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动静结合:材料分层缺陷超声波自动检测校验的关键
发布:kittyll   时间:2015/11/27 16:04:28   阅读:779 
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超声自动检测 图片来源:网络

为保证焊管质量,在许多重大工程项目中均要求对材料分层缺陷进行超声波自动检测,如“西气东输二线”、“西气东输三线”、“中亚C线”等工程。

API Spec 5L:2012(第45版)规定:当客户有要求时,应按照ISO 10893G9进行超声波检测;GB/T 9711-2011也规定:当客户有要求时,应按照SY/T 6423.5-1999进行超声波检测。上述标准中均允许采用?6mm平底孔作为人工缺陷,来确定检测灵敏度和校验设备。许多重大工程的技术规格书也规定采用?6mm平底孔作为超声波检测的人工缺陷来确定灵敏度。

为了验证超声自动检测设备的有效性和检测能力,校验程序必不可少,校验的方式有静态和动态两种,华油钢管有限公司的孙少卿等研究人员结合标准条款的规定及超声理论的分析,找出了合理的校验方式。
 
超声自动检测设备 图片来源:网络

静态校验是指在静态条件下,将探头对准试块上的?6mm平底孔,找到最高波,将?6mm平底孔的100%波高作为报警门限.这种校验方式形式简单、校验方便,校验时仅需要制作一个含有?6mm平底孔的试块即可,校验时间较短。

动态校验是指校验时探头和样管之间以一定的速度移动,当所有的探头均能对?6mm平底孔的人工缺陷成功报警时,即达到相应的灵敏度。这种校验方式比较复杂,难度大。

为保证材料分层缺陷检测的覆盖率,往往需要几十个探头进行检测。这就要求样管需要制作几十个?6mm平底孔的人工缺陷,制作难度大,周期长。
 
其次,材料分层自动检测装置一般没有自动跟踪功能,无法对检测过程中探头的波动(偏离正常的运动轨迹)进行及时调节;再加上探头之间的间距和人工缺陷之间的间距,很难保证每个探头的声束都通过?6mm平底孔,校验比较困难。

静态校验和动态校验各有特点,一般情况下,静态校验可以初步确定检测灵敏度,动态校验侧重测试检测系统的稳定性。动态检测条件下,如果不增加设备的增益,其检测灵敏度和静态检测条件下的检测灵敏度相比,会稍有下降。针对这种情况,有人认为材料分层校验必须要动态校验,静态校验只是基础,而不是全部。

众所周知,检测方法的选择离不开检测对象和验收标准。在验收标准一定的前提下,从经济效益和检测技术角度考虑,不需要也不可能无限制地提高检测要求。

API Spec 5L:2012(第45版)标准中关于材料的分层验收标准为ISO 10893G9 U2级别。而ISO 10893G9 U2级别要求检测的最小分层尺寸为:宽度为15mm,面积为160+w/2,w为卷板或钢板宽度。在正常生产中,w最小一般为700mm,以此计算,需要考虑的最小分层尺寸为15mm×34mm,这个面积是远远大于用于静态校验时的人工缺陷?6mm平底孔的。

根据超声检测的理论可知,缺陷的面积越大,其反射的回波声压越高。因此,即使动态检测时,其灵敏度和静态检测时相比,在不提高增益的前提下,实际检测灵敏度会稍有降低,但采用?6mm平底孔进行静态校验的设备,其灵敏度足以保证检测出标准要求的最小分层。

超声检测系统的稳定性是指在保证耦合效果良好的前提下,超声波探头不偏离其正常的运动轨迹;或者指探头在运动时,其波动的范围应符合一定要求,如焊缝超声波自动检测,一般要求其波动范围不得大于2mm。
 
超声自动检测材料分层缺陷 图片来源:网络

但材料分层缺陷自动检测不同于焊缝超声波自动检测。焊缝超声波的检测对象为焊接缺陷,如气孔、夹渣或裂纹等,其尺寸很小,一般为0.5~5mm,当检测系统的稳定性不够时,或者说探头在检测过程中波动范围较大时,往往会漏检焊接缺陷。

材料分层自动检测的对象为尺寸较大的分层,如API Spec 5L:2012(第45版)标准中的最小分层为15mm×34mm,针对这种缺陷,即使探头在检测过程中波动较大(稳定性差),只要能保证耦合效果,仍然可以保证不漏检。因此,只要材料分层检测系统具备监视功能,即失波报警功能,就没必要进行动态校验。

上述理论分析证实了静态校验即可满足材料分层的检测要求,而相关标准也证实了笔者这一观点。ISO 10893G9标准和SY/T 6423.5-1999标准中仅规定了静态校验,而没有叙及动态校验;但在焊缝超声波自动检测的标准中,例如 ISO 10893G11中,则明确规定了必须进行动态校验。

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节选自《无损检测》2015年第7期

本文作者:孙少卿,华油钢管有限公司工程师,主要从事石油输送钢管无损检测技术工作。
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