大直缝焊管钢板超声波探伤的几种扫查方式浅析

1大直缝焊管钢板超声波探伤的几种扫查方式浅析朱吉祥，王小伍，郭京华（湖北沙市石油钢管厂荆州434001）摘要本文介绍了大直缝焊管用钢板超声波探伤的三种扫查方式：横向扫查、纵向扫查和摆动扫查，并分别从探头与钢板的相对运动方向、结构、探伤轨迹、探头数量和对探伤机的要求等方面逐一作了分析和比较。关键词钢板超声波探伤扫查横向纵向摆动AnalysestoSeveralUTScanningMethodstoSteelPlateUsedbyLargeLongitudinalWeldedPipeZhujixiang，Wangxiaowu，Guojinhua(ShashiSteelPipeWorksinHubeiProvince,jinzhou,434001)AbstractThreetypesofUTscanningmethodsoftransversescanning,Longitudinalscanningandswingingscanningtosteelplateusedbylargelongitudinalweldedpipeareintroducedherein.Detailedanalysesandcomparisonsarealsomadefromtheaspectssuchastherelativemovingdirectionbetweenprobesandthesteelplate,configurations,theinspectiontraces,thequantityofprobesusedandrequirementstothedetector.KeyWordsSteelPlateUTInspectionScanningTransverseLongitudinalSwinging1.概述借国家大力开发西部、建设中哈及西气东输等管线的强劲东风，我国大力发展了大口径直缝焊管的生产，弥补了螺旋焊管的不足，使我国的焊管工业又跃上了一个新的台阶。大口径直缝焊管高压输送是石油天然气长输、高压、大流量管道的发展趋势。大直缝焊管的原料为热轧钢板，板厚6~40mm，板宽655~4500mm，板长8~12.2m。钢板中常见的缺陷有分层、夹渣、裂纹和白点等，其中分层和夹渣是钢板中最为常见的缺陷。超声波法是检测钢板分层缺陷的一种行之有效的方法，在自动扫查时，一般采用水膜脉冲反射式探伤。2.扫查2.1基本概念在进行超声波探伤时，探伤面上探头与试件的相对运动称为扫查。扫查一般考虑两个原则，一是保证钢板的整个检查区有足够的声束覆盖以避免漏检；二是扫查过程中声束入射方向始终符合标准所规定的要求。2.2扫查方法与探伤标准直缝焊管的生产标准很高，国际上公认的和应用最广泛的管线规范有：A．APISPEC5L（第43版）*；B．ISO3183.1（2；3）[equGB/T9711.1（2；3）]*。国内外许多石油公司在具体的管线建设中都把这两个标准作为基础标准，同时还根据实际需要制定了许多的补充技术规范。这些标准和补充规范都要求钢板必须先进行超声波探伤后才能制成钢管。由于钢管用途不同，生产钢管的标准各异，钢板超声波探伤执行的标准也就各异，常见的探伤标准有：A．ASTM－A578／A578M－92*；B．GB／2970.91*；C．SY／T6234.5－1999*D．ZBJ74003－88*不同的探伤标准决定了扫查方法亦不相同，一般可分为全面扫查、格子线扫查、边缘扫查及列线扫查。1)．全面扫查：在整个板面上进行全面积（100%）扫查。相邻扫查线之间应有100%的有效波束覆盖。2)．格子线扫查：在板边缘的一定范围，如50mm以内，作全面积扫查，其余部分划成例如200×200mm的方格子线，探头沿格子线扫查。3)．边缘扫查：在板材边缘，例如50mm的区域内全面积扫查。4)．列线扫查：在整个板材的探测面上，沿垂直板的压延方向划出例50或100mm间隔的直线，探头沿此直线扫查，列线亦可平行压延方向。将不同的探伤标准与扫查方法作一个分析对照（见表1）：2由表1可知，焊管生产厂家设计、制造钢板超声波探伤设备，首先应灵活而满意地执行国内（外）所有探伤标准，而且还要满足生产节拍（生产节拍一般为4~6分钟/张）。表1探伤标准与扫查方法对照表探伤标准板内扫查方法板周边扫查方法ASTMA578-921．连续沿着相互垂直的格子线中心进行扫查，格子线间距为9英寸（225mm）或根据制造厂的选择。2．连续沿垂直于板的压延方向的平行线的中心进行扫查，扫查间距4英寸（100mm）或3英寸（75mm）。3．连续沿着板的主压延方向的平行线的中心线进行扫查，扫查间距为3英寸（75mm）或更小。2英寸（50mm）100%扫查GB/T2790-91探头沿垂直于钢板轧制方向，间距不大于100mm的平行线进行扫查。50mm100%扫查SY/T6243.5-19991．沿平行或垂直于钢板轧制方向的等间距扫查线；扫查间距分别为100、150和200mm。2．对应的最小覆盖范围分别为20%、10%和5%。3．探头摆动扫查时，最小覆盖范围应为对应给定值的一半。≥15mm100%扫查ZBJ74003-88探头沿垂直于钢板压延方向，间距为100mm的平行线进行扫查。50mm100%扫查3.扫查方式与探头数量探头相对钢板的扫查方式有：纵向扫查、横向扫查和摆动扫查（即横向梳扫）。3.1纵向扫查：探头平行于钢板压延方向作相对运动的检查方法为纵向扫查，如图1。图1纵向扫查结构工作示意图图2纵向扫查探伤线示意图显而易见，纵向扫查的探伤轨迹为平行直线（见图2），图中平行线之间的间距T可随钢管的探伤标准而改变，T=75、100、150、200、225mm。31).探头数量：探头数量多少由钢板宽度及探伤标准决定。若钢板作直线运动而探头不动的在线超声波探伤，按扫查要求摆放探头，如：板宽4500mm钢板（φ1420钢管），实施GB/T2970的1级探伤标准，作间距100mm扫查，则需要：A．主探头：（4500-2×50）/100=44只。B．两纵边探头：2×3=6只（二边各三只，因为一只探头晶片尺寸为φ20mm，考虑到50mm之内扫查100%覆盖，至少需要3只探头）。C．两横边（板头板尾）探头：1×3=3只。在主探架前方平行增加一个横边副探架（横边探头在其探架上可作返往直线运动），如图1。以上共计探头数量为53只。2).纵向扫查对探伤机的要求：A．因为探头数量多，因而要求的探伤仪通道数多。B．因为探头数量多，因而探头的夹持机械手及其升降机构（利于上、下料时保护探头）也多。3.2横向扫查探头垂直于钢板的压延方向作相对运动的检查方法为横向扫查，结构形式如图3。A)B)图3横向扫查结构工作示意图横向扫查与纵向扫查方式基本一样，探伤轨迹也为平行直线（见图4），只是横向扫查的探头数量由于一次扫查的范围增大而比纵向扫查的探头数量多。若探头数量不多，则可采用结构图3-B），钢板作步进（间歇）直线运动，探头垂直于钢板压延方向往返扫查，但它的检验节拍慢。图4横向扫查探伤轨迹示意图3.3摆动扫查（即横向梳扫）按一定间距固定的若干探头沿垂直于钢板压延方向排布，并沿垂直于钢板压延方向作横向摆动，同时钢板纵向作匀速直线连续运动并通过探头的检查方法称为摆动扫查。纵边探伤由纵边探头沿钢板压延方向扫查。横边探伤由主探头多次往返作垂直于钢板压延方向扫查。在横边探伤时，钢板必须缓慢前进，保证探伤100%。结构见图5。4图5摆动扫查结构示意图图6摆动扫查探伤线示意图探头横向摆动装置一般采用电机--曲柄滑块机械传动。当电机带动曲柄作整周连续转动时，通过连杆可带动滑块作往复直线运动。滑块下垂直挂着一排可上下升降约200mm的主探头。曲柄长度和探头间距均可调。曲柄滑块机构带动探头作往返运动，则探头沿垂直于钢板压延方向作一正（余）弦曲线运动，而钢板作匀速直线运动，我们将这两个速度合成，则可得出探头在钢板上的探伤轨迹线(见图6)，在图6中A为摆幅（摆幅A为曲柄长度的二倍），K为探头间距，S为螺距（随钢板运动速度而变化），A、K、S可随板宽和探伤标准不同而调整，K≤A。1).探头数量：如探头以250mm扫查间距摆放，则主探头需要18只，纵边探头需要6只，共计24只探头。由此可见，摆动扫查所需探头数量及仪器通道数明显比纵向、横向扫查的减少很多。摆动扫查的特点：相对于单纯的全覆盖纵（横）向扫查及往复式纵（横）向扫查，具有机械结构简单、强度高、体积小、通道数少、运行平稳可靠等特点。A.钢板两横边：主探头垂直于压延方向100%扫查；B.钢板两纵边：边探头平行于压延方向100%扫查；C.钢板内部：主探头垂直于压延方向摆动100%扫查。2).对探伤机的要求：A.因探头数量少，探伤仪通道数也少。B.因探头数量少，探伤机械部分很简单。C.对主探头有横向摆动的要求。D.对边探探头的要求：只需两组纵向边探。其边探架与纵向（横向）扫查方式的边探架一样，也应有板边跟踪和升降功能。3.4比较将上述三种扫查方式作一比较(见表2)。表2纵向扫查、横向扫查和摆动扫查比较表内容纵向扫查横向扫查摆动扫查主探头相对钢板压延方向平行垂直垂直板四周边扫查100%板内部扫查轨迹平行直线平行直线正（余）弦曲线探头总数量多图3-A多图3-B少最少探伤仪通道数多最多最少探伤设备建设成本多最多少探伤设备维护成本多最多少检验节拍快图3-A快图3-B慢最快探伤标准均能满足表1中的探伤标准5说明：1.所有比较是对同一规格钢板检测的前提下。2.维护成本包括备品备件和生产成本。4.结束语我厂直缝分厂的钢板探伤采用的是摆动扫查，该设备已使用二年多，机械性能稳定，故障少，能满足不同的探伤标准技术要求。参考资料1.西气东输工程项目部《西气东输工程X70管线试制与技术条件》2.APISPEC5L（第43版）《管线钢管规范》3.Iso3183《石油天然气工业输送钢管交货技术条件》4.ASTMA578/A578M-92《特殊用途普通钢板和复合钢板直射声速超声检测规范》5.GB/T9711.1-1997《石油天然气工业输送钢管交货技术条件第1部分：A级钢管》6.GB/T9711.2-1997《石油天然气工业输送钢管交货技术条件第2部分：B级钢管》7.GB/T2970-91《中厚钢板超声波检验方法》8.SY／T6234.5－1999《石油天然气工业水承压钢管无损探伤检测方法焊接钢管制造用钢带/钢板分层缺欠的超声波检测》9.ZBJ74003-88《压力容器用钢板超声波探伤》10.中国机械工程学会无损检测学会编《超声波探伤（无损检测Ⅱ级培训教材）》