張甫伸

(煙臺(tái)寶鋼鋼管有限責(zé)任公司，山東 煙臺(tái)264002)

無(wú)損探傷是在不損壞工件或原材料工作狀態(tài)的前提下，對(duì)被檢驗(yàn)部件的表面和內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行檢查的一種測(cè)試手段。在鋼管檢測(cè)領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外常用的檢測(cè)方法有漏磁、超聲波、渦流，對(duì)大口徑鋼管應(yīng)用前兩種方法較多，目前國(guó)外設(shè)備多采用漏磁—超聲組合模式，這是考慮到兩種不同檢測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)并經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的應(yīng)用而得到的。

1 原理

1.1 漏磁檢測(cè)原理

當(dāng)鐵磁性鋼管充分磁化時(shí)，管壁中的磁力線(xiàn)被其表面或近表面處的缺陷阻隔，缺陷處的磁力線(xiàn)發(fā)生畸變，一部分磁力線(xiàn)泄漏出鋼管的內(nèi)外表面，形成漏磁場(chǎng)，利用傳感器對(duì)這個(gè)磁場(chǎng)的感測(cè)，可輸出一個(gè)相關(guān)信號(hào)，分析后可間接檢測(cè)出鋼管上的缺陷。

常用的傳感器有線(xiàn)圈式和霍爾元件式兩種。

1.1.1 線(xiàn)圈式傳感器

測(cè)磁線(xiàn)圈的輸出遵從電磁感應(yīng)定律，輸出電動(dòng)勢(shì)為

式中N為線(xiàn)圈匝數(shù);v為線(xiàn)圈運(yùn)動(dòng)速度;G為漏磁場(chǎng)沿掃描方向的梯度，即

結(jié)果表明:對(duì)于一定的N和v，相同直徑的缺陷，漏磁輸出與缺陷深度成比例。線(xiàn)圈式傳感器的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耐用。

1.1.2 霍爾傳感器

在一個(gè)半導(dǎo)體薄片中相對(duì)的兩側(cè)面通以控制電流，在薄片垂直方向施加磁場(chǎng)B，則在半導(dǎo)體的另兩個(gè)側(cè)面會(huì)產(chǎn)生一個(gè)大小與I和B乘積成正比的電動(dòng)勢(shì)，這就是霍爾效應(yīng)，利用這一效應(yīng)可制成霍爾傳感器來(lái)測(cè)量磁場(chǎng)的大小。

霍爾傳感器可以在靜止?fàn)顟B(tài)下感受磁場(chǎng)，頻率響應(yīng)可以從直流到微波，動(dòng)態(tài)輸出電動(dòng)勢(shì)的變化可達(dá)1 000:1，體積小、壽命長(zhǎng)，但元件存在轉(zhuǎn)換效率低、溫度影響較顯著等缺點(diǎn)。目前，許多新型檢測(cè)器特別是高清晰度檢測(cè)器都采用這種傳感器，它的另一優(yōu)點(diǎn)是不受檢測(cè)器運(yùn)動(dòng)速度的影響。

1.2 超聲波檢測(cè)原理

超聲波探傷是利用超聲能透入金屬材料的深處，并由一截面進(jìn)入另一截面時(shí)，在界面邊緣發(fā)生反射的特點(diǎn)來(lái)檢查零件缺陷的一種方法，當(dāng)超聲波來(lái)零件表面由探頭通至金屬內(nèi)部，遇到缺陷與零件底面時(shí)就分別發(fā)生反射波來(lái)，在熒光屏上形成脈沖波形，根據(jù)這些脈沖波形來(lái)判斷缺陷位置和大小。

根據(jù)超聲波在介質(zhì)中傳播的速度(常稱(chēng)聲速)和傳播的時(shí)間，就可知道缺陷的位置。當(dāng)缺陷越大，反射面則越大，其反射的能量也就越大，故可根據(jù)反射能量的大小來(lái)查知各缺陷(當(dāng)量)的大小。常用的探傷波形有縱波、橫波、表面波等，前二者適用于探測(cè)內(nèi)外部缺陷，超聲波探傷儀后者適宜于探測(cè)表面缺陷，但對(duì)表面的條件要求高。

2 應(yīng)用情況和特點(diǎn)

2.1 漏磁檢測(cè)技術(shù)

在國(guó)外，漏磁檢測(cè)技術(shù)用于工業(yè)上已有幾十年的歷史，自從1965年美國(guó)AMF公司研制出第一臺(tái)漏磁檢測(cè)器以來(lái)，設(shè)備性能和技術(shù)水平不斷提高，應(yīng)用領(lǐng)域日趨廣泛，是目前管道工業(yè)中應(yīng)用歷史最長(zhǎng)，技術(shù)最成熟的檢測(cè)技術(shù)。

國(guó)內(nèi)的研究比較晚，漏磁檢測(cè)設(shè)備經(jīng)過(guò)多年的引進(jìn)、消化吸收和國(guó)產(chǎn)化研制工作，設(shè)備規(guī)格范圍不斷擴(kuò)大，精度也在提高，但和國(guó)外設(shè)備還有很大差距。

影響漏磁場(chǎng)的因素很多，使用環(huán)境中的各種邊界條件非常復(fù)雜，難以定量描述缺陷形狀大小，這就影響了檢測(cè)精度的提高，漏磁式檢測(cè)器的檢測(cè)精度會(huì)隨壁厚的減少而增加。所有金屬損失缺陷都能檢測(cè)出來(lái)，但由于缺陷形狀對(duì)信號(hào)影響很大，在判定和描述缺陷上還需大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)及人為經(jīng)驗(yàn)。

缺陷所產(chǎn)生的漏磁信號(hào)不僅與缺陷的嚴(yán)重程度有關(guān)，還與缺陷的幾何形狀有關(guān)，這會(huì)使不嚴(yán)重但邊緣陡峭的缺陷所產(chǎn)生的信號(hào)比嚴(yán)重邊緣平滑的缺陷所產(chǎn)生的信號(hào)強(qiáng)，即漏磁信號(hào)梯度會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生影響［1］。

漏磁法檢測(cè)主要具有以下特點(diǎn):受缺陷形狀的影響;受管徑和壁厚以及被檢測(cè)管道材質(zhì)的影響;信號(hào)大小與缺陷之間缺乏準(zhǔn)確的對(duì)應(yīng)關(guān)系，檢測(cè)精度受到限制;如采用線(xiàn)圈式傳感器，檢測(cè)結(jié)果受速度的影響;適應(yīng)性強(qiáng);耗電量低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單;能測(cè)到很深的缺陷直至穿孔。

2.2 超聲波檢測(cè)技術(shù)

超聲波是機(jī)械波的一種，其特征是方向性好、繞射現(xiàn)象小，能夠成為射線(xiàn)而定向傳播。超聲波在液體及固體中衰減很小，穿透力強(qiáng)，可精確得到定量結(jié)果。超聲波從液體或固體過(guò)渡到空氣或相反的情況下其反射率接近于100%，這一特性表明，在檢測(cè)過(guò)程中探頭與被測(cè)管道之間不允許存在氣體。這要求超聲波檢測(cè)所用的耦合劑(通常是水)無(wú)雜質(zhì)及氣泡。

聲波在一種介質(zhì)中傳播時(shí)，它的振幅和強(qiáng)度將按指數(shù)規(guī)律衰減［2］。

式中:Ax，Ix分別為平面波在x處的振幅和強(qiáng)度;A0，I0分別為平面波在x=0處的振幅和強(qiáng)度;α為衰減系數(shù)，dB/mm.

衰減系數(shù)因介質(zhì)材料性質(zhì)而定，是吸收衰減和散射衰減之和，晶粒越粗，頻率越高衰減愈大。

另一方面，超聲波檢測(cè)有最小壁厚的限制，存在盲區(qū)，管壁減小到一定值，將無(wú)法檢測(cè)到信號(hào)。一般最小的盲區(qū)在2.5mm以上。

盲區(qū)形成的原因是由于高壓脈沖加到壓電晶片上使之振動(dòng)產(chǎn)生超聲波，脈沖停止時(shí)壓電晶片因慣性作用而繼續(xù)振動(dòng)，探頭上的阻尼塊不能完全消除“慣性振動(dòng)”產(chǎn)生的噪聲信號(hào)。

超聲波檢測(cè)主要存在以下特點(diǎn):存在檢測(cè)盲區(qū)，無(wú)法檢測(cè)到即將穿孔的缺陷;對(duì)管壁表面平整度要求高;每個(gè)探頭要提供高頻、高壓脈沖，因此耗電量比漏磁法大;檢測(cè)精度高，在其可測(cè)的厚度范圍內(nèi)可達(dá)±0.05mm;可得到定量的檢測(cè)結(jié)果，可直接分辨內(nèi)外缺陷;不同的材質(zhì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果基本無(wú)影響。

3 實(shí)例對(duì)比

我們公司產(chǎn)品主要用漏磁檢測(cè)及超聲波檢測(cè)，漏磁設(shè)備主要檢測(cè)的缺陷有軋疤、外折、劃傷、砂眼等缺陷，但其對(duì)縱向的小裂紋和內(nèi)傷效果不明顯，后兩種缺陷主要靠超聲波設(shè)備檢測(cè);超聲波主要檢測(cè)缺陷有裂紋、內(nèi)直道、內(nèi)折、分層壁厚超差等，但對(duì)于表面軋疤、小外折、斜向缺陷等不規(guī)則缺陷效果不好。超聲波可以定量或半定量判斷缺陷的大小及內(nèi)傷、外傷，而且便于定位可以很容易找到缺陷位置，有利于人工修磨及定位解剖取樣。漏磁采用鋼管直接輸送模式，探傷速度快適合在線(xiàn)檢測(cè);超聲波采用鋼管螺旋前進(jìn)或直線(xiàn)前進(jìn)模式，探傷速度慢，適于離線(xiàn)檢測(cè)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)這兩種方法進(jìn)行分析可以看出，每種方法都各有利弊和各自的適用范圍，采用何種方法，需要考慮被檢測(cè)鋼管的相關(guān)條件，進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

［1］Nace International the Corrosion Society，ITEM No.24211，Nace International Publication 35100，Chaiman NEB Izelac，PII，Toronto.Ontario，Canada.

［2］常建生.檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)［M］.吉林:吉林工業(yè)大學(xué)出版社，1980.