钢管分层缺陷超声波检测

冶金钢铁生产过程中不同程度地会有一些夹杂（或夹渣）残留，主要来源是炼钢过程中的脱氧产物（如氧化铝、铝酸钙）、中包涂料（镁铝尖晶石）和保护渣变质体（硅酸钙及玻璃体）。在高温轧制钢管过程中，这些夹杂（或夹渣）会随着钢铁的宽展、延伸，在钢管中形成分层缺陷。一般情况下，分层缺陷在钢管的圆周方向（宽度）1mm左右，钢管长度方向的长度不等，这样的分层缺陷居多，更大面积的分层缺陷也时有发生。钢管中的分层缺陷会降低钢管的强度，缩短钢管的使用寿命，如钻杆在钻井时受到巨大的扭转力和钻压力、高压锅炉管在运行时受到的热膨胀、机械零件受到的挤压和摩擦力等，使用中很可能引发事故并造成生命和财产损失。因此，钢管分层缺陷的超声波检测极其重要。

某钢管厂2016年5月～8月钢管超声波探伤60312支，其中发现分层缺陷1360支，检出率为2.25%，对此进行了定位分析和超声波对比试验。某超声波探伤设备测厚分层探头频率5MHz，按ISO10893-8《无缝钢管及焊管之分层缺陷的自动超声波检测》中7.1 a)对分层探伤功能进行设定，一次底波120%减去6dB设为分层报警阈值（即闸门高度为满屏60%）。

1、定位分析

⑴ 炉号60820677的Φ127×9.19mm钻杆管体，取样电镜分析分层的宽度（钢管横截面）为1.87mm，分层内部填充夹杂，成分为氧化铝，炼钢脱氧产物见图1和图2所示，超声波A扫见

⑵ 炉号60743680的Φ88.9×8.36mm钻杆管体，取样电镜分析分层的宽度（钢管横截面）为1.10mm，分层内部填充夹杂，成分为铝酸钙和镁铝尖晶石，炼钢脱氧产物与中包涂料类似，

⑶ 炉号5052722的Φ426×50mm，SA-335MP91，取样分层缺陷宽度15mm，分层内部填充夹杂，电镜分析成分为玻璃相。见图7和图8所示，超声波A扫见图9所示。分层检测功能进行设定，一次底波80%减去6dB设为分层报警阈值（即闸门高度为满屏40%）。

2、超声波对比实验

将炉号60820677的Φ127×9.19mm钻杆管体有分层缺陷的钢管转入超声波探伤设备进行对比试验，分层探头频率3MHz，同样按ISO10893-8《无缝钢管及焊管之分层缺陷的自动超声波检测》中7.1a)对分层探伤功能进行设定，一次底波120%减去6dB设为分层报警阈值（即闸门高度为满屏60%）未发现有分层缺陷存在。

⑴ 当灵敏度提高6dB时，分层缺陷波高达40%；

⑵ 当灵敏度提高10dB时，分层缺陷波高达60%，这时分层缺陷才能检出。

⑶ 在实际检测中发现如图10所示的连续性未超标的分层缺陷波，应按报废处理。

图10具有线性长度的未超标分层缺陷波形图

ISO10893-8《无缝钢管及焊管之分层缺陷的自动超声波检测》规定：

⑴ 分层探头频率应在2～10MHz之间；

⑵ 可用Φ6mm平底孔对分层功能进行灵敏度校验；

⑶ 无样管校验：将探头置于被检钢管上，以个底波回波幅度值减去6dB设定为触发阈值。

从对比实验中可以看出，使用不同频率的分层探头，同一缺陷的回波幅度是不一样的。我们在超声波探伤设备上使用Φ6mm平底孔对分层检测灵敏度进行实验，得出的对比实验结果是相同的。

结束语

在实际分层缺陷探伤中，应用ISO10893-8《无缝钢管及焊管之分层缺陷的自动超声波检测》标准时应结合分层探头的频率分别规定探伤的灵敏度，目前自动超声波探伤设备的分层探头普遍使用的频率为3MHz和5MHz。①5MHz频率的探头无论是Φ6mm平底孔或在无样管校验时按ISO10893-8标准设定即可；②3MHz频率的探头按ISO10893-8标准设定灵敏度需要提高10dB；③实际探伤时具有线性长度的未超标分层缺陷必须报废处理。