小直径钢管(外径小于 100 mm)在国民经济中占有重要的地位, 广泛应用于航空、 军工等领域。 在管材的制造过程中, 往往由于材料中夹渣等因素的影响, 使成型后管材的表面或者内部出现裂纹等缺陷。 所以在实际应用之前, 必须对管材进行严格的检测, 而超声波探伤技术对提高和保证产品质量有着至关重要的作用, 以其快速性、 准确性、 无污染等特性已被广泛应用, 特别是在石油管制造企业中, 超声波探伤更是管材最重要、 最普遍的检验手段。
1 水浸法探伤原理
小直径钢管曲率大、 管壁薄, 若采用直接接
触法探伤难度较大, 所以一般采用水浸法探伤。超声波水浸法探伤就是将纵波探头和钢管放入水中, 纵波直探头垂直于钢管表面, 且离钢管有一定的距离, 用水做耦合剂, 经过折射作用, 可在钢管内实现纯横波探伤。 在对钢管进行探伤时, 为了增加水对钢管表面的润湿作用, 防止钢管生锈, 需要加入少量活性剂和适量的防腐剂。
2 探头的选择
为改善声束指向性, 防止其它干扰波形, 水浸法探伤时一般采用聚焦方法。 在聚焦声束的焦点附近, 存在一段一定长度的声束, 称为焦柱, 提高频率可以减小声束宽度, 提高聚焦效果, 但频率过高, 会使焦点尺寸过小, 影响探伤速度
。
如果用普通直探头, 则声波进入钢管后声束的扩散现象将增大, 声能经过水层又在工件中扩散后超声波的能量将被消弱, 导致探伤灵敏度降低。 所以, 应该采用具有高分辨力、 高灵敏度、指向性好的聚焦探头。 在各项性能均满足的条件下, 应选较大晶片尺寸的探头, 以提高检测效率接触法的优点: 接触法多为手动检测, 操作方便、 灵活性大、 设备简单、 成本较低, 适用于现场检测和单件小批量及规格多的情况的检测; 探头直接与工件耦合, 入射声能损失小, 有较强的穿透能力。
3 水浸法与接触法的比较
在实际检测中, 应根据检测的对象、 数量、目的和场合, 结合水浸法与接触法的优缺点综合选择。
3.1 水浸法的优缺点
水浸法的优点: 探头与被检验工件不接触, 超声波的发射和接受均较为稳定, 表面粗糙度对检测结果影响较小, 探头损坏的可能性小, 探头使用寿命较长; 通过调节探头角度, 可方便地改变探头发射的声束方向; 便于实现聚焦声束检测, 满足高灵敏度、 高分辨力的需要; 便于实现自动检测, 减少人为因素对探伤结果的影响。 适用于表面粗糙、 形状复杂、 耦合条件差的工件, 如管材、 棒材的超声波在线水浸法探伤。
水浸法的缺点: 超声波在水和金属表面的反射损失了大量的能量, 需采用较高的增益, 这样可能会出现噪声干扰, 且当检测高衰减材料或大厚度材料时, 没有足够的能量。
接触法的缺点: 接触法探伤受人为因素影响大, 对被检工件的表面光洁度要求较高; 耦合不易稳定, 如果耦合不好会使入射波和反射波损失
3.1 接触法的优缺点
接触法的优点: 接触法多为手动检测, 操作方便、 灵活性大、 设备简单、 成本较低, 适用于现场检测和单件小批量及规格多的情况的检测; 探头直接与工件耦合, 入射声能损失小, 有较强的穿透能力。
接触法的缺点: 接触法探伤受人为因素影响大, 对被检工件的表面光洁度要求较高; 耦合不易稳定, 如果耦合不好会使入射波和反射波损失
4 水浸法探伤时应注意的问题
在实际的工作过程中, 因钢管有不同程度的弯曲, 检测时会造成探头的偏心距、 水层厚度等发生变化, 严重影响检测结果, 甚至会造成错判、 漏检等情况。 所以, 在检测时要严格监控所设定的参数, 保证检测结果的准确性,钢管在轧制过程中, 出现频率过高的是纵向缺陷, 但与钢管轴线呈一定角度延伸的缺陷也不少见, 垂直于钢管轴线的横向缺陷也时有发生。如果在探头配置设计时考虑不周, 对于偏斜 45°的缺陷就很难探测, 有可能出现漏检。 为了保证能够探出偏斜角度的缺陷, 应配置多种取向的探头。