鋼管的探傷（shāng）及可靠性（xìng）分析 論（lùn）述了探（tàn）傷中使用的漏磁、渦流（liú）、超聲和電磁超聲幾種無損檢測方（fāng）法的可靠性，通過對上述幾種方法（fǎ）可（kě）靠性的比較可以看出，電磁超（chāo）聲方法具有其他無（wú）損檢測（cè）方法不可比擬（nǐ）的優（yōu）點和廣闊（kuò）的應（yīng）用前景。1 前言鋼管是應用最廣泛的鋼材品種。它的質量（liàng）直接影（yǐng）響（xiǎng）到經濟效（xiào）益及人員的生命安全。世界各國都對鋼管的質量檢測給以極大的重視（shì），采用了各種（zhǒng）無損檢（jiǎn）測（NDT）方（fāng）法對鋼管進行了嚴格的檢測。例如，德國的（de）Mannesmann 公司和日本的住（zhù）友金屬公司在檢測大直徑鋼管時（shí）采用超場（chǎng）（UT）和漏磁（MFL）方法；檢測小直徑鋼管時，采（cǎi）用超場和渦流（ET）方法，已形成了較為成熟（shú）的檢測方案。我國的鋼管檢測大量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（shēng）產中產生的自然缺陷用NDT 方（fāng）法檢測不出來的現象。因而，如何提高（gāo）NDT 的檢測（cè）可靠性，就成為日（rì）益緊迫的課題。本文結合鋼管檢（jiǎn）測中曾出（chū）現的一些自然缺陷漏檢現象，從原理上及（jí）檢測設備性能（néng）上（shàng）進行深入（rù）分析，為製定最佳的檢測方案提供了參考建議。2 MFL（Magnetic Flux Leakage)方法的可靠性MFL 法因其對管材表（biǎo）麵狀態要求不高（gāo），檢出深度也較大，在國外的（de）鋼管檢測中大量使用，國內也越來越多地采用，特別是石油用鋼管（guǎn）檢測中已很（hěn）普遍地使用了美國（guó）Tubescope 公司製造的MFL 探傷設備。在MFL 的使用中，由於管理上（shàng）和技術上（shàng）的原因，曾出現過一些漏檢問題。其中一個是與管軸線成45度角（jiǎo）的缺陷常常漏檢。如將MFL 設備（bèi）中的縱向探頭與橫向探頭同時（shí）使（shǐ）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（zài）MFL 法中影響可靠性的另一重（chóng）要因素是自然缺陷與管表麵的夾角。理論計算與實驗研究證明（míng）：當人工刻槽沿壁厚方向的取向與管外表麵夾（jiá）角為30度時，即無法用MFL 檢（jiǎn）測出（chū）與表麵平行的缺陷，如分（fèn）層類缺陷。些外，如鋼（gāng）管在紮製（zhì）過（guò）程中變（biàn）形較大，有時會將自然缺陷軋合。這時（shí），缺陷產（chǎn）生的漏磁就很小（xiǎo），導致（zhì）很難用（yòng）MFL法探出。　　在生產（chǎn）檢（jiǎn）測中，曾出（chū）現過用MFL法檢測不（bú）出鋼管中透壁大孔洞的現象（xiàng）。拋開管理及人員因（yīn）素，在（zài）技術上也應探入分板並加以防範（fàn）。對於用MFL 法能探出表麵（miàn）多深的（de）缺陷，一（yī）直（zhí）沒（méi） 有明確的（de）結論。這與儀器及探頭性能及缺陷尺寸形狀等都有關係。3.ET(Eddy Current Testing)法的可靠性　　 由於檢測（cè）速度高，穿（chuān）過式線圈ET法多年來廣泛用於檢測鋼管質量，特別是（shì）其致密性。在使用中證明（míng），它難以（yǐ）探出鐵磁性（xìng）鋼管中的（de）裂紋狀缺陷，所以在高標準的ET中，采（cǎi）用（yòng）探針式線圈ET法（fǎ）。此（cǐ）外，對於ET法（fǎ）究竟能探（tàn）出表（biǎo）麵多（duō）深的缺隱這樣一（yī）個簡單問題（tí），似乎至今也未形成一個明確的共識。　　 對於鋼管中常常產生的“外折（shé）”類缺陷，不少渦流儀（yí）器與探頭也往往發現（xiàn）不了（le）。經常出現外折肉眼明顯可見，卻無法將之用ET儀報警的尷尬（gà）現象（xiàng）。自從出現了扇區式相位報警的渦流設備後，這種局麵得到（dào）了根本的改變。但選擇合適的儀器與探頭並正確調整它，仍是不容忽視的（de）重要問題（tí）4 UT(Ultrasonic Testing)法的可靠性UT 法在（zài）鋼管探傷與測厚中應用最廣。然而，作（zuò）為一種檢測方法，其可靠性會受到各種（zhǒng）因素的影響。如對（duì）之分析研究不夠，甚至（zhì）會出（chū）現嚴重的漏檢、誤檢現象。下麵僅對UT中可能存在的幾種降低UT的可靠性（xìng）的因（yīn）素做一些討論。（1）自然缺陷取向對UT可靠性的（de）影響在鋼管軋製過程中，出（chū）現頻度較高的（de）是軸向（縱向（xiàng））缺陷。然而，與鋼管軸線呈一定角度延伸的缺陷也不少見。垂直於管軸線的周向（橫向（xiàng））缺陷也（yě）時有發（fā）生（shēng）。NDT的任務就是將這些取（qǔ）向（xiàng）不同的缺陷都探出來。同樣，為了可靠探出與鋼管表麵傾斜的（de）折疊（dié）類缺陷，必須設置2組沿管周（zhōu）向（xiàng）相反（fǎn）方向入射的（de）探（tàn）頭。（2）聲耦合方工對UT可靠性的影響水侵（qīn）UT中，聲波在管壁中傳播衰減是很嚴重的（de）。因為（wéi）水的聲特征阻（zǔ）抗遠小於鋼，故聲波從水向及從鋼向水的往複透射率就很小。其次，聲波（bō）在管壁中的每次（cì）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，故而顯著地增大了水侵UT的（de）超聲衰（shuāi）減。這就導致超聲波沿管（guǎn）壁傳播距離很（hěn）小，甚至連1/4周（zhōu）長也達（dá）不到。在不考慮聲傳播過程中的波型轉換，即在橫（héng）波折射角為45度時（shí），有機玻璃楔塊製成的斜的接觸法探頭，對鋼管的聲壓往複透（tòu）射率的計算值T（LS）約（yuē）等於25%。而在鋼管外側浸在水中，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（chōng）入水（shuǐ）（例如水從在孔洞浸入內孔（kǒng））時，則缺陷回波信號要比接（jiē）觸法或水膜法至（zhì）少下降6dB。如果因缺陷形狀或取向等不（bú）利因素的影響造成（chéng）缺陷回波信號不強，則缺陷就很可能漏檢。一個（gè）較好的解決此問題的（de）方案是以水膜法（fǎ）代替（tì）水浸法進行耦合。5 電磁超聲（shēng）EMAT （Electronmagnetic Acoustic Transducer)探傷技術為解決聲耦合給UT帶來的各種困難（nán），20世紀60年代末期出（chū）現了不需要聲耦合而直執著在金（jīn）屬中激發與接收聲波的電磁超聲換能器（EMAT），經30年來的（de）研究、開發（fā），現今已進入工程化、商品化階段。美（měi）、德、俄（é）、日（rì）等國已有（yǒu）商品儀器設備（bèi）出售。筆者從70年代初也開（kāi）始了MEAT 的研究與開發，目前，研發的EMAT 設備已經在（zài）國內多家鋼管、鋼板（bǎn）的（de）生（shēng）產與使用單位（wèi）成功地（dì）應有。EMAT 是靠3種方式產生Lorentz力（lì）、磁致伸縮力及磁性力來激發與接收超聲波的，直接在金（jīn）屬中激發（fā）與接（jiē）收超聲，不需要聲耦合，所以（yǐ）可在粗糙表（biǎo）麵的工件（jiàn）中及高（gāo）溫、高速運動的（de）工件（jiàn）中進行超聲檢測。它可以很容（róng）易選定所需要的超聲波模式，特別是能很簡單地激發與接（jiē）收SH波，這在壓電超聲換能器很難做到。它在鋼管中激激（jī）發的超聲，可繞工件傳播幾周甚（shèn）至十（shí）幾擊，這就為用透過波來檢測缺陷尺寸奠定了良好基礎。如前所述，在UT中如果缺陷與聲束不完全垂直時，如其斜超過10度，反射（shè）波就大幅度下降。偏斜45度的缺陷就會漏檢。6.MEL、ET、UT及EMAT法的可靠（kào）性比（bǐ）較用大量自然缺陷分別對MEL、ET、UT及EMAT 方法進（jìn）行了比（bǐ）較實驗。用各種既定深（shēn）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。然後對這些自然缺陷（xiàn）進行掃查探測。當折疊類缺陷（xiàn）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，離散度相當大。而MFL 和ET法的離散度更大，在很多部位上測量深度為0，探測不（bú）出來（lái）。這可能是。由於在該部位上缺陷（xiàn）被軋合了（le）。而（ér）EMAT就不（bú）存在這種漏檢（jiǎn）現象，在我們的EMAT設（shè）備使用中也（yě）證實（shí）了這一優點，不論人（rén）工缺陷還是自然缺陷，EMAT設備（bèi）都有很高的檢出率。 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（xiàn），其可靠性是其它NDT法無可比擬的。（2）在EMAT法檢測中，應將探（tàn）縱、橫向缺陷的探（tàn）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（shuǐ）平分（fèn）量漏磁場的探頭，以確保其可靠性。（3）在ET法中（zhōng），應采用相位報警方式，以防折疊類缺陷漏檢。在對ET法的可靠性要求高時，應采用（yòng）點（diǎn）探（tàn）頭線圈（quān）的ET儀器與設備，以可（kě）靠檢測（cè）裂紋類缺陷。（4） 在（zài）UT法的鋼管探傷（shāng）中，不宜采用全水浸（jìn）式探（tàn）頭，而應采用水膜式探頭（tóu），防止危險性缺陷漏檢。