荀家鈺

（新疆油田公司物資供應(yīng)總公司，新疆克拉瑪依 834000）

0 引言

石油專用管，如油、套管、鉆具及油田用普通鋼管、高壓鍋爐管流體管、不銹鋼無縫鋼管等，管體壁厚檢測是對產(chǎn)品綜合質(zhì)量評判的重要手段之一。對石油用管而言，外徑圓度與壁厚的均勻性是保證安全性的重要指標(biāo)。實際檢測中，缺陷在工件中所呈現(xiàn)的形狀、面積、位置是多樣化的，這與材料的冶煉及軋制有關(guān)。

1 壁厚檢測

因石油用管在使用中的特殊要求，為確保在服役期的質(zhì)量、性能及安全要求，均采用無縫軋管（部分表管和技術(shù)套管可采用焊管）。隨著油田鉆井開采工藝的多樣性，對油井管的質(zhì)量性能及安全要求多樣性也越來越高。任何一種規(guī)格種類的油井管，都經(jīng)過軋制或焊縫工藝（焊縫管），管材在螺紋加工前的一切工序及質(zhì)量控制的優(yōu)劣，是保障油井管最終成品質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。由此，油井用管壁厚檢測工作顯得尤為重要。

近幾年的檢測情況來看，油井用管在壁厚檢測中所存在的問題不可輕視，雖然造成壁厚檢測值誤差原因是多方面的，但與實際檢測中的操作方法及規(guī)范要求對量值的變化卻有著一定的相互影響。總結(jié)、分析影響超聲波管體壁厚測量值的因素，提高對產(chǎn)品客觀、公正的評判。

2 量值偏差

產(chǎn)生油井用管壁厚量值偏差的原因較多，管坯在軋制中的工藝，均有可能影響到管壁厚的不均勻性及偏差。如管體在軋制中定徑，若管壁夾雜、材料晶粒度粗大、熱處理工藝等，都將影響到產(chǎn)品的尺寸及相氏變化。管軋制技術(shù)雖然有了極大的提高改進，但在整個工序過程中，因原材料中存有未能較徹底清除掉的金屬及非金屬雜質(zhì)，或其他影響工藝的因素，在熔煉軋制中沉積于材料中。

缺陷存在的狀態(tài)呈多樣性、復(fù)雜性，以點、線、面積體狀等形式存在于管壁的內(nèi)、中及外表層：①常見的折疊、夾雜、氣孔等附著在管壁的內(nèi)外表面，嚴重影響了管材壁厚質(zhì)量的穩(wěn)定性；②在管軋制定徑等工藝中，由于管壁受工藝、材料、溫度等因素影響使管內(nèi)壁產(chǎn)生的非均勻狀冷卻收縮，致使管內(nèi)壁呈現(xiàn)不連續(xù)性的表面凹面、凹面槽或凹坑狀。此類缺陷必須引起高度重視，嚴把檢測關(guān)。

管材在從軋制到產(chǎn)品的過程中，經(jīng)歷的最后一道工序是熱處理。因不同材料、口徑、壁厚等差異，其方法也不相同，對不同氏體的材料要求及目的不同，所產(chǎn)生的結(jié)果也不相同。如在熱處理工藝中快速地加溫加熱，材料的氏體將產(chǎn)生變化，同時在軋制及熱處理中，快速加溫可使奧氏體成分的不均勻性增加，快速加溫使得奧氏體轉(zhuǎn)變的孕育期縮短及馬氏體點改變。可能導(dǎo)致淬火產(chǎn)品中出現(xiàn)不同形態(tài)的馬氏體組織。

經(jīng)加熱淬火后，產(chǎn)品截面一般可分為淬硬層和過渡層。雖然油田用管屬定型產(chǎn)品，但由于管壁厚度存在著較大變化，因此，對壁厚值較大口徑管（即管外徑＞140 mm，壁厚＞9 mm），經(jīng)淬火處理的管材，在用超聲波設(shè)備測厚檢測時，應(yīng)相對增加測厚點位，避免漏誤檢。

在小口徑、大壁厚管材中，這種淬火不均勻性的管壁，較易出現(xiàn)晶粒不均勻變化。偶爾存在于管壁中的此類缺欠（陷），在實測時的表現(xiàn)為：顯示數(shù)值閃爍不穩(wěn)，與其公稱壁厚值差異變化較?。粚ぜ诤裰担? mm 的管壁測量時，可顯示其值偏小，且有一定的深度；移動探頭時，可呈現(xiàn)測值數(shù)字不停地閃變，其變值范圍不大；當(dāng)探頭移出該范圍時，測值趨于正常。遇到這種情況，要擴大檢測范圍，增加探測點或面，進一步確定其范圍及量值的準(zhǔn)確度。不能以其1 個測點作為最終確定值，應(yīng)采取多點測量，在6 mm 半徑區(qū)域內(nèi)，至少有3 個讀數(shù)小于規(guī)定管壁公差時，方可定為缺陷。

在檢測中，偶爾會有同一圓截面處測壁厚時，在對應(yīng)的180°兩點間的測值差異較大，雖然外徑量值為合格，并未見橢圓。對這種情況，要進行截面的全徑向測量，認真找出變值原因及變值量率（弧變性量）。同時擴大縱向檢測面，確定屬軋制偏心或是片狀夾雜，明確缺欠的性質(zhì)、位置及量值。

3 影響管壁厚測值誤差因素

在管壁測厚檢測中，雖然設(shè)施及方法較簡，但是影響其檢測量值誤差的因素卻不少。針對不同品種規(guī)格、形狀的產(chǎn)品工件測厚檢測，要從多方面考慮可能影響其測量精度不良因素。按照規(guī)范正確的方法要求操作，保證測值的客觀、準(zhǔn)確。

3.1 測量儀器靈敏度及校驗比對

沒有精良的檢測儀器及準(zhǔn)確的校驗比對，其檢測結(jié)果就不是真值，不能作為與標(biāo)準(zhǔn)對比的數(shù)據(jù)，其結(jié)果是無效的。所以，使用的儀器必須是經(jīng)過專職資格職能機構(gòu)檢定校驗合格的，調(diào)試校驗的對比樣塊也同樣如此。同時應(yīng)詳細了解且熟練掌握調(diào)試儀器動態(tài)性能及規(guī)范操作的要求，如使用注意事項、環(huán)境氣候要求、作業(yè)程序步驟等。儀器的性能狀態(tài)如何，將直接影響到測值的準(zhǔn)確性。減小或消除誤差，提高檢測精度將從儀器開始，應(yīng)及時注意檢測探頭面磨損狀況對測值的影響。

3.2 操作方法及操作要求

任何一種設(shè)備在作業(yè)中，均有不同的作業(yè)方法要求，規(guī)范作業(yè)方法是操作的最基本要求，超聲波測厚儀的方法要求更為嚴格，使用中對操作機環(huán)境要求較嚴。當(dāng)環(huán)境溫差超過其規(guī)定要求時，測值的結(jié)果會出現(xiàn)明顯的差異和不穩(wěn)定，測量探頭的選擇、使用要求及養(yǎng)護也非常重要。

長期測量帶有曲率或有一定弧曲面工件時，要時常檢查探頭測量面的磨損狀況，當(dāng)磨損量達到一定程度，如曲面磨損而造成測量精度的下降，其探頭晶片發(fā)射的聲束將在磨損的曲面處改變方向，造成聲束在工件介質(zhì)中產(chǎn)生折、反射間距離的變化，將直接影響到測量值的真實性。油井管的外徑規(guī)格變化較大，直徑有60～340 mm，曲面變值大，管表面在軋制定徑后，最后涂抹防銹層，表面存在一定的粗糙度，對檢測中探頭表面造成磨損。強調(diào)操作時的正確方法及規(guī)范要求，對減少探頭面的過量磨損、延長使用期限、提高檢測精度將起著重要作用。

3.3 產(chǎn)品工件表面及其他因素的影響

被測產(chǎn)品工件表面須按要求進行處理，因不同產(chǎn)品規(guī)格在生產(chǎn)、運輸、儲存中的環(huán)節(jié)不相同，其表面因氣候、環(huán)境等造成的光滑度也各有差異。油井管屬大宗物資，存儲時間長、存儲環(huán)境惡劣，經(jīng)風(fēng)雨雪、砂塵等物侵害，易造成表面銹蝕、塵物積聚等。若普通鋼管表面銹跡較嚴重，不管使用用途如何，必須對產(chǎn)品表面進行清理。

耦合液要有一定黏度范圍，過低易流淌，影響耦合效果。同時禁止用半固態(tài)狀物作為耦合介質(zhì)，否則影響檢測結(jié)果。管徑與曲面的大小尤應(yīng)注意，口徑越大就較趨于平面狀，過小則會影響探頭與工件間的接觸面及耦合效果。這種情況要相應(yīng)增大耦合液的黏度，測頭壓力要均衡，確保最大接觸面積。

針對鉆具管體壁厚的檢測，要注意外表面因軋制加工所產(chǎn)生的影響檢測效果的不良狀況。對材料為不銹鋼的鉆具類，如鉆鋌、加重鉆桿等，因管體外表面在機加工中留有管子全長的環(huán)向細密的機械波紋，盡管很細小，但對檢測影響很大，造成數(shù)值不穩(wěn)且量值完全失真。由于超聲波測厚探頭工作原理的特殊性，當(dāng)工件表面呈現(xiàn)有規(guī)律性的細小波紋，入射聲束在工件表面遇到波紋面時被反射，使聲束無法進入被測介質(zhì)。當(dāng)波紋形狀較大時，會產(chǎn)生同樣的情況。

硅酸鹽夾雜物是金屬材料中常見的缺欠類型之一，如硅酸亞鐵夾雜物（2FeOSiO2）、硅酸亞錳類（2MnOSiO2）等。這兩種夾雜物在熱加工后（熱處理工藝），沿變形方向延伸，在距表層處具有不規(guī)則粗糙度，當(dāng)管壁厚度過大時，易產(chǎn)生這類夾雜物。由于這種夾雜物的成分中含帶有一定量的金屬物，即使用超聲波測厚儀檢測時，同一平面上的測厚值變化會反復(fù)無常。上海寶鋼生產(chǎn)的某型石油套管規(guī)格為：244.5 mm×11.05 mm，鋼級為P110 的偏梯形扣管。在抽檢和擴檢時，其測厚值最小為4.60 mm，大部分缺陷管測值均＜9.66 mm 負公差峰值，呈點狀及線狀。廠方來人現(xiàn)場看貨、檢測，最終取樣回廠分析，得出的結(jié)論是，測厚超差原因?qū)俟杷猁}夾雜物所致。

4 超聲波測厚檢測評判及注意事項

標(biāo)準(zhǔn)對油井管壁厚檢測的要求及評判方法均作了詳細的要求，對非破壞性檢測，超聲波測厚技術(shù)及手段已被廣大用戶所接受。

油井管對管壁厚的檢測及評判有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)所控，在操作中，須按合同中指定的標(biāo)準(zhǔn)作為驗收依據(jù)。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6474—2000 中18.9 項及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5447—1992 規(guī)定了測厚檢測方法及要求。在實測中，被測壁厚的缺欠在形式、走向呈多樣化，基本是呈點、線、面狀，以點、線狀為主。當(dāng)一個測點處的厚值發(fā)生較大變化時，應(yīng)從管縱向或橫向（徑向）移動探頭進行檢測。如果移動范圍＜6 mm 時，雖然測值右邊（該測點的變化值是產(chǎn)品公稱壁厚的允許最小值）則不能定為缺欠，反之可判為缺欠。對呈線狀壁厚缺欠，應(yīng)注意方向（縱或徑向）及長度和深度層（中上層或中下層）面積（寬度），凡是長度＞5 mm 者均為缺欠，呈面積狀壁厚缺欠（陷）較為少見。

被測工件表面應(yīng)光滑平整，如有機械加工形成的規(guī)律性槽、劃痕、孔道等，應(yīng)進行必要的處理，否則這種狀況在用雙晶探頭檢測時，會產(chǎn)生錯誤的厚度讀數(shù)。檢測調(diào)試樣塊的表面粗糙度應(yīng)與工件表面相接近，過大的表面相差，將會影響探頭與工件表面的耦合狀況，并要控制好耦合液的黏度適中，過大或過小也會影響測值的準(zhǔn)確度。在此，方法要求非常重要。

對管材及曲面工件檢測時，曲面的大小與檢測操作關(guān)系極大。探頭直徑越小，越能改善耦合，并能減小探頭在曲面上呈“擺動狀況”，盡量使入射聲束與工件表面呈垂直入射，可提高檢測值的準(zhǔn)確性及精確度。對曲面工件檢測時，探頭的置放方向應(yīng)與曲面縱向呈垂直狀，對所有規(guī)格的管材都是如此。