厚壁钢管超声波检测工艺研究

钟晓彬

摘要：厚壁钢管是一种常用于工业领域的管道材料，其质量的可靠性对于工业生产的安全和效率至关重要。超声波检测是一种非破坏性检测方法，可以用于对厚壁钢管的内部缺陷进行检测和评估。本研究通过对厚壁钢管超声波检测工艺的研究，探索了超声波检测工艺的具体检测方法，以提高检测的准确性和效率。

关键词：厚壁；钢管；超声波

前言：随着时代的进步以及生产双方面的需要，我国水利工程建设事业的不断发展，用于引水、调水、排灌和供水的各种压力钢管需求量也是逐渐增大的，能够对它的内部以及表面的质量都有非常高的要求。但是由于钢管内部缺陷往往难以直接观察，传统的射线无损检测方法往往无法满足实际需求。超声波检测具有高灵敏度、高分辨率和快速检测的优势，因此被广泛应用于厚壁钢管的质量检测中。所以，对厚壁钢管超声波检测工艺进行深入研究具有十分重要的现实意义。

1.传统射线无损检测面临的问题

在厚壁钢管的制造过程中，按照行业标准要求对承受压力管子接头焊缝需要进行100%超声波检测或射线探伤，工作人员为了满足施工技术要求得选择射线探伤的方法，但是使用这种方法也会面临一些问题：（1）射线工作面有限。由于管道的内部对接焊缝位置尺寸限制，射线无法覆盖整个管道的表面，只能在有限的区域进行检测。这就意味着，如果管道内部存在缺陷或损伤，但恰好不在射线工作面范围内，那么这些问题将无法被检测到。这对于保证管道的安全性和可靠性是一个潜在的风险。（2）厚壁钢管射线无损检测还会产生边蚀效应。边蚀效应是指射线在管道壁与缺陷之间传播时，会发生能量损失和散射，导致边缘区域的检测结果不准确。这是由于射线在穿过管道壁时会与材料发生相互作用，从而导致射线的衰减和散射。（3）厚壁钢管射线无损检测还面临着透照的厚度差无法避免的问题。透照的厚度差是指管道壁的厚度不均匀，导致射线透照的厚度也不均匀。这会导致管道不同部位的缺陷被检测到的概率不同，从而影响检测结果的准确性。

2.厚壁钢管超声波检测工艺

为了更好的解决钢管的检测问题，作者对现有的参考资料进行研究之后发现，虽然一些学者对射线检测的缺陷情况进行了研究，但还是无法解决30%以上盲区无法检测的问题。因此，采用横波结合爬波的方法对钢管进行检测是本次研究的重点内容。

2.1探头

在进行爬波检测时使用的探头可以按照结构分为双晶片并列式探头、单晶片探头以及双晶片探头。在钢管检测过程中，为了对内部缺陷进行全面检测，需要采用双晶片并列式探头，规格通常为5×8毫米。在实际检测过程中，爬波的声速越大，其能量越接近管内部表面。但是如果检测过程中探头角度不合适，就可能不产生爬波，进而导致检测结果失败。因此工作人员需要在开始检测前对探头的角度进行确定。计算公式如下：

y=ysin()

其中y代表探头晶片与检测面的夹角；

Cl1代表延迟块的纵波声速；

Cl2代表工件中的纵波声速。

2.2检测灵敏度及试块

在实际检测过程中，工作人员需要按照GB/T 11345-2013的检测标准进行厚壁钢管超声波检测。按照标准中RB-2对试块进行灵敏度检测。检测步骤如下：（1）工作人员需要用5毫米深及8毫米深的通孔做DAC曲线。（2）将探头放置在测试面后，找到通孔反射回波，再进行小幅度平移找到回波的最高点，之后将实际灵敏度在制定的DAC曲线上增益5dB即可。

2.3缺陷定位设置

科技的进步使数字机的使用场景越来越广泛，因此在钢管检测中也可以使用数字机进行扫描，这使得传统的扫描比例调整工作不再重要。在对缺陷进行定位时，工作人员需要将探头、声速以及声速角度等参数输入到机器中，通常情况下，可以将声速设定为6000m/s，而声速角度则需要工作人员按照以下方法进行计算：（1）工作人员需要在定位开始之前将爬波探头放在超声波发射端，将声速指向圆弧。（2）将小晶片探头放在圆弧上接受爬波，在找到最强波点之后，在对声速角度进行计算。

2.4缺陷的判定方法

在检测过程中，工作人员需要对钢管的缺陷位置进行判定，以方便检修工作的顺利开展。工作人员需要对焊缝间隙进行判断，如果在检测过程中反射回波而且工作人员能够对焊缝表面结构原因进行排除，就可以判断这种波长为缺陷波。需要注意的是在检测过程中不允许出现以下缺陷：（1）反射波长大于5毫米的缺陷回波。（2）单个缺陷的回波值超过DAC-7dB。（3）钢管出现裂纹、气孔、夹渣密集型缺陷等。

3.焊缝根部缺陷的检测与评定

结合作者的实际工作经验发现，焊缝根部最主要的缺陷就是未焊透。在SL 432-2008焊接工艺标准6.4.1中明确规定，对于钢管的焊接，禁止出现未焊透的情况，因此在实际检测过程中只要确定焊缝处的缺陷是未焊透，就必须进行返修，以保证钢管的整体质量。而在钢管焊缝根部缺陷的检测中，以下几种情况也会经常出现：（1）焊缝通常由多层焊道组成，每一层焊道都有可能存在缺陷。而且，焊缝的形状和尺寸也会因不同的焊接方法和工艺参数而有所不同。这就给焊缝根部缺陷的检测带来了一定的困难。因此在钢管缺陷检测中可以采用横波与爬波结合的方式进行检测，在检测过程中工作人员需要将一倍壁厚调整至满刻度20%处，在向后移动探头，等待出现波形转换时，就可以对缺陷信号进行定位。（2）焊缝根部可能存在的缺陷类型包括焊缝内夹杂、焊缝内裂纹、焊缝未熔合等。而且，焊缝根部的缺陷严重程度也会因缺陷的大小、形状和位置而有所不同。这就需要工作人员对不同类型的缺陷进行准确的判断和评定，为了对缺陷进行准确判断，检测人员可以采用图像处理和分析的方法，对检测到的缺陷图像进行特征提取和分类，从而判断缺陷的类型和严重程度。同时，还要遵循GB/T 11345-2013和GB/T 29712-2013行业规范，制定相应的评定标准和指导意见，以便对缺陷进行准确的评定和判定。（3）焊缝的形状和尺寸会受到焊接方法、工艺参数和管道材料等因素的影响，从而导致不同焊缝之间存在差异。检测人员可以采用三维扫描和成像技术，对焊缝进行全方位的检测和评定。同时，还可以结合计算机辅助设计和仿真技术，对焊缝的形状和尺寸进行建模和分析，从而更准确地进行缺陷的检测和评定。

4.厚壁钢管超声波检测的实际应用

作者选择了珠江三角洲水资源配置工程B3标压力钢管直径6400mm×厚度40mm进行了超声波探伤测试，利用RB-2试块对曲线进行了调整，在检测过程中一共发现了196道焊缝，其中出现了明显缺陷的焊缝在12处，具体数据如表1。

表1 钢管检测缺陷验证表

	裂纹	未融合	夹渣	气孔	未焊透
爬波	/	1	2	2	/
横波	/	1	3	1	2

在实际检测过程中作者发现爬波检测的过程中出现的缺陷深度较浅，因此工作人员很容易忽略缺陷所反馈的二次波。而使用爬波与横波结合的检测方式，可以对爬波难以发现的缺陷进行再次确定，进而保证检测结果的准确性。

结束语：本研究通过对厚壁钢管超声波检测工艺的研究，得出以下结论。传统的射线无损检测方法已经无法满足当前的钢管检测需求，而使用超声波检测由于检测过程中缺陷的反射弧度较小，所以工作人员容易忽略部分缺陷而出现安全隐患。因此，使用爬波与横波检测结合的方式是对钢管缺陷全面检测的有效方法，具有较强的实践性。
参考文献
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