無縫鋼管折疊缺陷檢測方法及裝置

DETECT IN G M ETHOD AND DEV ICE O F FOLD FLAW IN STEEL PIPE

對于鋼管內的折疊缺陷 , 許多探傷方法缺少檢出能力。 在由水耦合器、 多通道高能量聚焦探頭和沖擊函數激勵電路、 脈沖寬度線性放大電路組成的檢測裝置中 , 采用“時分復用、 高速抽樣”技術和智能化計算機程序等技術 , 不但可以檢出折疊缺陷 , 還可以檢測鋼管壁厚。 檢測速度 15 m/min, 檢測精度± 0. 1 mm 。 實驗和長期應用證明這種檢測技術是可靠的。

關鍵詞　折疊缺陷 ; 測厚 ; 探頭 ; 沖擊函數 ; 采樣 中圖法分類號　 TG115. 28 

 The fold flaw in steel p ipes is difficult to find w ith many p resent detecting methods. A de 2 vice is introduced in this paper w hich w as p roved reliable by experiment and app lication for a long time. The device consists of aw ater coup ler, a high energy multi 2 pass detector, a lash function circuit and a linear pulses w idth amp lification circuit. Because the technique of “ time division m ultip lex and high speed samp ling ” and computer p rogram are app lied in the device, not only the fold flaw s are detected but also the p ipe ′ s thickness is tested. The testing speed is 1 5 m  m in , and the accuracy is ± 0. 1 mm. Key words 　 fold flaw , test of thickness, lash function, samp ling

許多無損檢測方法和設備對無縫鋼管的折疊缺陷檢測效果不好[1 ] 。 磁粉法只能檢測其端頭 ;渦流、超聲探傷法漏檢率很高 ; 漏磁法對鋼管內部分布的折疊缺陷缺少檢測能力。 許多鋼管生產、 應用企業使用上述方法檢測鋼管后 , 再進行水壓試驗時常常在漏檢的折疊缺陷處爆裂。 “旋轉多探頭高能量超聲測厚技術及裝置”對承壓鋼管的折疊缺陷檢測方面有其獨特之處。

1.檢測原理

檢測原理如圖 1 所示 : 當檢測線上鋼管嚴格沿其軸線高速穿過壁厚檢測區時 , 繞管材旋轉的水耦合器產生壓力恒定的噴淋水柱噴淋到鋼管上 , 隨之共同旋轉的超聲探頭發出的與鋼管軸線垂直的超聲信

號經噴淋水柱耦合到管材上 , 超聲信號通過管材內外表面時形成的界面波和底波再通過水柱耦合至超聲探頭 , 探頭又將界面波和底波轉換為電信號輸出 , 經過處理、 分析和運算便形成反映鋼管管壁厚度的數字、 曲線。 超聲信號在鋼管壁內遇到折疊或其它缺陷時 , 在界面波和底波之間形成代表折疊和其它缺陷的缺陷信號 , 其厚度脈沖寬度持續變化較明顯 , 曲線上清晰顯示折疊缺陷的大小和區間。

圖1 　旋轉噴淋水耦合超聲測厚技術原理

2.多探頭高能量噴淋水耦合超聲測厚技術

上述檢測技術和裝置 , 只適合對于表面光滑的管材高速檢測。 但由于實際需要檢測的鋼管表面狀況通常較差 , 許多鋼管是重復使用的、 銹蝕的和表面有麻點分布 , 有的還受到油類等污染 , 使超聲信號在鋼管表面受到衰減 , 界面波和底波很弱 , 難以形成穩定的厚度脈沖 ; 甚至有些鋼管是帶接箍的 , 它們在檢測線上是顛簸運行的 , 檢測效果仍然很差[2] 。

“多探頭高能量噴淋水耦合超聲測厚裝置”主要采用以下技術解決這些問題 :

(1) 采用“鈦酸鋇晶片”耐壓 1 500 V p 2 p 、 10M Hz 點聚焦超聲探頭 , 提高超聲信號能量 ;

(2) 采用具有沖擊函數特性的高能量激發電路 , 激勵探頭產生高能超聲 ;

(3) 多通道超聲測厚技術和厚度脈沖線性展寬電路 , 提高檢測速度和精度 ;

(4) “時分復用、 高速采樣”的多路信號傳送技術 , 可靠傳送多路厚度信號 ;

(5) 計算機軟件消除超聲信號的不穩定對檢測結果的影響 , 以數字和曲線顯示檢測結果 , 對缺陷定位標記 ;

(6) 恒壓、 恒溫耦合水裝置 , 提高噴淋水柱對超聲信號耦合的可靠性 ;

(7) 精密的定位、 驅動機構保證鋼管在檢測區內嚴格沿其軸線穿過探頭 , 克服鋼管接箍造成的顛簸運行問題 , 使各探頭與鋼管外壁保持垂直和恒定的耦合間距。

該項技術和裝置如圖 2 所示。

圖2 　噴淋水耦合式旋轉探頭 4 通道鋼管壁厚高速檢測裝置

3.實驗結果

采用“鈦酸鋇”晶片探頭 , 靈敏度可以提高 10 dB; 晶片配上凹面聲聚焦透鏡構成點聚焦探頭 , 焦距15 mm , 耦合水柱距離 12 mm , 使各個探頭的焦點落在鋼管壁的中點 , 有效地減弱了采油管表面腐蝕的散射影響 , 同時避免鋼管接箍 ( 厚度 6 ～ 8 mm ) 撞壞探頭 ; 由“雪崩三極管”組成 6ns 的具有沖擊函數特性的、 幅度為 V p 2 p = 1 000 的高能量激發電路 , 激勵超聲探頭產生高能量超聲信號 , 使表面波和底波的信噪比達 20 dB 以上 ; 當探頭以 240 r  m in 旋轉時 , 鋼管表面的壁厚脈沖穩定 , 能顯示圓周的不均勻數據精確到 0. 05 mm; 鋼管同時以 15 m  m in 速度穿過檢測區時 , 各探頭螺旋線式掃描 , 螺距 15. 625 mm , 4只探頭每秒檢測 2 400 點 , 點 - 點之間距離 0. 16 mm , 壁厚變化精度不劣于± 0. 1 mm 。

4 通道旋轉探頭超聲測厚裝置由水耦合器和彼此 90 °分布且嚴格與鋼管軸線垂直的 4 個超聲探頭組成。 液面 6m 的自動液面控制高吊水箱和 40 ℃恒定溫度耦合水保證 4 個探頭噴淋水柱在各位置具有一致的壓力和可靠的耦合性 , 排除氣泡的影響。 與采油管軸線垂直的水柱 , 對探頭和管體之間的超聲信號可靠耦合。

恒流源器件構成的線性厚度脈沖展寬電路將各路約 2 Λ s 厚度脈沖展寬 20 倍為 40 Λs,提高厚度檢測精度 , 也使采樣誤差減小 ; “時分復用、 高速采樣”電路以 2. 5 M Hz 采樣頻率對 4 路寬度脈沖抽樣歸并為 1 路 , 經過滑環傳出 , 然后再由多路選擇器同步式分離成多路信號 , 信號的失真度≤ 1% 。

圖 3 所示各種脈沖中 , 假象干擾對檢測結果有影響。 鋼管底波弱 , 易形成不穩定的超厚假象脈沖 ; 表面波振鈴也可能形成超薄假象脈沖 ; 而折疊缺陷一般形成數十個連續的折疊深度脈沖。 計算機分析軟件可以區分壁厚 , 折疊和假象干擾 , 顯示穩定的數據和曲線。

圖3 　激勵波、 表面波、 回波、 厚度和折疊脈沖及假象脈沖

4.檢測結果

在鋼管探傷檢測線上 , 鋼管經過“漏磁探傷”后再經過“噴淋水耦合式旋轉探頭 4 通道鋼管壁厚高速檢測裝置”檢測 , 剔除了 帶折疊缺陷鋼管 ,其后的水壓試驗基本不再出現帶折疊缺陷的鋼管爆裂現象。

5.結束語

“噴淋水耦合式旋轉探頭多通道鋼管壁厚高速檢測技術及裝置”不僅能檢出管材壁厚 , 對鋼管內部的折疊缺陷具有獨特的檢出能力。

6.參考文獻

1.李克明 . 超聲波探傷 . 北京 : 電力工業出版社 , 1980

2 .Bylanski P, Ingram D GW 著 . D igital T ransm ission System s. 遲惠生譯 . 北京 : 人民郵電出版社 , 1979

7.原文下載：

無縫鋼管折疊缺陷檢測方法及裝置.pdf
http://bk.www.laugustcd.cn/zb_users/upload/2022/03/202203271648361814380425.pdf 

文章出處：http://bk.www.laugustcd.cn/post/SteelTubeFolding.html

( 責任編輯　張和平 )