焊管常用探伤方法及技术

导读

介绍了焊管常用的3种探伤方法(漏磁探伤、 涡流探伤和超声波探伤)及技术。

分析了3种探伤方法的优缺点：漏磁探伤灵敏度高，能很好地分辨出焊管内外壁缺陷，但长管体、大壁厚管在漏磁探伤后需做消磁处理；涡流探伤检测速度快，但受趋肤效应的限制，很难发现工件深处的缺陷；超声波探伤穿透能力强、缺陷定位准确、成本低、速度快，但探伤操作需经耦合，在北方严冬环境下耦合时焊管易冻结，给探伤作业带来不便。

在焊管的制造和使用过程中，为保证焊缝质量而进行的无损检测是尤为重要的。

焊管常用的无损检测方法有：适用于距焊管表面5mm以上的离线全管体漏磁探伤、涡流探伤和超声波探伤；验证距焊管表面5mm以上焊接质量的在线漏磁探伤和涡流探伤；适用于厚壁焊管的离线焊缝全管体超声波探伤；验证厚壁焊管焊接质量的超声波探伤。

本文将结合生产经验，对焊管常用的探伤方法及技术作简要介绍，并对其优缺点进行分析比较。

1.焊管全管体漏磁探伤

漏磁探伤是指铁磁材料被磁化后，其表面和近表面缺陷在材料表面形成漏磁场，通过检测漏磁场发现缺陷的无损检测技术。

漏磁探伤对管材的表面状态要求不高，检出深度较大，在国外的焊管检测中被大量使用，国内特别是石油用焊管的检测也已普遍采用。

在生产检测中，曾出现过漏磁探伤检测不出焊管透壁大孔洞的现象，除了管理及人员因素外，这与仪器、探头性能及缺陷尺寸形状等都有关系。

笔者根据实践经验，总结出影响焊管全管体漏磁探伤精度的主要因素有以下几点。

（1）磁化强度

当磁化强度较低时，漏磁场偏小，且增加缓慢；当磁感应强度达到饱和值的80%左右时，缺陷漏磁场的峰值随着磁化强度的增加会迅速增大，但当铁磁材料进入磁饱和状态时，外界磁化强度的增大对缺陷磁场强度的影响不大。因此，磁路的设计应尽可能使被测材料达到近饱和磁化状态。

（2）缺陷的方向、位置和尺寸

缺陷的方向对漏磁检测精度的影响很大，当缺陷主平面与磁化磁场方向垂直时，产生的漏磁场最强。

同样的缺陷位于管道表面时漏磁场最大，且随着埋藏深度的增大而逐渐减小，当埋藏深度足够大时，漏磁场将趋于零。因此，可以用来检测的焊管壁厚一般为6~15mm；降低灵敏度的情况下，可检测壁厚为20mm。

缺陷的尺寸大小对漏磁场影响也很大，当缺陷宽度相同而深度不同时，漏磁场随着缺陷深度的增加而增大，在一定范围内两者近似成直线关系。

缺陷宽度对漏磁场的影响并非单调变化，在缺陷宽度很小时，随宽度的增大漏磁场有增加的趋势；但当宽度较大时，宽度增大，漏磁场反而缓慢下降。

（3）提离值

当提离值超过裂纹宽度的2倍时，随着提离高度的增加，漏磁场强度迅速下降。

传感器支架的设计必须使探头在被检测钢管表面扫查时的提离值保持恒定，一般要小于2mm，常取1mm。

（4）探伤速度

在探伤过程中应尽量保持匀速进行，速度不同会造成漏磁信号形状不同，但一般不至于造成误判。

（5）焊管表面质量

焊管表面的油漆等涂层厚度对探伤灵敏度的影响非常大，随着涂层厚度的增加，探伤灵敏度急剧下降。

从目前的仪器性能来看，当涂层厚度≥6mm时，已经无法获得有效的缺陷识别信号。

焊管表面粗糙度的不同使传感器与被检表面的提离值发生动态变化，从而会影响探伤灵敏度的一致性，另外还会引起系统振动而带来噪声，所以要求被检测焊管表面应尽量光滑平整。

焊管表面的氧化皮和铁锈等杂物，也可能在探伤过程中产生伪信号，应及时确认或复检［1-3］。

2.焊管全体涡流探伤

涡流探伤方法的特点有：

①不需要耦合剂，可以非接触进行；

②探伤速度快，能够实现在线生产(可达3m/s，正常生产时为2m/s)，另外调整和更换规格时间短(一般为10～20min)；

③可以对高温焊管焊缝进行检测；

④探伤结果可靠性高。由于涡流探伤速度快，穿过式线圈涡流探伤法多年来广泛用于检测焊管质量，特别是其致密性，但难以检测出铁磁性焊管焊缝中的纵向裂纹。因此在高标准的涡流探伤中，一般采用探针式线圈涡流探伤法［4］。

对于焊管焊缝中常常产生的“内毛刺吸附”，涡流探伤设备往往会误报为缺陷。

频繁出现涡流探伤过程中内毛刺因电磁力吸附在焊缝上，离开涡流磁场后钢管接触自动消磁装置，没有磁力吸引后内毛刺自动掉落，再进行手工复探又没有缺陷显示的尴尬问题。

由于趋肤效应的影响，随着被检焊管与检测线圈之间距离的增加，其检测灵敏度将逐渐减小，因此，对于同样大小的缺陷，处于管内壁所反映出来的信号幅度将小于管外壁上的缺陷。焊管全管体涡流探伤设备在探测焊管外表面和内表面缺陷方面的能力，是由多种因素所决定的，但最主要的还是取决于被检焊管的壁厚和涡流激励频率及磁饱和强度；同时，在选择仪器参数时，还应考虑被检焊管导电率和导磁率等物理参数对涡流探伤精度的影响。

3.焊管全体超声波探伤

焊管全管体超声波探伤主要分为直接接触法和液浸法。

（1）直接接触法

超声波探头与试件探测面之间涂有很薄的耦合剂层， 因此可以看作两者直接接触。直接接触法操作方便，探伤图形较简单，判断容易， 检出缺陷灵敏度高，是实际探伤中使用最多的方法。

但该方法对被检测试件探测面的精度要求较高［5］。

（2）液浸法

将超声波探头和工件浸于液体中以液体作耦合剂进行探伤的方法，称为液浸法。

耦合剂可以是油，也可以是水。液浸法又分为全浸没式和局部浸没式。该方法适用于表面粗糙的试件，探头不易磨损，耦合稳定，探测结果重复性好， 便于实现自动化探伤。

不过液浸法中声波在管壁中的传播衰减是很严重的，一个较好的解决方案是以水膜法代替水浸法进行声耦合。

4.焊管焊缝超声波探伤

(1)焊缝离线探伤焊管由传输辊道送到探伤区，升起旋转托辊，将钢管焊缝在托辊上手动旋转至焊缝某点位置。

探伤小车运行，各组探头按顺序延时下落在焊管上，探伤用耦合剂为焊管生产线的乳化液，接受传感信号自动喷淋在焊缝及两侧。

因为超声波离线系统布置于水冷和空冷后，焊缝偏离的影响变得很重要，所以在焊缝离线探伤中，焊管焊缝纵向线状缺陷检测采用两组共6个探头，每组3个探头，分布在焊缝两侧，双向检测，共占用6个通道，在焊缝扭转(偏离)15mm范围内均可正常探伤。

单个纵向探头探伤覆盖范围为焊缝垂直方向12.7mm(焊缝两侧各6.4mm)，在焊缝垂直方向12.7mm宽的区域内焊缝厚度(最大 13.72mm)方向无盲区覆盖。

焊缝横向线状缺陷及点状缺陷检测也要考虑钢管焊缝的少量扭转(偏离)。

因此采用两组6个探头，每组3个探头，前后分布，即使焊缝扭转(偏离)，探头也始终能覆盖探伤区，由于覆盖区域宽，可对焊缝及左右5mm进出扫查，达到全焊缝覆盖双向检测，更好地保障了探伤质量控制精度，横向探头共占用6个通道。设备总计占用12个通道。

探头布置如图1所示。

（图 1 HFW焊管焊缝超声检测探头布置）

为了防止探头磨损，尽量减少探头与焊管直接接触，钢管企业与探伤设备生产研发机构共同设计研究了探靴与探头套的升级改进。

在探伤设备的升级中，已有大部分焊管生产厂采用以离线探伤PLC+工控机的控制模式，提高设备控制精度，避免管端盲区，探伤系统大多采用成对探头实现耦合监测，2个探头组成一对，对称位于焊缝的两侧，且触发时间不同。

其中一个在重复频率周期时触发，而另一个则延迟1/2重复频率周期才触发。

若耦合良好，在重复频率周期时这一对探头中的一个应该能接收到另一个的发射信号。

这种“分时互耦合监测”方法，可节省探伤速度和缺欠反馈时间，更准确及时地监控缺陷位置和大小，提高探伤效率。

(2)焊缝手工探伤离线焊缝探伤检测出的缺陷的严格判定需要采用手工探伤进行确认。

手工复探确认前应对焊缝及探伤表面进行外观检验，外观质量应符合相关标准规定，焊缝两侧及探伤面的形状应不影响缺陷的检测，否则应做修磨；

探伤检验员必须对检测设备进行检查，仪器的搁置位置、方向是否正确，耦合剂、检测接头是否正确。

手工复探开始前要对探伤设备做校验，第一次校验后隔3～4h再进行第二次校验，检测结束时再次对探伤设备进行校验。

焊缝位置对正后，在焊缝两侧涂上耦合剂(乳化液)进行正式探伤；

焊缝探伤不合格的钢管，在有缺陷处做好标记，并做好详细记录。

5.结论

(1)漏磁探伤灵敏度高，能很好地分辨出焊管内外壁缺陷，但长管体、大壁厚管在漏磁探伤后需做消磁处理。

(2)涡流探伤检测速度快，但受趋肤效应的限制，很难发现工件深处的缺陷。

(3)超声波检测具有检测穿透能力强、缺陷定位准确、成本低、速度快等特点，但探伤操作需耦合(推荐以水膜法代替水浸法进行声耦合)才能检测，在北方严冬环境下耦合焊管易冻结，给探伤作业带来不便。

(4)在新项目建设与焊管生产中，应根据焊管特性、质量要求、执行标准、企业经济条件，综合考虑选取探伤方法、设备选型和工艺技术。