混凝土結(jié)構(gòu)隱伏缺陷的超聲波成像識(shí)別技術(shù)及其應(yīng)用

常見鋼管缺陷及其檢測(cè)波形特點(diǎn)

摘要：眾所周知，超聲檢測(cè)技術(shù)中對(duì)缺陷評(píng)定的三大關(guān)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(duì)缺陷的定性卻仍存在許多實(shí)際困難。本文主要研究無縫鋼管在熱處理后進(jìn)行壓電超聲波自動(dòng)檢測(cè)時(shí)，常見的缺陷所產(chǎn)生的檢測(cè)記錄波形的特點(diǎn)。每一種缺陷都因自身獨(dú)特的缺陷特點(diǎn)而具有特殊的檢測(cè)記錄波形，我們可根據(jù)超聲波檢測(cè)記錄波形的特點(diǎn)大致推斷出相應(yīng)的缺陷類型。但并不是根據(jù)每一個(gè)超聲波檢測(cè)記錄波形都可以準(zhǔn)確的判斷出其對(duì)應(yīng)的缺陷類型，這仍需得到人為查看或取樣分析結(jié)果的證實(shí)。

本文研究的檢測(cè)設(shè)備是探頭旋轉(zhuǎn)式自動(dòng)超聲波檢測(cè)設(shè)備，屬壓電晶片脈沖反射式水浸探頭檢測(cè)，其檢測(cè)波形實(shí)時(shí)自動(dòng)記錄。根據(jù)其顯示器實(shí)時(shí)記錄的缺陷波形特點(diǎn)，結(jié)合軋制工藝特點(diǎn)等來評(píng)估缺陷的性質(zhì)。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(zhì)及所用超聲檢測(cè)系統(tǒng)特性等，因此從實(shí)時(shí)波形記錄中迅速判斷出缺陷的性質(zhì)，這對(duì)缺陷的定性評(píng)定尤為重要。

一 波高與缺陷有效反射面面積的關(guān)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(guān)系的結(jié)論。從中可以看出鋼管中導(dǎo)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(zhǎng)度的百分比的增加而增加。進(jìn)而我們可以得出在相同檢測(cè)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(jié)論我們便可以對(duì)以下缺陷極其波形特點(diǎn)進(jìn)行分析。

二 外表面缺陷及其缺陷記錄波形的特點(diǎn)

（一） 外折缺陷及其缺陷記錄波形的特點(diǎn)

從上圖中可以看出外折缺陷的某些特點(diǎn)：

外折通常長(zhǎng)度較長(zhǎng)（本圖外折長(zhǎng)約400mm），深度較深（通常遠(yuǎn)超標(biāo)準(zhǔn)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(huì)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(diǎn)：

1、通常外傷記錄傷波整體較寬，無細(xì)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(bào)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(diǎn)，雖然外折缺陷遠(yuǎn)遠(yuǎn)超標(biāo)，但檢測(cè)波幅卻未達(dá)到自動(dòng)剔除報(bào)警門限，未觸發(fā)剔除報(bào)警。原因就是外折的超聲波反射面并不像標(biāo)準(zhǔn)人工傷的那樣好，它的有效超聲波反射面相對(duì)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(bào)警門限，易造成漏檢。

適當(dāng)提高超聲波檢測(cè)靈敏度和操作工的經(jīng)驗(yàn)水平，加強(qiáng)外檢人員的檢測(cè)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(diǎn)

上圖分別為兩個(gè)裂紋的形貌及其相應(yīng)的記錄波形，從中可以看出裂紋的一些特點(diǎn)：

裂紋通常長(zhǎng)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(zhǎng)度方向（與鋼管長(zhǎng)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(yuǎn)好于外折的狀況等。

裂紋記錄波形特點(diǎn)：

裂紋缺陷記錄波形通常或?qū)捇蛘?，多?shù)呈針狀或錐狀，少數(shù)為草叢狀，超標(biāo)裂紋缺陷記錄波形一般都能觸發(fā)剔除報(bào)警。

較長(zhǎng)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(biāo)的裂紋也會(huì)在波形記錄上產(chǎn)生一個(gè)未觸發(fā)剔除報(bào)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(duì)較好，故裂紋的檢出率相對(duì)較高。由于裂紋取向和深度等綜合原因，極少數(shù)超標(biāo)的裂紋會(huì)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(bào)警，未自動(dòng)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(zhǎng)度方向，故缺陷波幅仍然較高。

由于裂紋的嚴(yán)重危害性，適當(dāng)提高檢測(cè)靈敏度和操作工的經(jīng)驗(yàn)水平，可避免少數(shù)超標(biāo)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(diǎn)

此為常見熱擦傷之一，從中可以看出此類擦傷的特點(diǎn)：

通常長(zhǎng)度較短（一般在20mm左右），深度較淺且極少超標(biāo)，擦傷縱向延伸一般極好的平行鋼管長(zhǎng)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(cè)到，但由于其深度較淺且很少超標(biāo)，故因此類擦傷剔除的管子相對(duì)較少。

擦傷記錄波形特點(diǎn)：

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(shí)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(kuò)展出裂紋來，危害極大，故加大熱線設(shè)備的檢修與維護(hù)，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(diǎn)

凹面缺陷形貌特點(diǎn)：

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(chǎng)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(yán)重變形而判廢。

凹面缺陷記錄波形特點(diǎn)：

1、通常內(nèi)外傷同時(shí)報(bào)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(zhuǎn)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(yùn)、存放鋼管過程中磕碰、擠壓鋼管造成。

解決的方法是加強(qiáng)回轉(zhuǎn)臂或撥料器等電氣控制元件的維護(hù)，在吊運(yùn)、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(diǎn)

（一） 凸道或直道缺陷及其缺陷記錄波形特點(diǎn)

從圖中可以看出凸道與直道的特點(diǎn)：

一般其長(zhǎng)度較長(zhǎng)，約在30cm左右。凸道呈現(xiàn)或?qū)捇蛘臈l狀缺陷，直道呈現(xiàn)細(xì)直的線狀。缺陷兩側(cè)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(diǎn)：

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(zhǔn)波高。

3、通常兩內(nèi)傷波波幅高度相差無幾。

在實(shí)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(jìn)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(zhì)量，更換新芯棒或?qū)Τ霈F(xiàn)問題的芯棒進(jìn)行修復(fù)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(diǎn)

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(diǎn)：

裂紋長(zhǎng)度通常較短，一般長(zhǎng)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(duì)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(diǎn)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(diǎn)：

1、報(bào)警波波峰清晰，尖銳有力。

2、每個(gè)報(bào)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(rèn)，但確認(rèn)由熱處理產(chǎn)生。對(duì)于此類裂紋，在切除后不夠長(zhǎng)度要求的前提下不建議進(jìn)行內(nèi)修磨，建議直接判廢。

四 結(jié)束語(yǔ)

無縫鋼管的缺陷種類眾多【2】，超聲波檢測(cè)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(hào)就越強(qiáng)。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(hào)對(duì)缺陷進(jìn)行較準(zhǔn)確的定量、定位和定性。這對(duì)無縫鋼管的在線連續(xù)生產(chǎn)檢測(cè)意義重大。

本文所總結(jié)的關(guān)于缺陷及其波形的特點(diǎn)僅僅是眾多缺陷中較為常見的幾種，由于實(shí)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(zhì)檢工和探傷工的共同努力，來提高無縫鋼管的產(chǎn)品質(zhì)量，為國(guó)家和人民做出自己的貢獻(xiàn)！

參考文獻(xiàn)

[1]徐鴻, 王冰, 姜秀娟.材料損傷的超聲導(dǎo)波無損檢 測(cè).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(jí)培訓(xùn)班優(yōu)秀論文》

作者：周 永（包鋼鋼管公司）

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