木結構住宅常見性能檢測和評估

常見鋼管缺陷及其檢測波形特點

摘要：眾所周知，超聲檢測技術中對缺陷評定的三大關鍵內(nèi)容是缺陷的定量、定位和定性。目前缺陷定量與定位方法已較成熟，但對缺陷的定性卻仍存在許多實際困難。本文主要研究無縫鋼管在熱處理后進行壓電超聲波自動檢測時，常見的缺陷所產(chǎn)生的檢測記錄波形的特點。每一種缺陷都因自身獨特的缺陷特點而具有特殊的檢測記錄波形，我們可根據(jù)超聲波檢測記錄波形的特點大致推斷出相應的缺陷類型。但并不是根據(jù)每一個超聲波檢測記錄波形都可以準確的判斷出其對應的缺陷類型，這仍需得到人為查看或取樣分析結果的證實。

本文研究的檢測設備是探頭旋轉式自動超聲波檢測設備，屬壓電晶片脈沖反射式水浸探頭檢測，其檢測波形實時自動記錄。根據(jù)其顯示器實時記錄的缺陷波形特點，結合軋制工藝特點等來評估缺陷的性質。缺陷的超聲波反射特性取決于缺陷的取向和幾何形狀、有效反射面積、缺陷的表面粗糙度、缺陷性質及所用超聲檢測系統(tǒng)特性等，因此從實時波形記錄中迅速判斷出缺陷的性質，這對缺陷的定性評定尤為重要。

一 波高與缺陷有效反射面面積的關系

徐鴻等人[1]闡述了M.J. S.Lowe等人的研究理論：模態(tài)波的回波與缺陷周向尺寸成正比關系的結論。從中可以看出鋼管中導波的反射系數(shù)隨缺陷占壁厚的百分比、缺陷占管道周向長度的百分比的增加而增加。進而我們可以得出在相同檢測靈敏度下在一定的范圍內(nèi)，缺陷回波的波幅隨缺陷的有效反射波的面積的增加而增高。

利用這一結論我們便可以對以下缺陷極其波形特點進行分析。

二 外表面缺陷及其缺陷記錄波形的特點

（一） 外折缺陷及其缺陷記錄波形的特點

從上圖中可以看出外折缺陷的某些特點：

外折通常長度較長（本圖外折長約400mm），深度較深（通常遠超標準規(guī)定的最深1.5mm），且在鋼管外表面呈有規(guī)律的大螺旋折疊狀，折疊面一般不會近似垂直于鋼管外表面，與直徑方向呈現(xiàn)出較大夾角等。

外折記錄波形特點：

1、通常外傷記錄傷波整體較寬，無細柱狀缺陷波幅，傷波頂處波形呈密集的鋸齒狀或草叢狀。

2、通常外傷記錄傷波整體較矮，傷波難以觸發(fā)剔除報警

3、在與外傷缺陷傷波記錄同一位置處，常伴有類似的內(nèi)傷缺陷傷波記錄出現(xiàn)。

由于外折具有以上等特點，雖然外折缺陷遠遠超標，但檢測波幅卻未達到自動剔除報警門限，未觸發(fā)剔除報警。原因就是外折的超聲波反射面并不像標準人工傷的那樣好，它的有效超聲波反射面相對面積較少，探頭接收到的超聲波回波能量較弱，從而難以觸發(fā)剔除報警門限，易造成漏檢。

適當提高超聲波檢測靈敏度和操作工的經(jīng)驗水平，加強外檢人員的檢測能力，或與漏磁、渦流等聯(lián)合探傷，可避免外折漏檢。（二） 外表面裂紋及其缺陷記錄波形特點

上圖分別為兩個裂紋的形貌及其相應的記錄波形，從中可以看出裂紋的一些特點：

裂紋通常長度較短（一般在200mm以內(nèi)），深度較淺（一般都在2mm以內(nèi)），裂紋縱向延伸一般近似平行鋼管長度方向（與鋼管長度方向的夾角一般在5度以內(nèi)），裂紋向管壁內(nèi)的延伸面與鋼管表面的垂直度要遠好于外折的狀況等。

裂紋記錄波形特點：

裂紋缺陷記錄波形通?；驅捇蛘?，多數(shù)呈針狀或錐狀，少數(shù)為草叢狀，超標裂紋缺陷記錄波形一般都能觸發(fā)剔除報警。

較長的裂紋缺陷記錄波形與外折的相似，但同一位置處無類似內(nèi)傷記錄波形出現(xiàn)。

未超標的裂紋也會在波形記錄上產(chǎn)生一個未觸發(fā)剔除報警的缺陷記錄波幅，此波幅與雜波波幅相似。

由于裂紋的綜合有效超聲波反射面相對較好，故裂紋的檢出率相對較高。由于裂紋取向和深度等綜合原因，極少數(shù)超標的裂紋會漏檢。如圖七裂紋，其裂紋向管壁內(nèi)的延伸面與表面的垂直度較差（其夾角約為40度），故未觸發(fā)剔除報警，未自動剔除，易造成漏檢。但其有效超聲波反射面綜合狀況較好，如裂紋縱向延伸近似平行鋼管長度方向，故缺陷波幅仍然較高。

由于裂紋的嚴重危害性，適當提高檢測靈敏度和操作工的經(jīng)驗水平，可避免少數(shù)超標裂紋和的漏檢，也可將接近裂紋。

（三） 外表面擦傷及其缺陷記錄波形特點

此為常見熱擦傷之一，從中可以看出此類擦傷的特點：

通常長度較短（一般在20mm左右），深度較淺且極少超標，擦傷縱向延伸一般極好的平行鋼管長度方向，擦傷向管壁內(nèi)的延伸面較好垂直于表面，具有良好的超聲波有效反射面。故此類擦傷極易被超聲波檢測到，但由于其深度較淺且很少超標，故因此類擦傷剔除的管子相對較少。

擦傷記錄波形特點：

1. 此類擦傷記錄波形通常極窄，呈針狀波幅。

2. 此類擦傷記錄波形通常波幅較矮，數(shù)目較多。

3. 此類擦傷記錄波形與雜波及為相似，極易被忽略。

此類缺陷多為鋼管熱狀態(tài)時在傳輸過程中造成，且在后期的熱處理工藝中，極易造成在此類缺陷的底部擴展出裂紋來，危害極大，故加大熱線設備的檢修與維護，杜絕帶病作業(yè)，是防止此類缺陷產(chǎn)生的根本之道。

（四） 鋼管凹面缺陷及其缺陷記錄波形特點

凹面缺陷形貌特點：

通常凹面缺陷為表面面積型缺陷，鋼管壁呈現(xiàn)外凹里凸的現(xiàn)象，鋼管壁無損傷，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的凹面缺陷面積通常較大，凹面缺陷通常造成管子的外徑嚴重變形而判廢。

凹面缺陷記錄波形特點：

1、通常內(nèi)外傷同時報警。

2、通常波幅高度為100%。

造成凹面缺陷的原因通常是在熱狀態(tài)下，回轉臂或撥料器發(fā)生電氣故障而壓迫造成；或由于鋼管壁較薄，在吊運、存放鋼管過程中磕碰、擠壓鋼管造成。

解決的方法是加強回轉臂或撥料器等電氣控制元件的維護，在吊運、存放鋼管過程中輕吊輕放，鋼管堆垛不要過高等。

三 內(nèi)表面缺陷及其缺陷波形的特點

（一） 凸道或直道缺陷及其缺陷記錄波形特點

從圖中可以看出凸道與直道的特點：

一般其長度較長，約在30cm左右。凸道呈現(xiàn)或寬或窄的條狀缺陷，直道呈現(xiàn)細直的線狀。缺陷兩側的反射面較為平齊，深度變化幅度較小，缺陷取向幾乎平行于鋼管軸心線，超聲波反射面較好。

凸道或直道的記錄波形特點：

1、缺陷波幅通常較寬，波形較為清晰、整齊。

2、波峰處呈鋸齒狀過度，很少有鋸齒狀波從峰頂延伸至基準波高。

3、通常兩內(nèi)傷波波幅高度相差無幾。

在實際產(chǎn)生中通常凸道較多，直道發(fā)現(xiàn)較少。但就危害而言，在熱處理后，直道危害較凸道大。在目前分析中，熱處理后的直道底部通常都伴有或深或淺的裂紋。故凸道可做內(nèi)修磨處理，不建議直道進行內(nèi)修磨。

由于凸道、直道是在軋制過程中由于芯棒掉肉或粘上某種熔 渣而形成的，故改善硼砂、石墨質量，更換新芯棒或對出現(xiàn)問題的芯棒進行修復是避免此種缺陷根本方法。

（二） 內(nèi)表面淬火裂紋及其缺陷記錄波形特點

此裂紋較為特殊，產(chǎn)生原因目前還不確定，但我們可以知道其一些較明顯的特點：

裂紋長度通常較短，一般長度在2cm左右；深度較深，通常在0.5mm以上；裂紋面與管壁的垂直性較好，裂紋取向與管子中心軸線平行度相對較好，具有極好的超聲波反射面；多數(shù)情況下，此缺陷以多點的形式出現(xiàn)在鋼管內(nèi)表面，在圓周方向無規(guī)律，但在鋼管軸線方向確呈一定規(guī)律分布。

短裂紋記錄波形的特點：

1、報警波波峰清晰，尖銳有力。

2、每個報警波波幅較窄，呈現(xiàn)針狀。

此缺陷產(chǎn)生的直接原因目前還沒有確認，但確認由熱處理產(chǎn)生。對于此類裂紋，在切除后不夠長度要求的前提下不建議進行內(nèi)修磨，建議直接判廢。

四 結束語

無縫鋼管的缺陷種類眾多【2】，超聲波檢測各類缺陷僅依賴于超聲波的反射特性。相同條件下，超聲波反射特性越好，接收到的回波信號就越強。由于各類缺陷都具有不同的超聲波反射特性，因此我們就可以利用回波信號對缺陷進行較準確的定量、定位和定性。這對無縫鋼管的在線連續(xù)生產(chǎn)檢測意義重大。

本文所總結的關于缺陷及其波形的特點僅僅是眾多缺陷中較為常見的幾種，由于實際生產(chǎn)中鋼管缺陷的形狀千變?nèi)f化，所以仍然需要我們質檢工和探傷工的共同努力，來提高無縫鋼管的產(chǎn)品質量，為國家和人民做出自己的貢獻！

參考文獻

[1]徐鴻, 王冰, 姜秀娟.材料損傷的超聲導波無損檢 測.2008.35（6）：77~82

[2]莊鋼，尹溪泉.連軋無縫鋼管產(chǎn)品缺陷（欠）分析.鋼管.2006，35（6）：26~29

——摘自《2017年冶金UT3級培訓班優(yōu)秀論文》

作者：周 永（包鋼鋼管公司）

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