鋼管的探傷（shāng）及（jí）可靠性分析 論述（shù）了探傷中使（shǐ）用的漏磁、渦流、超聲和電磁超聲幾種（zhǒng）無損（sǔn）檢測方法（fǎ）的可靠性，通過對上述幾種方法可靠性的比較可以看出，電磁超聲方法具有其他無（wú）損檢測方法不可比擬（nǐ）的優點（diǎn）和（hé）廣闊的應用前景（jǐng）。1 前言鋼管是應用最廣泛的鋼（gāng）材品種。它的質量直接影響到經濟效益及人員的生命安全。世界各國（guó）都對鋼管（guǎn）的質量檢測給以極大的重視，采用了各種（zhǒng）無損檢測（cè）（NDT）方（fāng）法對鋼管進（jìn）行了嚴格的檢測。例如，德國的Mannesmann 公司（sī）和日本的住（zhù）友金屬公司（sī）在檢測大直徑（jìng）鋼管時采用超場（UT）和漏磁（MFL）方法；檢測（cè）小直徑鋼管時，采用超場和渦流（ET）方法，已形成了較為成熟的檢測方案。我國的鋼管檢測大量采用（yòng）了超聲及渦流方法，也愈來愈多地采用漏磁方法。然而，由於鋼管生產中（zhōng）產生的自然（rán）缺陷用NDT 方（fāng）法檢（jiǎn）測不出來的（de）現（xiàn）象。因而，如何提高NDT 的（de）檢測可靠（kào）性，就成為日益緊迫（pò）的課題（tí）。本文結合鋼（gāng）管檢測中曾出現的一（yī）些自（zì）然缺陷漏檢現象，從（cóng）原理上及檢測設備性能上進行深入分析，為（wéi）製定最佳的檢測（cè）方案提供了參考建議。2 MFL（Magnetic Flux Leakage)方（fāng）法的（de）可靠性MFL 法因其對管（guǎn）材（cái）表麵狀態要求不高，檢出深度也較大，在國外（wài）的鋼管檢測中大量使用，國（guó）內也越來越多地采用，特別是石油用鋼管檢（jiǎn）測中已很普遍地使用了美國Tubescope 公司製造的MFL 探傷設備。在MFL 的使用中，由於管理上和技術上（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（dù）角的（de）缺陷常常漏（lòu）檢。如將MFL 設備中的縱向探頭與橫向探頭同時使（shǐ）用，可能會減（jiǎn）小漏檢率，否則就很難保證這類（lèi）傾斜傷的可靠檢測。在MFL 法中影響可靠性的另一重要因素是自然缺（quē）陷與管表麵的夾角。理論計算與實驗研究證明（míng）：當人工刻（kè）槽沿壁厚方向的（de）取向與管外（wài）表麵夾角為30度時，即無法用MFL 檢測出與表麵平行的缺陷，如分層類缺陷。些外，如鋼管在紮製過程中變形較大，有時會將自（zì）然（rán）缺陷軋合（hé）。這時，缺陷（xiàn）產生的漏磁就很小，導（dǎo）致很難用MFL法探出。　　在生產檢（jiǎn）測中，曾（céng）出現過用MFL法檢測不出鋼管中透壁大（dà）孔（kǒng）洞的現象。拋開管理及人員因素，在（zài）技術上也應探入分板並加以（yǐ）防範。對於用MFL 法能探（tàn）出表麵多深的缺陷（xiàn），一直沒 有明確的（de）結論。這（zhè）與儀器及探（tàn）頭性能及缺陷尺寸形（xíng）狀等都有關（guān）係。3.ET(Eddy Current Testing)法的可靠性　　 由於檢測速度高，穿過式線圈ET法多年來（lái）廣泛用於檢測鋼管質量，特別是其致密（mì）性。在使用中證明，它難（nán）以探出鐵（tiě）磁性鋼管中的裂紋狀缺陷（xiàn），所以在高標準的ET中，采用（yòng）探針式線圈（quān）ET法。此外，對於ET法究竟能探出表麵多深的缺隱這樣（yàng）一個簡單問題，似乎至今也（yě）未形成一個明確的共（gòng）識。　　 對於（yú）鋼管中常常產（chǎn）生的“外折”類（lèi）缺陷，不少渦流儀（yí）器與探頭也往往發現不了。經常出現外折肉眼明顯可見，卻無法將之（zhī）用（yòng）ET儀報警的尷尬現象。自從出現了扇區式相位報警的渦流設備後，這種局麵得（dé）到了根本的改變。但選擇合適的儀（yí）器（qì）與探頭並正確調整它，仍是不容忽視的（de）重要問題4 UT(Ultrasonic Testing)法（fǎ）的可靠性UT 法在鋼管探傷與測厚中應用最廣。然而，作為一種檢測方（fāng）法，其可靠性會受到各種因素的影響。如（rú）對之分析研究不夠，甚至會出現嚴重的漏檢、誤（wù）檢現象。下麵僅對UT中可能（néng）存在的幾種降（jiàng）低UT的可（kě）靠性的因素做（zuò）一些討論。（1）自然缺陷取向對UT可靠性（xìng）的影響在鋼管軋製過程中，出現頻度較高的是軸（zhóu）向（縱向）缺陷。然（rán）而，與鋼管軸線呈一定（dìng）角度延伸的缺（quē）陷（xiàn）也不（bú）少見。垂直於管軸線的周（zhōu）向（橫向（xiàng））缺陷也時有發生。NDT的任務就是將這些取向不同的缺陷都探出來（lái）。同樣，為了可靠探（tàn）出與鋼管表麵傾斜的折疊類缺陷（xiàn），必須設置（zhì）2組沿（yán）管周（zhōu）向相反方向入射的（de）探頭。（2）聲耦合方工對UT可（kě）靠性的影響水侵UT中，聲波在管壁中傳播（bō）衰減是很嚴（yán）重的。因為水的聲特征阻抗（kàng）遠小於鋼，故聲波從（cóng）水向及從鋼（gāng）向水的往複透射率就很（hěn）小。其（qí）次，聲波在管壁中的每次反射都伴隨著波型轉換。而橫波向水透射（shè）時又要完全被水吸收，故而顯（xiǎn）著地增大了水侵UT的超聲衰減。這就導致超聲波沿（yán）管壁傳播距離很（hěn）小，甚至連1/4周（zhōu）長也達不到。在不考慮聲傳播過程中的波型轉換，即在橫波折射角為45度時，有機玻璃楔塊製（zhì）成的斜的接觸法（fǎ）探頭（tóu），對鋼管的聲壓往複透射率的計算值T（LS）約等於（yú）25%。而在鋼管外側浸在水中，內側仍為空氣時T（LS）約等於15%。。後者比前者低4dB。如果鋼管內孔也（yě）充（chōng）入水（例如水從在孔（kǒng）洞浸入內孔）時，則缺陷回（huí）波信號要比接觸法或水膜法至（zhì）少下降6dB。如果（guǒ）因缺陷形狀或取向等不利因素的影響造成缺陷回波信號不（bú）強，則（zé）缺（quē）陷就很可能漏檢（jiǎn）。一（yī）個較好的解決此問題的方案是以水膜法代替（tì）水浸法進行（háng）耦（ǒu）合。5 電磁（cí）超聲EMAT （Electronmagnetic Acoustic Transducer)探傷技術為解決聲耦合給UT帶來的各種困難，20世紀60年代末期出現了不需要聲耦合而直執著在（zài）金屬中激發與接收聲波的電磁超聲換能（néng）器（EMAT），經（jīng）30年來的研究、開發，現今已進入工程化、商品（pǐn）化階段。美、德、俄、日（rì）等國已有商品儀器設備出售。筆者從70年代初也開始了MEAT 的研究與開發（fā），目前，研發的EMAT 設備（bèi）已經在國內多家鋼管、鋼板的（de）生產與使用單位成功地應（yīng）有。EMAT 是靠3種方式產生（shēng）Lorentz力、磁致伸縮力及磁（cí）性（xìng）力來激（jī）發與接（jiē）收（shōu）超聲波的，直（zhí）接在金屬中（zhōng）激發與接收超聲，不需要聲耦合，所以可在粗糙表麵的工件中及高溫、高速運動的工（gōng）件中進（jìn）行超聲檢測。它可以很容易（yì）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（tā）在鋼管（guǎn）中激激發的超聲，可繞（rào）工件傳播幾周甚至十幾擊，這（zhè）就為（wéi）用透過波來（lái）檢（jiǎn）測缺陷尺寸奠定了良好基礎。如前所述，在UT中如果缺陷（xiàn）與聲束不完全（quán）垂直時，如其斜超過10度，反射波就大幅度（dù）下降。偏（piān）斜45度的缺陷就會漏檢。6.MEL、ET、UT及EMAT法的可靠性比較用大量自然缺陷（xiàn）分（fèn）別對MEL、ET、UT及EMAT 方法進行了比較實驗。用各種既定深度的人工標準（zhǔn）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進行掃查探（tàn）測。當折疊類缺陷深（shēn）度較（jiào）大（dà）時，其測量結果的離（lí）散度最小，但當缺（quē）陷深度（dù）上於2mm時，離散度相（xiàng）當大（dà）。而MFL 和（hé）ET法的離（lí）散（sàn）度更大，在很多（duō）部位上（shàng）測量（liàng）深度為0，探測（cè）不出來。這可能是。由於在（zài）該部位上缺陷被軋合（hé）了。而EMAT就不存（cún）在這種漏檢（jiǎn）現象，在我們的EMAT設備（bèi）使用中也證實了這一優點，不論人工（gōng）缺陷還是自然缺陷，EMAT設備都（dōu）有很高的檢出率。 7 結論（lùn）（1）EMAT 方（fāng）法不公能檢測出各種標準所規定的人工缺陷，而（ér）且可以檢測出（chū）多種自然缺陷，其可靠性是其它NDT法無可（kě）比擬的。（2）在EMAT法檢測中，應將探縱、橫向缺陷的探頭及高、低通濾波（bō）器全部使用，以防缺陷漏檢。如（rú）可能，應開（kāi）發檢測水平分量漏磁場的（de）探頭，以確保其可靠性。（3）在（zài）ET法中，應采用相位報警方式，以防折疊類缺陷（xiàn）漏檢。在對ET法的可靠性要求高時，應（yīng）采用點探頭線圈的ET儀器與設備，以可（kě）靠檢測裂（liè）紋類缺陷。（4） 在UT法的鋼管探傷中，不宜采用（yòng）全（quán）水浸式探（tàn）頭（tóu），而應采用（yòng）水膜式（shì）探頭，防止（zhǐ）危險性缺陷（xiàn）漏檢。