張 偉，李 慧，劉 聰

（1.渤海石油裝備巨龍鋼管有限公司，河北滄州 062658；2.渤海能克鉆桿有限公司，河北滄州 062658）

0 引言

超聲波在被檢測材料中傳播，當被檢測材料的厚度為超聲波的半波長的整數(shù)倍時將引起共振，儀器上會顯示出規(guī)律的波形。當超聲波遇到缺陷時會發(fā)生一些特性的變化，如能量損失、反射等，共振頻率發(fā)生變化，此時儀器上會顯示出不同的波形，通過這些特性可以判斷材料的缺陷（圖1）。超聲波具有靈敏度高、穿透力強、設備輕便等特性，所以該檢測技術被廣泛應用于金屬、非金屬和復合材料等制造行業(yè)，尤其在天然氣長輸鋼管的制造過程中發(fā)揮了重要作用，主要用于檢測鋼板母材中是否有分層、夾渣、裂紋等缺陷。

圖1 接觸法單探頭直射聲束脈沖反射法

1 標準要求

鋼板超聲波檢測一般采用脈沖反射法進行檢測，脈沖反射法檢測靈敏度高，可對缺陷精準定位且操作方便，缺點就是有檢測盲區(qū)，需要通過設置合理的掃查方式來覆蓋盲區(qū)。掃查指的是在檢測過程中，鋼板和探頭裝置之間應相對移動。不同的標準對鋼板掃查覆蓋范圍有不同的要求，具體見表1。

通過表1 可知，這4 個標準中都明確規(guī)定了鋼板超聲波檢驗的寬度范圍，掃查的最小覆蓋范圍和相鄰掃查軌跡間的最大間距。

表1 不同標準的鋼板掃查覆蓋范圍

現(xiàn)有的鋼板超聲波自動探傷設備，有兩種掃查方式可供選擇。一種為擺動掃查，即鋼板和探頭同時運動，鋼板前進，探頭在板寬方向做往復運動（圖2）。另一種為梳狀掃查，即鋼板前進、探頭保持不動（圖3）。

圖2 擺動掃查

圖3 梳狀掃查

由于標準要求的不同，所選的掃查方式也要相應改變。另外，檢測過程中相對移動速度波動應≤±10%。

2 實際應用

2.1 探頭的選擇

在CDP-S-NGP-PL-013-2019-4《天然氣管道工程用直縫埋弧焊管熱軋鋼板技術規(guī)格書》中，第9.4.2.1.2 條款對探頭做出了明確的要求：宜采用晶片直徑或邊長小于30 mm、頻率為2.5 MHz、5 MHz 直探頭。在評估和精確測定缺陷時，允許使用其他性能更優(yōu)的探頭。

所以，探頭晶片的尺寸可定為8 mm×29.8 mm×2 mm，而探頭頻率則要根據(jù)探傷速度及探傷所要求的設備重復頻率來選擇。

2.2 邊部探頭的選用

鋼板超聲波自動探傷儀的探頭由邊部探頭和中部探頭兩部分組成。

標準對鋼板側邊一定范圍內(nèi)要求100%掃查，所以，邊部探頭一般設計為探傷覆蓋范圍達到一定尺寸的組合式探頭，即將多個探頭組合成為一個探頭組，且各探頭重疊15%。將裝有組合式探頭的探架固定在用電機控制的托板上，托板上同時裝有邊靠輪和隨動氣缸。探傷時，探頭落在鋼板邊部，探頭一側與鋼板側邊邊平齊，探頭通過邊靠輪及隨動氣缸與鋼板型變同步，以達到100%掃查。

2.3 中部探頭的選用

為滿足標準的要求，中部探頭的布置則需要根據(jù)不同的板體覆蓋率進行選擇?，F(xiàn)有標準對覆蓋面積大致分為3 個等級。

2.3.1 覆蓋面積為5%～25%

要達到該覆蓋面積，有兩種探頭布置方式：

（1）采用擺動掃查，中探設置一排，選用單個探頭，根據(jù)所要生產(chǎn)的板寬設置探頭，且相鄰掃查軌跡間的最大間距小于40 mm。

（2）采用梳狀掃查，中探設置一排，選用單個探頭，根據(jù)所要生產(chǎn)的板寬設置探頭，且相鄰掃查軌跡間的最大間距小于40 mm。

雖然兩種掃查方式的覆蓋率都可以達到標準的要求，但是相對于梳狀掃查，擺動掃查覆蓋具有一定的隨機性。所以，在覆蓋面積5%～25%時建議采用擺動掃查。

2.3.2 覆蓋面積為30%～55%

要達到該覆蓋面積，有兩種探頭布置方式，無論是擺動掃查還是梳狀掃查，方式及要求同“覆蓋面積在5%～25%”一樣，但采用梳狀掃查時要求探頭之間重合15%。

兩種掃查方式的覆蓋率都可以達到標準的要求，但覆蓋面積30%～50%時建議采用擺動掃查。

2.3.3 覆蓋面積100%

覆蓋面積100%時，只能采用梳狀掃查，且中探需設置雙排組合式探頭。設置雙排探頭的目的是為了避免探頭夾持工裝所造成的探傷盲區(qū)。

3 結束語

由于國內(nèi)外標準或技術條件的要求不同，對于檢測面積的要求也不同。所以，各生產(chǎn)廠家需要根據(jù)自己所執(zhí)行的標準或技術條件進行鋼板超聲波自動探傷設備的選擇。