钢管超声波探伤通孔与刻槽校验灵敏度差异原因分析

差异原因分析

摘要：本文主要以HFW焊管为例，介绍了在线焊缝探伤与离线焊缝探伤工作的重要性、原理、两者结果存在差异的原因，以期通过切实解决钢管焊接生产线在焊缝探伤、离线焊缝探伤结果存在差异的问题，进一步提升钢管焊接生产线的生产质量与生产效率，希望能够给读者带来启发。

关键词：钢管；超声波探伤；通孔校验灵敏度；刻槽校验灵敏度

引言：在钢管焊接过程中，钢管往往会因焊接操作不当、焊接工艺参数波动等因素导致焊接缺陷的出现，并且为后续钢管的正常使用造成极为不利的影响，现阶段，为切实降低上述问题的出现概率，相关工作人员可以应用超声波探伤技术对钢管的焊接情况进行检查。

一、在线焊缝探伤与离线焊缝探伤工作的重要性

在当前的HFW高频焊管生产线生产过程中，为保证钢管焊接的质量能够满足生产工作的需要，厂家往往会安排焊接后的在线焊缝探伤设备与精整水压后的离线焊缝探伤设备，其中在线焊缝探伤设备主要对焊缝的过程进行检测，避免批量废管的出现；而离线焊缝探伤设备主要作用在于对钢管的焊接情况进行终探。在这两种检测仪器的实际应用过程中，尽管焊缝探伤设备能够有效检测出钢管焊缝是都存在毛刺、错边等类型的缺陷，但对一些点状裂缝、夹杂类缺陷探测灵敏度比较低，这种情况的存在不仅会提升钢管焊接废管的出现概率，还会影响产品的质量、成本控制成果等内容。现阶段，为切实保证钢管的使用安全，应用超声波检测法，对钢管的焊接情况进行检查，明确钢管焊接过程中存在的缺陷，并对其进行处理，已经成为一项极为必要的工作。

二、在线焊缝探伤与离线焊缝探伤工作的原理

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现阶段，在应用在线探伤设备对钢管的焊缝情况进行检查的过程中，相关工作人员可以应用水浸法，令在线探伤设备自行用探头开展脉冲反射探伤工作，如图1所示，在探伤工作进行过程中，探头距水面20mm，通过纵波19°折射到钢管内部后，利用角度为45°的折射波对焊缝进行检查。同时，在应用离线焊缝探伤设备对钢管焊缝情况进行检查的过程中，相关工作人员可以应用自发自收的水膜法对焊缝进行脉冲反射探伤。在实际工作过程中，探头距水层0.3mm，仪器借助斜探头、方晶片等设备将波折射到钢管内，然后采用45°的折射横波检测焊缝的缺陷。

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图 1 在线焊缝探伤工作情况示意图

三、在线焊缝探伤与离线焊缝探伤结果存在差异的原因 （一）实验结果现场对比

在对HFW高频焊管生产线探伤结果进行分析后可以发现，大部分样管在相同波高下，其ISO 10 93—11标准规定的N10与Φ3 2mm竖通孔校验灵敏度之间的差值基本一致。为切实了解这一情况的出现原因，本文主要以规格为Φ355 6mm 8 7mm的焊管为例，进行说明。首先，在在线焊缝探伤设备对焊缝质量进行检查的过程中，若反射波高60%，那么N10刻槽的灵敏度比规格为Φ3 2mm的竖通孔灵敏度小2—3dB。其次，在利用离线焊缝探伤设备对焊缝质量进行检测时，若反射波高60%，那么N10刻槽的灵敏度比规格为Φ3 2mm的竖通孔灵敏度大6dB左右。最后，在相关工作人员对钢管焊缝进行手工探伤时，若反射波高60%，那么N10刻槽的灵敏度比规格为Φ3 2mm的竖通孔灵敏度大6dB左右，这一结果与离线焊缝探伤设备工作结果相近。对上述校验结果进行比较后可以发现，在线焊缝探伤设备的测试结果与离线焊缝探伤设备、手工探伤的结果存在较大的差异，

因此，在线焊缝探伤可能出现了错误。导致错误出现的可能原因包括：第一，在探伤过程中，水浸法与水膜法存在差异；第二，探伤过程中探头的圆形芯片与方形芯片存在差异；第三，在用水浸法进行探伤工作时，探头的入射角存在轴向差异，导致轴向折射角不是45°。

（二）实验结果的对比分析 1.水浸法与水膜法的对比

相关工作人员在应用水浸法进行探头探伤的过程中，探头与水层间的距离为20mm，探头应用的是圆晶片，晶片的直径为10mm，并且应用这种方法得到的结果是：N10刻槽的与规格为Φ3 2mm的竖通孔反射波的波高比约为2：1，其灵敏度之差约为6dB。而相关工作人员在应用水膜法进行手工探头探伤工作时，探头与水层的距离为0 3mm，探头应用的是方晶片，晶片的尺寸为10mm 12mm，并且应用这种方法得到的结果是：N10刻槽的与规格为Φ3 2mm的竖通孔反射波的波高比约为2：1，其灵敏度之差约为6dB，测试结果与水浸法相同。

2.更换晶片尺寸、类型

为切实了解晶片探头尺寸对实验结果的影响，若在测试过程中应用的方形晶片探头尺寸为10mm 10mm，那么应用这种方法得到的结果是：N10刻槽的与规格为Φ3 2mm的竖通孔反射波的波高比约为2：1，其灵敏度之差约为6dB；若在测试过程中应用的方形晶片探头尺寸为10mm 15mm，那么应用这种方法得到的结果是：N10刻槽的与规格为Φ3 2mm的竖通孔反射波的波高比约为2：1，其灵敏度之差约为7dB，通过对实验结果进行对比可以了解到，在测试过程中，方形晶片探头的尺寸对实验测试结果并无太大影响。为切实了解探头晶片类型对实验结果的影响，在实验过程中，若相关工作人员采用的晶片探头为圆型，直径为10mm，那么N10刻槽的与规格为Φ3 2mm的竖通孔反射波的波高比约为2：1，其灵敏度之差约为6dB；若相关工作人员采用的晶片探头为方形，其规格为10mm 12mm，那么N10刻槽的与规格为Φ3 2mm的竖通孔反射波的波高比约为2：1，其灵敏度之差约为6dB，通过对实验结果进行对比可以了解到，晶片探头的类型对灵敏度测试的结果并不会产生明显的影响。

3.对比在线焊缝探伤探头的入射角

为切实了解在线焊缝探伤探头在测试焊缝焊接情况时，相关工作人员可以在保证探头的反射波高相同的情况下，测试不同入射角度对N10刻槽的与规格为Φ3 2mm的竖通孔灵敏度的影响，并且经测试可以了解到，在反射波高均为60°时，随着探头入射角度的增加，焊管外伤与内伤刻槽的增益值一直比其竖通孔外伤与内伤增益值低，并且随着入射角角度的减小，刻槽的增益值同样低于竖通孔的增益值，需要注意的是，测试过程中，仅在入射角为16 1°时，内伤刻槽增益值比通孔增益值高。对这种情况的出现原因进行总结分析可以了解到，在反射波高相同的情况下，增益值越高其灵敏度越低，即竖通孔的灵敏度始终高于刻槽灵敏度。

（三）实验原理分析

对上述实验情况进行总结后可以了解到，第一，当探头在纵向状态正常时，探头方向与焊缝方向呈90°，若探头检测到焊管内部存在类似夹杂这类的缺陷时，超声波会原路返回到探头处，并且当探头接收到能量较高的缺陷信号后，将会将缺陷显示到检测屏幕上。第二，当探头与焊缝间存在纵向偏转角时，若探头检测到焊管内部存在缺陷，那么探头发出的声波将会在焊管内部出现反射，这种情况的存在将会导致探头接收到的反射信号减小，进而导致检测屏幕上无法显示缺陷，或者显示的缺陷极低。

结论：总而言之，在当前重工业发展速度不断加快的背景下，人们对钢管的焊接质量要求不断提高，超声波检测法作为当前国内外应用范围最为广泛的一种无损检测技术，为切实了解钢管焊接的质量已经被应用到钢管焊接生产线质量检测工作当中，并且取得了良好的应用效果。

参考文献：

[1]杨静,罗四维,刘峰,等.不锈钢焊缝缺陷尺寸的超声波探伤定量研究[J].上海金属,2019,41(01):98-101.

[2]陈鹏,王琦,徐振亚,等.钢管超声波探伤通孔与刻槽校验灵敏度差异原因探究[J].焊管,2020,43(06):58-63.