CN101551361A - 利用超声波探伤壁厚检测分层缺陷装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用超声波探伤壁厚检测分层缺陷装置，包括有超声波探头，该探头的安装孔内并列装有二壁厚检测晶片，所述超声波探头中的壁厚检测二晶片为圆形晶片，二检测晶片的中心距为12.4～12.8mm。还提供一种利用上述检测分层缺陷装置的检测方法。本发明的效果是经过现场试验，对标准平底孔缺陷测试效果满足了各项的要求，通过了壳牌认证并创造了巨大的经济效益，对钢管质量也多了一层把关，仅生产一个批次约2400吨壳牌管线管直接经济利润达七百万元，由于具有了这项检测功能在国内同行业中占据了很强的竞争优势，同时也为开拓海外市场的竞争中提供了技术保障。

Description

利用超声波探伤壁厚检测分层缺陷装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及一种检测方法，特别是一种利用超声波探伤壁厚检测分层缺陷装置及其检测方法。

背景技术

无缝钢管由于其应用领域的特殊性，对钢管质量要求极其严格。但在轧制过程中，由于其工艺特性和一些其他因素的影响，会在钢管的壁厚中出现分层状缺陷。

分层缺陷的存在对钢管的质量有着严重的影响，钢管中如果有分层缺陷会造成钢管有效壁厚减少，使该部位的物理、机械性能降低，并且由于缺陷部位金属组织的不连续性也会使该部位容易出现疲劳甚至机械性能失效，严重影响钢管的使用性能。一般的钢管超声横波探伤，如图1a检测很难检出。通过对现有设备无法检测分层缺陷的原因进行以下的分析：

1、设备操作软件中没有分层缺陷检测闸门，本身不具备分层缺陷检测功能；

2、超声波的信号采集是通过超声波换能器，即压电晶片来实现的及通常所说的晶片，这种晶片可将声/电相互转换最终实现检测功能，但是缺陷的不同所使用的晶片也是不同的，设备上原有25.4X12.7mm矩形壁厚检测晶片无法检测出φ6mm平低孔缺陷；

3、示波器扫描量程的影响。示波器的扫描量程过大使界面波与底波之间距离很近，若在钢管壁厚中存在分层缺陷，会出现在水一钢界面波与壁厚底波之间，如果扫描量程过大将会与底波重合，用肉眼难以区分，也不利于报警闸门的设定；

4、分层缺陷本身信号幅度低。在校准分层人工缺陷时，通常采用φ6mm的平底孔，其深度一般为钢管壁厚的1/4～1/2，在这种条件下平底孔产生的的反射信号与底波信号相比较可表述为“平底孔反射波声压/底面反射波声压”，用下述公式表示：

$\mathrm{\ΔdB}=201g\frac{P_f}{P_b}=201g\frac{x_B}{x_f}\·\frac{\mathrm{\π}{\mathrm{\φ}}_f^2}{2\mathrm{\λ}{x}_f}$

式中：x_B、探头至底面距离

      x_f、探头至平底孔距离

      φ_f、平底孔直径

      λ、超声波在工件中的波长

通过以上公式可知，平底孔产生的反射信号相对底面信号较低，探伤时在示波器上不易发现；

5、误将分层缺陷反射信号当作系统噪声。分层缺陷的反射信号相对于底面反射波来说幅度较低，由于幅度低分层缺陷信号一般与基线附近的噪声杂波两者不易区分，容易被忽视；

6、将超声波探头中的壁厚检测晶片由25.4X12.7mm改变为Φ12.7mm后，原辊道传输速度设定不适用，与超声波晶片尺寸、个数、设备转数不匹配，造成实际螺距太大，钢管表面覆盖率小于100％。

发明内容

为解决上述技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种利用超声波探伤壁厚检测分层缺陷装置及其检测方法，克服生产中出现的相关问题，以利于提高生产钢管的质量，扩大产品的市场占有率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种利用超声波探伤壁厚检测分层缺陷装置，包括有超声波探头，该超声波探头安装在钢管生产线上的超声波探伤机旋转体上，并随旋转体以350转/分钟的速度旋转，该探头的安装孔内并列装有二壁厚检测晶片，其中：所述超声波探头中的壁厚检测二晶片为圆形晶片，二检测晶片的中心距为12.4～12.8mm。

还提供一种利用权利要求1所述检测分层缺陷装置的检测方法。

本发明的效果是经过现场试验，对标准平底孔缺陷测试效果满足了各项的要求，通过了壳牌认证并创造了巨大的经济效益，对钢管质量也多了一层把关，仅生产一个批次约2400吨壳牌管线管直接经济利润达七百万元，由于具有了这项检测功能在国内同行业中占据了很强的竞争优势，同时也为我公司在海外市场的竞争中提供了技术保障。

附图说明

图1a为已有技术的超声波探头结构示意图；

图1b为本发明的超声波探头结构示意图；

图2为分层人工缺陷样管平底孔示意图；

图3为本发明的分用壁厚通道检测分层缺陷操作工艺示意图；

图4为本发明的壁厚动态监测曲线示意图。

图中：

A、样管        B、平底孔人工缺陷

T、横向通道    L、纵向通道  W、壁厚通道

具体实施方式

结合附图及实施例对本发明的利用超声波探伤壁厚检测分层缺陷装置及其检测方法加以说明。

本发明的检测方法是在改变壁厚检测晶片尺寸、灵敏度基础上，通过对壁厚检测参数的重新调整来实现对无缝钢管的分层缺陷在线检测的一种方法。

由于原有的TRUSCOPE超声波探伤装置备，在功能上只具有检测纵向、横向、斜向和壁厚的能力，没有涉及分层缺陷的检测，为满足生产上的需要，要增加该设备对分层缺陷检测的功能。

本发明的利用超声波探伤壁厚检测分层缺陷装置，包括有超声波探头，该探头的安装孔内并列装有二壁厚检测晶片，其特征是：所述超声波探头中的壁厚检测二晶片为圆形晶片，二检测晶片的中心距为12.4～12.8mm。所述检测晶片选取信噪比大于3∶1的测厚晶片。

利用上述检测分层缺陷装置的检测方法中，该装置主要指超声波探头，安装在自动生产线上的超声波探伤机旋转体上，并随旋转体以350转/分钟的速度旋转。该方法包括以下步骤，该方法包括以下步骤：

1)用上述超声波探伤装置——手提超声波探伤仪作为超声波发射源，选取信噪比大于3∶1的测厚晶片安装到探头壳体上；

2)加工标准的带有分层人工缺陷的样管A，根据国际标准要求，分层人工缺陷为Φ6mm的平底孔B；

3)将上述超声波探伤壁厚检测分层缺陷装置设置到正常运行状态，在与所述装置相连的操作系统中用所述样管任意一处钢管壁厚值校验壁厚通道W信号，所述操作系统的示波器显示校验情况，校验钢管壁厚通道W信号时，操作系统的示波器扫描量程设置为使该示波器的屏幕上按照顺序依次显示超声波在“水——钢”两种介质的界面上反射回来的“水——钢界面波”和在钢管中反射回来的五次以上的底面回波，校验所述平底孔缺陷的信号时，将示波器扫描量程设置为使该示波器上显示三次底波；

4)在所述操作系统中用所述平底孔缺陷校验钢管壁厚通道W灵敏度，即调整壁厚通道W的分贝值，使示波器上出现所述平底孔的回波；

5)接着先将所述操作系统中检测钢管壁厚的报警闸门覆盖住第一、二次钢管壁厚底面回波，再移动该报警闸门使该报警闸门左侧覆盖住平底孔的回波，但是不得覆盖住水——钢界面波，以防止出现误报；

6)根据超声波探伤机转速为RPM350、壁厚检测晶片个数为8个、壁厚检测晶片尺寸为Φ12.7mm，确定钢管穿过探伤主机时壁厚检测晶片在钢管圆周方向的扫查螺距，使壁厚检测晶片达到100％的对钢管进行检测；根据国内、国际无损检测标准做25次动态漏误报率测试，确定Φ6mm平底孔缺陷漏误报情况。

使壁厚检测晶片可以100％的对钢管进行检测。根据国内、国际无损检测标准做25次动态漏误报率测试，确定Φ6mm平底孔缺陷漏误报情况。

本发明的检测壁厚分层缺陷的超声波探伤装置及其检测方法是这样实现的：

首先原有将超声波探伤机探头中的壁厚检测晶片由图1a所示的25.4X12.7mm矩形壁厚检测晶片更换为Φ12.7mm圆形晶片，提高探伤灵敏度，如图1b所示，利用这种超声波探伤装置扩展了检测功能。

按以下操作步骤进行检测：

1、离线用手提超声波探伤仪测试Φ12.7mm圆形壁厚检测晶片的信噪比，测试工件为与被探钢管壁厚值相同、材质相近的板材，要求二次底波达到示波器满屏幅度80％后，增加10dB，噪声值小于示波器满屏幅度10％，达到上述要求的晶片组装到图1b中本发明的改进后的探头上。图中的“T”代表横向通道，“L”代表纵向通道。这两个通道用来检测钢管的横向、纵向缺陷。“W”代表壁厚通道，即Φ12.7mm圆形壁厚检测晶片的安装位置，用来检测钢管中的分层缺陷。

2、根据设备的标准化操作步骤用探伤样管A调整设备。条件满足后，主机旋转，样管A进入主机，探头置于工作状态。调整示波器的扫描量程，使示波器屏幕上只显示3～4次钢管底波，在水平扫描中可以清晰显示分层缺陷波。

3、调整探伤灵敏度，使平底孔人工缺陷反射波幅度达到示波器满屏幅度50％，同时满足测量壁厚和检测分层缺陷功能。

4、根据分层缺陷波特性设置报警闸门。

4.1、首先利用钢管两次底波设置正常壁厚检测功能，选择一、二次钢管壁厚底波，将壁厚缺陷报警闸门覆盖住这两次波。

4.2将样管A缓缓移动，使平底孔缺陷恰好位于壁厚检测晶片下方。增加壁厚通道灵敏度，由于示波器对分层缺陷自动显示，使示波器上显示平底孔人工缺陷信号。

由于平底孔人工缺陷波到达晶片表面的时间早于相应的钢管壁厚底波，因此在操作软件程序中将报警闸门宽度向左加宽，使报警闸门同时覆盖住两次钢管壁厚底波和分层底波，确保噪声信号不能进入报警闸门并且平底孔缺陷波幅度超过报警闸门幅度，以使动态校验时不发生漏报，如图3所示，图中箭头1为分层缺陷波，箭头2为壁厚通道报警闸门，箭头3为噪声。

5、确定探伤实际螺距，使用25.4X12.7mm矩形晶片时的螺距，不适用于使用Φ12.7mm圆形晶片时的100％钢管表面要求。主机转速RPM＝350，主机设备共包括四组探头，每组谈探头中二支壁厚检测晶片，理论螺距为P1＝12.7X8＝101.6mm。设辊道传输速度为V，实际螺距P2应小于等于理论螺距P1，即：

P2＝(60/RPM)×V≤P1

V≤0.59m/s

在静态校验基础上调整好设备各个参数后，在V＝0.5m/s速度下用刻制有Φ6mm人工分层缺陷的样管动态校验，连续25次通过主机，没有发生漏报现象，符合国内国外各标准对探伤设备要求的25次动态性能测试指标漏报率小于等于0的要求，如图4所示，图中，钢管壁厚上限报警阀值15％，壁厚下限报警阀值10％。一般情况下，为确保探伤质量，可以增加钢管表面覆盖率，因此可以设定辊道传输速度为0.3m/s或者0.4m/s。

Claims (3)

1、一种利用超声波探伤壁厚检测分层缺陷装置，包括有超声波探头，该超声波探头安装在钢管生产线上的超声波探伤机旋转体上，并随旋转体以350转/分钟的速度旋转，该探头的安装孔内并列装有二壁厚检测晶片，其特征是：所述超声波探头中的壁厚检测二晶片为圆形晶片，二检测晶片的中心距为12.4～12.8mm。

2、根据权利要求1所述的检测分层缺陷装置，其特征是：所述检测晶片选取信噪比大于3∶1的测厚晶片。

3、一种利用权利要求1所述检测分层缺陷装置的检测方法，该方法包括以下步骤：

1)用上述超声波探伤壁厚检测分层缺陷装置作为超声波发射源，选取信噪比大于3∶1的测厚晶片安装到探头的壳体上；

2)加工标准的带有分层人工缺陷的样管，根据国际标准要求，分层人工缺陷为Φ6mm的平底孔，孔深为壁厚的1/4～1/2；

3)将上述超声波探伤壁厚检测分层缺陷装置设置到正常运行状态，在与所述装置相连的操作系统中用所述样管任意一处钢管壁厚值校验壁厚通道信号，所述操作系统的示波器显示校验情况，校验钢管壁厚通道信号时，操作系统的示波器扫描量程设置为使该示波器的屏幕上按照顺序依次显示超声波在“水——钢”两种介质的界面上反射回来的“水——钢界面波”和在钢管中反射回来的五次以上的底面回波，校验所述平底孔缺陷的信号时，将示波器扫描量程设置为使该示波器上显示三次底波；

4)在所述操作系统中用所述平底孔缺陷校验钢管壁厚通道灵敏度，即调整壁厚通道的分贝值，使示波器上出现所述平底孔的回波；

5)接着先将所述操作系统中检测钢管壁厚的报警闸门覆盖住第一、二次钢管壁厚底面回波，再移动该报警闸门使该报警闸门左侧覆盖住平底孔的回波，但是不得覆盖住水——钢界面波，以防止出现误报；

6)根据超声波探伤机转速为RPM350、壁厚检测晶片个数为8个、壁厚检测晶片尺寸为Φ12.7mm，确定钢管穿过探伤主机时壁厚检测晶片在钢管圆周方向的扫查螺距，使壁厚检测晶片达到100％的对钢管进行检测；根据国内、国际无损检测标准做25次动态漏误报率测试，确定Φ6mm平底孔缺陷漏误报情况。

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