中激激發的（de）超聲，可繞工件傳播幾周甚至十幾擊，這就為用透過波來檢（jiǎn）測缺（quē）陷（xiàn）尺寸奠定（dìng）了良好基礎。如（rú）前所述，在UT中如果缺陷與聲束（shù）不完全垂直時，如其斜超過10度，反射波就大（dà）幅度下降（jiàng）。偏斜45度（dù）的缺陷就（jiù）會漏檢。6.MEL、ET、UT及EMAT法的可靠性比較用大量自然缺陷分別對MEL、ET、UT及EMAT 方法進行了（le）比較實驗。用各種既（jì）定深度的人工標準缺陷對每種方法的（de）缺陷深度的測量進行標定。然後對這（zhè）些自然缺（quē）陷進行掃查（chá）探測。當折疊類缺陷深（shēn）度較大時，其測量結果的離散度最小，但（dàn）當缺陷深度上於（yú）2mm時，離散度相當大。而MFL 和ET法（fǎ）的離散度更大，在很多部位上測量（liàng）深（shēn）度為0，探測不出來。這可能是（shì）。由於在該部位上缺陷被軋合了（le）。而EMAT就（jiù）不（bú）存在這種漏檢現象，在我們（men）的EMAT設備使用中也證（zhèng）實了這一優點，不論人（rén）工缺（quē）陷還是自然缺陷，EMAT設備都有很高的檢出（chū）率。 7 結論（1）EMAT 方法不公能檢測出各種標準所規定的人工缺陷，而且可以檢測出多種自然缺陷，其可靠性是（shì）其它（tā）NDT法無可比擬的。（2）在EMAT法檢測中，應將探縱、橫向缺陷的探頭及高、低通濾波（bō）器全部使用，以防缺陷漏檢。如可能，應開發（fā）檢測水平分量漏磁場的探頭，以確保其可（kě）靠性。（3）在ET法中，應采用相位報（bào）警方式，以防折疊類缺陷漏（lòu）檢。在對ET法的可靠性（xìng）要求高時，應（yīng）采用點探頭線圈的ET儀器與設備，以（yǐ）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，而應采用水膜式探頭，防止危險性缺陷漏檢（jiǎn）。