浅析无缝钢管生产中的无损探伤方法

1、浅析无缝钢管生产中的无损探伤方法 浅析无缝钢管生产中的 无损探伤方法 季晓鹏 （中冶东方工程技术有限公司上海分公司，上海 201203） 摘要：通过对目前几种无缝管生产中常用的无损探伤方法进行分析比较，针对无缝钢管生产中对探伤设备的选择提出合理的建议；并对今后钢管无损检测研究方向提出预测。 关键词: 无损探伤，无缝钢管，方法 The Study on Inspection Method Of Seamless Steel Tubes JI Xiao-peng （BERIS Engineering And Research (Shanghai) Corporation ，Shanghai，201

2、203 China） Abstract: Through the research and comparison on the inspection method of seamless steel tubes, Reasonable suggestion to the inspection device in the production of seamless steel tube is raised and forecast of research direction on the non-destructive inspection of seamless steel tube in

3、future is made. Key words: non-destructive inspection， seamless steel tube， method 前言 无损探伤的检测方法有很多种，针对表面缺陷有涡流、漏磁、磁粉、渗透和目测等，可以使用超声、射线等方式进行内部探伤，最新还有声发射、声全息、远红外、中子射线、核磁共振和电磁超声等多种方式。根据涉及到的物理性能基本可以分成几种，通过射线照射下的物理性能的方式称为射线检测（简称：RT）；采用弹性波方式的称为超声检测（简称：UT）包括声全息等；利用钢铁的电磁特性的电磁检测包括磁粉（简称：MT）、涡流（简称：ET）、漏磁（简称；EMI）

4、；利用金属表面特性的渗透检测（简称：PT）。目前，无缝钢管生产过程中的自动探伤方法主要有超声波、涡流、漏磁三大方法。 1.钢管缺陷的划分 无缝钢管一般经过冶炼、浇注、开坯、轧制和拉拔等工序制成,其缺陷除了铸坯上带来的各种冶金缺陷在成形过程中,成为沿管材轴向延伸的周向分层状缺陷外,在各阶段生产过程中还会因加工操作工艺不当、轧辊或拉拔模设计不当等原因而在钢管上造成裂纹、折迭、翘皮、划伤或拉伤等表面和内部缺陷。 图1表示了无缝钢管中存在的四种典型缺陷。根据管材的生产工艺，存在的主要缺陷一般都在轧制方向上，即纵伤(与管轴成0度或某一较小固定角，如15度)。出现横伤(90度)和出现斜伤（45度）的可能性

5、较小。为了保证无缝钢管的质量,根据相关的产品技术标准,在无缝钢管生产线上须进行表面和内部无损探伤。 图1 2常规无损检测分析 2.1 涡流探伤 涡流探伤法是工业各领域中应用较为广泛的无损检测方法。它以电磁感应理论为基础，不需任何耦合剂就可对试件进行百分之百的快速自动检测。对于无缝钢管这种形状规则而单一的试件来说，则更是大批量快速检测的有力工具。 适于钢管质量检验的自动涡流探伤方法主要有点式探头探伤法和穿过式探头探伤法两种。前者采用点式探头高速旋转的方法来探测钢管中的纵向缺陷，其检测速度由探头的数量和其旋转的速度而定，一般来说比较慢，加之设备较复杂，因而其应用不太广泛；而后者则采用穿过式探头来检

6、测钢管中的横向缺陷，且对钢管表面和近表面的常见缺陷如裂口、凹面、结疤 及部分外折等有较高的检测灵敏度，因此成为钢管检验的主要方法之一；并且，由于涡流探伤法对通孔特别敏感，因此有关标准规定它也是代替钢管水压试验的主要方法之一。 此方法通常用于检测直径小于100mm（最大180mm），壁厚小于6mm的管材。此方法优点是：设备简单，探伤速度快(一般可达 60 m/min以上)，无消耗品；缺点是：穿透性差。灵敏度与材料的性质和几何位置有关，管端盲区较大。 2.2 漏磁探伤 漏磁探伤是基于铁磁性材料磁性变化的一种无损检测技术。当铁磁材料被磁化后，由于缺陷的存在会在工件表面产生漏磁场，因此，通过漏磁的检测

7、就可以发现材料中的缺陷。 钢管的漏磁探伤技术主要分为磁粉探伤法和磁场测定法两种。前者简单，但是需要肉眼来观察磁痕，因此难以实现自动化。后者尽管设备复杂、成本高且操作难度大，但却是通过传感器来拾取漏磁场信息的，因此易于实现自动化探伤，适用于大批量钢管的自动检验。故一般情况下，如无特别说明，钢管的漏磁探伤通常指磁场测定法1。 利用漏磁法检测对管材外表面缺和一定壁厚的内表面缺陷灵敏度好。通常用于直径大于为50mm，壁厚小于12.7mm的管材。其优点是：检测速度快，无需耦合剂。灵敏度适中；缺点是：受外界磁场干扰，管材材质不均产生干扰,管端盲区大。 2.3超声探伤 超声探伤主要用来探测钢管内外表面及其内

8、部的纵向缺陷，根据用户需要也可探测横向缺陷。自动化探伤纵向探测的速度通常为20 m/min 左右，横向探测的速度通常为10 m/min左右。2 超声探伤对内外表面及内部缺陷十分灵敏。有较高的检测灵敏度，对钢管中的裂纹、直道等缺陷比较敏感，也能探测出非金属夹杂等体积型缺陷。因此，它适用于检验质量要求高的无缝钢管，如高压锅炉管和高压化肥管等，也可根据用户要求用来代替钢管的水压试验。但由于检测速度较慢，难以在钢管生产的流水线上进行快速在线检验，因此一般作为高质量钢管的离线检验手段3。 超声探伤通常用于直径大于为50mm，壁厚大于3mm的管材。缺点是：检测速度慢，需要湿性耦合剂，系统复杂。如增加检测速

9、度，系统将更复杂。费用高，所需消耗品费用低。优点是：灵敏度高，可以检测管端，可定量检测。 针对三种常规的检测方法的适用范围、使用功能加以比较，见表1 表1 探伤方法比较项目 超声法检测管材 涡流法检测管材 漏磁法检测管材 钢管管径要求 50mm 180mm 50mm 相对检测速度 较慢 较快 较快 测厚功能 有 无 无 内部缺陷检测 纵向缺陷 有 部分 无 横向缺陷 有 无 无 斜向缺陷 有 无 无 分层缺陷 有 无 无 表面缺陷检测 纵向缺陷 有（内、外表面） 有（薄壁管的内、外表面，厚壁管的外表面，包括近表面。） 有（薄壁管的内、外表面，厚壁管的外表面，包括近表面。需单配漏磁纵向检测头）

10、横向缺陷 有（内、外表面） 有（薄壁管的内、外表面，厚壁管的外表面，包括近表面。） 有（薄壁管的内、外表面，厚壁管的外表面，包括近表面。需单配漏磁横向检测头） 国家标准 GB/T5777-1996 GB/T7735-1995 GB/T12606-1999 上述比较仅是各检测方法的功能比较，具体采用那种检测方法主要取决于采用的产品标准。针对于产量大的薄壁管且管材用户只要求表面质量的低钢级钢管，可只进行漏磁检测。对高品质钢管如API管线则要根据管线依据的行业标准或者相关国家标准采取一种或者几种联合方法检测，达到相关要求。就目前的市场标准（用户要求）而言，在大口径无缝钢管生产中，用户首选超声波方法。

11、在经费允许的情况下，可采用超声波和漏磁的组合方法。因为超声波对表面点坑状缺陷的灵敏度不如漏磁。 3新型检测手段电磁超声（EMA）4 3.1 电磁超声检测 无损检测技术的发展已历经一个世纪，其重要性在全世界已得到公认。作为无损检测技术的一个新军，电磁超声（EMA）技术也越来越受到人们的青睐，它代表了超声检测的发展方向（无耦合）。 电磁超声（EMA）的工作原理是：当通以高频电流的线圈靠近金属试件时，试件表层会感生高频涡流，若在试件附近再加一个强磁场，则涡流在磁场作用下使金属材料中的带电粒子产生高频的力，即罗仑兹力。实质上这个力是高频机械振动，所以它能在试件中传播，即产生超声波。由于上述过程本身是可

12、逆的，因而从试件边角处或缺陷部位反射回的超声波在外加磁场作用下形成涡流，涡流本身磁场引起线圈两端电压变化，利用这一信号即可实现缺陷检测。 3.2 EMA技术在工业生产中的成功应用 在我国虽然无缝钢管无损检测事业发展很快，但是，由于各种探伤手段都有其局限性，急需要像电磁超声(EMA)这样能同时探出压电超声、涡流、漏磁探伤各自能探出的缺陷等优点，EMA产品针对无缝管生产应用技术主要有： 1）钢管管体EMA探伤设备 针对现场的不同情况以及检测标准要求的不同EMA探伤设备主要分成三种形式： 钢管直线前进，两个探头沿管体周向120度布置，随动跟踪检测。此种方法可连续检测钢管的纵向缺陷。主要用户有天津市无

13、缝钢管厂；天津钢管有限责任公司；鞍钢无缝钢管厂等。 钢管螺旋前进，纵、横向各两组探头分别沿着管体周向布置，探头各自对管体进行随动跟踪检测。此种方法可连续检测钢管的纵、横向缺陷。主要用户有沧州华北石油专用管材有限公司等。 钢管原地旋转，纵、横向各两组探头在拖动小车的驱动下，直线前进，对管体表面进行螺旋式扫查。此种方法也可以连续检测钢管的纵、横向缺陷。主要用户有衡阳华菱钢管有限公司；天津钢管有限责任公司等。 2）管端EMA探伤设备 两台探伤主机分别布置在钢管横向移动装置两边，钢管在固定位置原地旋转，纵、横向探头沿管体直线前进对管端进行螺旋式扫查。既可实现管端得的纵横向缺陷的连续检测。主要用户有天津

14、钢管有限责任公司，攀钢集团成都钢铁有限责任公司等。 3.3 电磁超声（EMA）检测的优势与前景 电磁超声(EMA)检测钢管具有非接触、无须使钢管或传感器转动、能同时探出压电超声、涡流、漏磁探伤各自能探出的缺陷等优点，因此钢管缺陷的电磁超声检测具有重要的研究意义和应用价值。电磁场模型建立和求解的复杂性，使电磁超声无损检测定量分析难度大。电磁超声无损检测要实现从定性到定量的跨越，必须对电磁超声检测理论、探头设计、信号处理、 可视系统及数据库等一系列问题进行深入研究以提高电磁超声无损检测水平。同时，新材料的应用及计算机模拟技术水平的发展极大地改善了电磁应用技术的实时应变能力，使其扩展到能够应用电磁计算技术对复杂系统进行仿真、分析和综合、调整和优化、正求和逆求、预测和规划等。 4 结论 综上所述, 无缝钢管生产中这几种常规探伤检测方法各有自身的优点和局限性,无缝钢管生产线上可视具体情况选择。市场决定产品，无缝管生产的市场决定了无缝管生产的产品，同时无缝管的产品标准决定了如何选择适当的检测手段，但能同时具有多种缺陷检测能力又能达到生产能力要求的设备肯定是市场发展的导向。 参考文献 1 左建国.组合无损检测