超声波无损探伤在无缝钢管中的运用

孙晨佳

摘要：自改革开放以来，我国社会和经济的发展越来越快，各行业的竞争也日益激烈，使得超声波无损探伤得到了广泛的应用。在人们追求高质量生活的同时对其质量的要求也越来越高，为了顺应时代的潮流，必须对探测技术进行一定力度的创新，在此背景下超声波无损检测技术应运而生。该技术利用电磁耦合方法激励和接受超声波实现对管材的检测。与传统的超声检测技术相比，它具有不需要耦合剂、检测精度高、适于非接触检测以及容易激发各种超声波形等优点。基于此，本文主要阐述了数字超声波探伤仪探伤的原理、钢管电磁超声探伤设备、超声波的谐振模式和频射特性、超声波无损探伤与小口径和大口径钢管的探伤策略。

关键词：超声波；无损探伤；无缝钢管；运用

在现在社会的发展中，无缝钢管质量的检测成了人们关注的热点。对无缝钢管的检查如果存在一定问题一方面会给工程质量安全带来隐患，另一方面还会严重影响工程的进度。现在通过超声波无损探伤技术无缝钢管进行全面检测，可以在无缝钢管毫无损伤的前提下提高工作效率，从而使得准确度也得到一定的保障，因此，超声波无损探伤技术在当今的建筑行业中得到越来越广泛的应用。

一、数字超声波探伤仪探伤的原理

随着科学技术的进步，超声波无损探伤技术越来越得到人们的认可，通过特定的干扰源激发超声波是数字超声波探伤仪探伤的原理，它可以在弹性介质中传播，传播介质自身具有的性质也会给超声波无损探伤的传播速度带来一定的影响，正因如此，超声波多次反复的折射与反射现象会在一些界面上呈现出来。通过这种折射和反射的现象也会给超声波的使用带来一定的保障，不仅可以检测出无缝钢管是不是存在多个界面，还可以检测出无缝钢管是不是存在某些缺陷，这样一来可以使工作人员及时的发现问题并作出行之有效的解决对策，从而可以在一定程度上确保超声波的正常使用。

二、钢管电磁超声探伤设备

在实际工作中，为了能应对不同的情况，钢管探伤设备的各项功能当然也有所不同，主要分为钢管直线前进、钢管螺旋前进、钢管原地旋转三种，第一种，钢管直线前进，两个探头沿管体周向120。布置，随动跟踪检测。此种方法可连续检测钢管的纵向缺陷。第二种，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。第三种，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。

三、超声波的谐振模式和频射特性

3.1超声波无损检测技术的谐振模式

是引用其探头的激发结构不尽相同的特点，来做到可以发射出两种不同的导波谐振模式，即轴对称和轴不对称。经研究表明，把探头以环状形式摆放在管外，就会生成一种激发起来相对简单的模式也就是轴对称谐振模式的导波；另一方面假如是想做到以轴对称的纵向谐振模式为用的导波，就需要把探头安装到管子靠中的位置去，因之前放在探头之外的管子始终保持其平面呈平稳状态，同时让其围绕中心旋转就能出现激发出的轴对称模式；而利用这两种不一样的方式在管壁内产生了一种间隔一致的导波所形成的谐振模式，这种模式只能在纵向的方向进行伸展和压缩这两种运动，但不能在横向进行任何形式的移动。非对称谐振模式导波的出现的原因是超声波探头在管子内部倾斜放置。它通常是以双螺旋形式显示的，这种方式的导波是从探头处来向着管子的两侧散开而来的，待它到达尽头后，再聚拢再散开，按照这种形式在管子中进行传播。

3.2超声波无损探伤导波的频射特性

假设我们要检测的所有物体均为弹性均匀介质，那么波将会以恒定的速度在管子内部进行传播，因此，能对反射波的速度带来影响的只有介质本身的材料。当超声波斜向进入同性管中时，由于管子表面的反射作用，使得机械振动在管中不断的传播，由于反射波的轴向运动和径向运动的合成，从而促使超声波可以在管内形成导波。

四、超声波无损探伤与小口径和大口径钢管的探伤策略

4.1超声波无损探伤方法

资料显示，超声波无损探伤技术存在很多种探伤方法，脉冲反射法是最常见的一种。目前待检测的物体的内部仍然存在一定的问题，使得物体内部表面呈现出不光滑、不平整、不连续等局面。因此，当用脉冲反射法进行检测时，脉冲传播到不连续处时会产生相对不同的声阻，而脉冲则会在两个声阻不一致的地方产生反射的现象，同时超声波反射回来的能量方向和大小都与交界面处的取向大小相互关联。脉冲反射式超声波探伤仪就是根据这一原理被设计出来的。超声波无损探伤方法还有以下几种缺陷定量法、裂纹检测法以及损伤、裂化等评价方法。

4.2大口径钢管的探伤方法

大口径的探伤过程中主要采用的是脉冲反射法。在检测过程中，仪器产生多个高压脉冲，脉冲通过耦合剂和晶体以期渗透到被检测的材料当中，当被检测材料中存在缺陷或者内部材质出现凹陷不连续等状况时，进而影响原有超声波的回波路线，造成回波时间的差异，仪器反馈的回波时间和声速进行处理，就可以找到缺陷的具体位置，实现缺陷的自动检测。将检测仪器的两个探头（规格为5P9×9K2.5）分别放置在要探测部分钢管的两侧，垂直于探测部分前后移动探头，同时沿着钢管的周向移动扫查，记录结果。

4.3小口径的钢管的探伤方法

由于其曲率半径很小，选用接触法进行探伤往往会出现耦合不良、波束严重扩散等情况，探伤的灵敏度严重降低，因此，在选择小口径的探伤方法时不建议采用接触法，一般选择水浸聚焦探头利用横波束探伤。利用此种方法对小口径钢管进行探伤，不仅可以快速准确的发现管材外表和近表面的缺陷同时还能发现隐藏在内部的不足，因其声束的能量比较集中，大大提高了检测的灵敏度和分辨率，是小口径钢管检测中最佳的选择。另外在小孔径探伤的过程中，对小口径的探伤我们一般选择点聚焦探头，一般采用2.5~10MHz这个频率范围进行检测。探测方法如下所示：（1）脉冲反射液浸探伤对管子逐根作两个相反圆周方向的螺旋式扫查。（2）应将内、外伤信号幅度调到显示屏满刻度（或饱和值）的50%~80%以上。内、外伤的波高应尽可能一致，差值应不大于2dB。（3）扫查时螺距应小于等于1mm。

五、结束语

综上所述，超声波探伤是无损检测的一种主要方法钢管行业得到了广泛的应用。超声波探伤结合了电磁激发不需要接触的优点和超声波检测灵敏度高的优点，科研实现无缝钢管检测的更高效、更准确、更可靠。目前我国超声波探伤机理得到了进一步完善，而且在其他方面也都比其他探伤方法更胜一筹，加之对超声波检测原理和特点总结和分析，可进一步提高该技术在钢管电磁超声中的应用效果，将可能成为管材管体和管端的主要探伤手段，同时也在一定程度上促进了我国科学技术的发展。

参考文献：

[1]叶子义.超声波检测技术在无缝钢管质量检测中的运用[J].工程技术研究，2017（04）

[2]刘军华.URP系列自动超声波探伤机在无缝钢管生产中的应用[J].钢管，2010（03）