無(wú)縫鋼管缺陷的超聲分析研究畢業(yè)論文

1、無(wú)縫鋼管缺陷的超聲分析研究摘 要無(wú)縫鋼管已經(jīng)廣泛應(yīng)用于石油、化工、電站、鍋爐、船舶、電站、航空航天、建筑以及軍工等行業(yè)。隨著國(guó)內(nèi)各行業(yè)對(duì)無(wú)縫鋼管需求的增長(zhǎng)，對(duì)于無(wú)縫鋼管缺陷的研究顯得越發(fā)重要，而對(duì)于其缺陷的研究常規(guī)的分析方法是做諸如低倍、金相等，而作為與有損檢驗(yàn)對(duì)應(yīng)的無(wú)損檢測(cè)通常還停留在探傷階段。本文就是利用應(yīng)用最為廣泛的超聲檢測(cè)從無(wú)損檢測(cè)角度對(duì)無(wú)縫鋼管缺陷進(jìn)行檢測(cè)與分析。本文應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室超聲檢測(cè)設(shè)備對(duì)無(wú)縫鋼管缺陷進(jìn)行檢測(cè)參數(shù)優(yōu)化，檢測(cè)的目的是為了用超聲成像技術(shù)來(lái)對(duì)缺陷進(jìn)行無(wú)損分析；在此根底之上利用Visual C+ 6.0與OpenGLOpen Graphics Library對(duì)現(xiàn)有超聲成像軟

2、件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，真實(shí)的反映缺陷的形貌、方位以及取向，并通過(guò)實(shí)例對(duì)無(wú)縫鋼管缺陷加以分析。研究主要結(jié)論如下： 無(wú)縫鋼管水浸聚焦檢測(cè)的參數(shù)的優(yōu)化是無(wú)縫鋼管超聲成像的根底，通過(guò)一系列的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)也暴露出傳統(tǒng)超聲波形檢測(cè)的缺乏之處：波形檢測(cè)受外界干擾大，對(duì)缺陷的判斷缺乏直觀性與重現(xiàn)性；當(dāng)量法只是評(píng)判自然缺陷當(dāng)量的依據(jù)，卻不是缺陷的真實(shí)反映，對(duì)缺陷缺少整體分析的能力。 用超聲成像技術(shù)對(duì)小口徑無(wú)縫鋼管缺陷進(jìn)行成像檢測(cè)分析豐富超聲檢測(cè)手段；對(duì)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的超聲成像軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)改良，實(shí)現(xiàn)斜入射超聲C掃描成像與三維立體成像，通過(guò)成像準(zhǔn)確的反映缺陷位置，分布以及形貌為生產(chǎn)反推缺陷的產(chǎn)生提供依據(jù)；通過(guò)整根無(wú)縫鋼管缺陷

3、分布，分布與形貌導(dǎo)入建模有限元分析，這就為無(wú)縫鋼管的平安評(píng)定，壽命評(píng)估和有限元應(yīng)力計(jì)算等提供了準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)依據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)縫鋼管超聲無(wú)損評(píng)價(jià)。 對(duì)小口徑無(wú)縫鋼管缺陷采用無(wú)損與有損檢測(cè)驗(yàn)相結(jié)合，宏觀與微觀分析的互補(bǔ)方式對(duì)缺陷產(chǎn)生的原因進(jìn)行反推，有利于實(shí)際生產(chǎn)中質(zhì)量控制。關(guān)鍵詞：小口徑無(wú)縫鋼管缺陷；水浸聚焦；斜入射超聲C掃描；超聲三維成像引 言超聲檢測(cè)以檢測(cè)靈敏度高、聲束指向性好、缺陷檢出率高以及適用性廣等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)成為無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的檢測(cè)技術(shù)。對(duì)于無(wú)縫鋼管缺陷的超聲檢測(cè)主要采用水浸式聚焦檢測(cè)方式，相比于其他超聲檢測(cè)方式，它的最大優(yōu)勢(shì)在于可以減少由于無(wú)縫鋼管曲率較大而引起的聲束能量擴(kuò)散損失。

4、作為無(wú)縫鋼管水浸式聚焦檢測(cè)關(guān)鍵參數(shù)探頭參數(shù)、偏心距、水層距離等歷來(lái)都是超聲檢測(cè)研究分析的重點(diǎn)之一，優(yōu)化這些參數(shù)是能否探測(cè)到缺陷的關(guān)鍵，也是實(shí)現(xiàn)對(duì)小口徑無(wú)縫鋼管缺陷超聲無(wú)損檢測(cè)分析的根底。目前針對(duì)無(wú)縫鋼管缺陷的超聲檢測(cè)國(guó)內(nèi)外都有大量的研究，國(guó)內(nèi)大局部生產(chǎn)單位的超聲檢測(cè)依然以波形檢測(cè)為主，側(cè)重于無(wú)縫鋼管依照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量是否合格，而國(guó)外主要集中在以工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用為根底的自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)上，在高速自動(dòng)化檢測(cè)的同時(shí)用超聲成像技術(shù)來(lái)直觀的反映缺陷的位置、形貌以及尺寸等。超聲成像掃描分析代替常規(guī)波形判定已經(jīng)成為主流趨勢(shì)，要實(shí)現(xiàn)成像應(yīng)用最為廣泛的是Visual C+ 6.0與OpenGLOpen Graphics

5、 Library。前者由Microsoft開(kāi)發(fā), 它不僅是一個(gè)C+編譯器，而且是一個(gè)基于Windows操作系統(tǒng)的可視化集成開(kāi)發(fā)環(huán)境Integrated Development Environment，IDE。而OpenGL作為三維計(jì)算機(jī)圖形軟件接口，它是一個(gè)開(kāi)放的三維圖形軟件包，它獨(dú)立于窗口系統(tǒng)和操作系統(tǒng)，以它為根底開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序可以十分方便地在各種平臺(tái)間移植。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷開(kāi)展，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫鋼管缺陷的三維立體成像也為反推缺陷產(chǎn)生原因與后續(xù)無(wú)損評(píng)價(jià)提供依據(jù)，豐富了對(duì)無(wú)縫鋼管缺陷研究的手段，也為超聲檢測(cè)由原來(lái)的無(wú)損探傷向無(wú)損評(píng)價(jià)提供了推動(dòng)力量。小口徑無(wú)縫鋼管缺陷的超聲檢測(cè)與分析研究第一章 緒論

6、 課題背景無(wú)縫鋼管作為一種經(jīng)濟(jì)斷面鋼材，具有較高的屈服強(qiáng)度和耐應(yīng)力腐蝕性能，從而被廣泛應(yīng)用于石油、化工、電站、鍋爐、船舶、電站、航空航天、建筑以及軍工等行業(yè)1。伴隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的開(kāi)展，我國(guó)目前已成為世界第一的鋼管生產(chǎn)大國(guó)、消費(fèi)大國(guó)和出口大國(guó)2，但這并不意味著中國(guó)現(xiàn)在是鋼管生產(chǎn)強(qiáng)國(guó)，有些高級(jí)專(zhuān)業(yè)鋼管還依賴(lài)于進(jìn)口3。無(wú)縫鋼管生產(chǎn)一般經(jīng)過(guò)管坯加熱、管坯穿孔、毛管軋制、鋼管定徑與減徑以及精整等工序4，這些工序中無(wú)論是原料還是加工操作都用可能使無(wú)縫鋼管產(chǎn)生缺陷，這就對(duì)國(guó)產(chǎn)鋼管的質(zhì)量檢驗(yàn)水平提出更高的要求。由于無(wú)縫鋼管的工作條件和用途不同，對(duì)其形狀和尺寸、化學(xué)成分、力學(xué)性能以及工藝性能等質(zhì)量指標(biāo)和技術(shù)條件有

7、著不同的要求。各標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的有關(guān)要求主要包括：化學(xué)成分、幾何尺寸精度、外表與內(nèi)部質(zhì)量、物理化學(xué)性能、工藝性能和金相組織以及對(duì)特殊用途的鋼管提出的特殊要求等1。其中，鋼管的外表與內(nèi)部質(zhì)量的檢查驗(yàn)主要包括人工肉眼檢查與有無(wú)損檢測(cè)。1.2 無(wú)縫鋼管缺陷的概述我國(guó)介紹熱軋無(wú)縫鋼管質(zhì)量缺陷的主要技術(shù)資料是1990年由原冶金工業(yè)部情報(bào)標(biāo)準(zhǔn)研究所鋼鐵標(biāo)準(zhǔn)化室編寫(xiě)的?鋼鐵產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化工作手冊(cè)?。該書(shū)詳細(xì)闡述了熱軋無(wú)縫鋼管的19種缺陷,它們分別是：裂縫裂紋、發(fā)紋、內(nèi)折、外折疊、軋制折疊、軋折、直道內(nèi)折、直道、離層、結(jié)疤包括翹皮、凹坑凹陷、凹面碰癟、凸面鼓包、麻點(diǎn)麻面、矯凹、擦傷、內(nèi)螺旋、青線和毛刺5。目前

8、上述的19種缺陷已有多處變動(dòng)6。第一，自1999年大范圍修訂熱軋無(wú)縫鋼管?chē)?guó)家標(biāo)準(zhǔn)以下簡(jiǎn)稱(chēng)國(guó)標(biāo)起，“發(fā)紋這一缺陷已經(jīng)被取消。第二，“毛刺已不再單獨(dú)列為一種缺陷，只是在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中講到端頭的外形時(shí)，有“切口毛刺應(yīng)予去除的文字要求。以下為無(wú)縫鋼管主要缺陷的概述： 內(nèi)折，鋼管的內(nèi)折是指鋼管內(nèi)外表呈現(xiàn)螺旋形、半螺旋形或無(wú)規(guī)那么分布的鋸齒狀折疊。鋼管內(nèi)外表不允許有內(nèi)折，局部?jī)?nèi)折應(yīng)切除，全長(zhǎng)內(nèi)折應(yīng)報(bào)廢。 直通內(nèi)折，鋼管的直道內(nèi)折是指鋼管內(nèi)外表呈現(xiàn)對(duì)稱(chēng)或單條直線形的折疊。有通長(zhǎng)的，也有局部的。直通內(nèi)折可用肉眼觀察，鋼管內(nèi)外表不允許存在直通內(nèi)折，局部直通內(nèi)折應(yīng)切除，通長(zhǎng)直通內(nèi)折應(yīng)報(bào)廢。 外折，鋼管的外折是指在鋼管

9、外外表出現(xiàn)的螺旋形狀的片狀、線狀折疊。其螺旋旋轉(zhuǎn)方向與穿孔荒管旋轉(zhuǎn)方向相反，且螺距較大、分布于局部或全長(zhǎng)。外折可用肉眼觀察，鋼管外表不允許存在外折。局部外折可切除，全長(zhǎng)外折應(yīng)報(bào)廢。 軋折，鋼管的軋折是指鋼管管壁沿縱向局部或通長(zhǎng)呈現(xiàn)外凹里凸的皺折，外外表呈條狀凹陷。鋼管的軋折可用肉眼觀察，鋼管不得存在軋折。 撕裂，鋼管的撕裂是指鋼管外表有撕開(kāi)破裂現(xiàn)象，多發(fā)生在薄壁鋼管上。鋼管外表不允許存在撕破，局部撕裂應(yīng)予切除。 過(guò)熱及過(guò)燒，鋼管的過(guò)熱及過(guò)燒是指在管坯外表上生成深厚的氧化鐵皮，能使鋼管金屬塑性迅速降低。過(guò)熱鋼坯，金屬晶粒粗大，穿孔成管后，外表呈現(xiàn)網(wǎng)狀的鱗層。過(guò)燒管坯，金屬晶界被氧化，管坯在出爐后

10、，在輥道上已冒火花，嚴(yán)重的過(guò)燒擲在地上會(huì)崩裂成碎塊。有過(guò)熱和過(guò)燒的管坯，穿孔時(shí)易于軋長(zhǎng)和產(chǎn)生內(nèi)折。有過(guò)燒的鋼管應(yīng)判廢品。當(dāng)有爭(zhēng)議時(shí)，可采用金相檢驗(yàn)及其他方法鑒定。 發(fā)紋，鋼管的發(fā)紋是指在鋼管外外表上呈現(xiàn)的連續(xù)或不連續(xù)的發(fā)狀細(xì)紋。其旋轉(zhuǎn)方向與穿孔荒管旋轉(zhuǎn)方向相反，且螺距較大。鋼管外表不允許存在肉眼可見(jiàn)的發(fā)紋，如有應(yīng)全部去除。 離層分層，鋼管的離層分層是指在鋼管端部或內(nèi)外表出現(xiàn)螺旋形或塊狀金屬別離或破裂。局部離層分層應(yīng)切除。 結(jié)疤，鋼管的結(jié)疤是指鋼管內(nèi)外外表上呈現(xiàn)邊緣有棱角的斑疤。結(jié)疤一般不生根，容易剝落，呈局部的零星分布。鋼管外表允許存在深度未超過(guò)壁厚負(fù)偏差的局部微小結(jié)疤。較嚴(yán)重的結(jié)疤應(yīng)予去除。

11、 麻面，鋼管的麻面是指鋼管外表呈現(xiàn)上下不平的麻坑。輕微的麻面允許存在，嚴(yán)重的麻面不允許存在，并根據(jù)缺陷程度決定是否進(jìn)行修磨。 直道，鋼管的直道是指鋼管內(nèi)外外表有一定寬度的直線形劃痕。一般結(jié)構(gòu)用鋼管和用于加工機(jī)械零件的鋼管，直道深度不使壁厚超出負(fù)偏差時(shí)，允許存在。對(duì)于鍋爐的壓力管道以及類(lèi)似用途的鋼管，應(yīng)按相應(yīng)的技術(shù)條件檢查。 凹面碰癟，鋼管的凹面碰癟是指鋼管外表局部向內(nèi)凹陷，管壁呈現(xiàn)外凹里凸而無(wú)損傷現(xiàn)象。鋼管外徑不超過(guò)負(fù)偏差的凹面允許存在，超過(guò)的應(yīng)予切除。 凹坑凹陷，鋼管的凹坑凹陷指的是鋼管內(nèi)外外表上出現(xiàn)面積不的局部凹陷，一般指點(diǎn)豆?fàn)畹男〗Y(jié)疤。鋼管外徑不超過(guò)負(fù)偏差的凹坑凹陷允許存在，超過(guò)的應(yīng)予切

12、除。 矯凹，鋼管的矯凹是指鋼管端部或外表沿長(zhǎng)度方向呈螺旋形凹入。無(wú)明顯棱角或內(nèi)外表不突起的可判為合格品；反之，判為不合格品。 擦傷，鋼管的擦傷是指鋼管內(nèi)外外表呈現(xiàn)出的螺旋形狀或直線狀、有規(guī)律或無(wú)規(guī)律分布的點(diǎn)、線溝疽。在穿孔機(jī)和均整機(jī)處造成的擦傷，螺旋方向與荒管旋轉(zhuǎn)方向一致，且螺距與荒管螺距相同。在軋管機(jī)處產(chǎn)生的擦傷，如無(wú)均整工序而是冷拔工序，鋼管的擦傷呈軸向方向的直線；如通過(guò)均整，鋼管的擦傷呈螺旋狀。在輥道等運(yùn)輸工具處造成的擦傷為直線狀，其方向位置隨產(chǎn)生原因而有所不同。擦傷可用量具測(cè)量其深度。對(duì)局部的、邊緣比擬圓滑的擦傷，當(dāng)其深度不超過(guò)直徑和壁厚的偏差時(shí)，允許存在。邊緣鋒利或較嚴(yán)重的擦傷，應(yīng)予

13、去除17。1.3 無(wú)縫鋼管缺陷的有無(wú)損檢測(cè)分析方法1.3.1 無(wú)縫鋼管缺陷的有損檢驗(yàn)測(cè)分析方法有損檢驗(yàn)是相對(duì)于無(wú)損檢測(cè)而定義的，也稱(chēng)破壞性檢測(cè)。無(wú)縫鋼管的有損檢驗(yàn)有物理化學(xué)性能檢驗(yàn)、工藝性能檢驗(yàn)以及質(zhì)量缺陷檢驗(yàn)等1。物理化學(xué)性能檢驗(yàn)包括常溫下或者一定溫度條件下的鋼管力學(xué)性能試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)、韌性試驗(yàn)和硬度試驗(yàn)，液壓試驗(yàn)以及腐蝕試驗(yàn)晶間腐蝕試驗(yàn)、抗氫致開(kāi)裂試驗(yàn)-HIC、抗硫化物應(yīng)力開(kāi)裂試驗(yàn)-SSCC等。工藝性能檢驗(yàn)包括鋼管的壓扁試驗(yàn)、環(huán)拉試驗(yàn)、擴(kuò)口試驗(yàn)和卷邊試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)等。針對(duì)鋼管質(zhì)量缺陷的有損檢驗(yàn)主要有低倍檢驗(yàn)、金相檢驗(yàn)以及掃描電子顯微鏡SEM，Transmission Electron Mic

14、roscope分析等。所謂宏觀檢驗(yàn)是指人用肉眼或者放大鏡在材料或者零件上檢查因冶煉、軋制以及各種加工過(guò)程中所帶來(lái)的化學(xué)成分及組織等不均勻性或者缺陷的一種檢驗(yàn)方法，也稱(chēng)低倍檢驗(yàn)。低倍檢驗(yàn)方法是對(duì)鋼坯和鋼材進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)的一種重要的方法，由于其檢驗(yàn)方法簡(jiǎn)單，能夠快速而直觀判斷鋼坯和鋼材內(nèi)部存在的缺陷，因而得到廣泛的應(yīng)用。檢驗(yàn)方式包括：酸浸試驗(yàn)、斷口試驗(yàn)、塔形車(chē)削發(fā)紋試驗(yàn)和硫印試驗(yàn)等。其中酸浸試驗(yàn)是宏觀檢驗(yàn)中最常用的一種檢驗(yàn)方法，就是將制備好的試樣用酸液腐蝕，以顯示其宏觀組織和缺陷。可分為熱酸浸蝕法、冷酸浸蝕法和電解酸蝕法三種。檢驗(yàn)人員通過(guò)宏觀檢驗(yàn)肉眼觀察無(wú)縫鋼管外表缺陷與斷裂口形貌。金相檢驗(yàn)是指在金

15、相顯微鏡下觀察、識(shí)別和分析金屬材料的微觀組織狀態(tài)和分布情況。借以判斷和評(píng)定金屬材料質(zhì)量的一種檢驗(yàn)方法。它的目的，一方面是常規(guī)檢驗(yàn)，根據(jù)已有知識(shí)判斷或確定金屬材料的質(zhì)量和生產(chǎn)工藝及過(guò)程是否完善，如有缺陷時(shí)，借以發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生缺陷的原因；另一方面那么是更深入地了解金屬材料微觀組織和各種性能的內(nèi)在聯(lián)系，以及各種微觀組織形成的規(guī)律等，為研制新材料和新工藝提供依據(jù)7。無(wú)縫鋼管的金相檢驗(yàn)的內(nèi)容一般包括：非金屬夾雜物的鑒定和組織缺陷的分析等。SEM那么是利用高能電子束，在試樣外表上進(jìn)行光柵狀掃描，由于高能電子束與物質(zhì)的交互作用，結(jié)果產(chǎn)生各種信號(hào)：二次電子、背散射電子、吸收電子、俄歇電子等，將這些信號(hào)相應(yīng)地接收放大

16、后，送到顯象管的柵極上，用來(lái)調(diào)制顯象管的亮度，由于掃描線圈上的電流與顯象管上的電流是同步的，因此試樣外表上任意一點(diǎn)發(fā)射的信號(hào)與顯象管熒光屏上相應(yīng)的亮度是一一對(duì)應(yīng)的，即電子束打到試樣上一點(diǎn)，在熒光屏上就出現(xiàn)一個(gè)亮度，因此試樣外表不同位置的信號(hào)強(qiáng)度，顯示為樣品外表的放大像8。對(duì)于無(wú)縫鋼管缺陷的SEM分析主要有裂口形貌分析與非金屬夾雜物成分分析等。1.3.2 無(wú)縫鋼管缺陷的無(wú)損檢測(cè)分析方法無(wú)損檢測(cè)是建立在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)根底上的一門(mén)綜合性技術(shù)。它在不損壞被檢測(cè)物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的前提下，應(yīng)用物理方法，檢測(cè)物體內(nèi)部或外表的結(jié)構(gòu)、狀態(tài)以及性能，檢查物質(zhì)內(nèi)部是否存在缺陷，從而判斷被檢測(cè)物體是否合格，并評(píng)價(jià)其適用性。

17、無(wú)損檢測(cè)的目的在于：檢測(cè)各種設(shè)備或工業(yè)系統(tǒng)在制造、安裝、使用過(guò)程中存在的不完整性及缺陷情況，以利改良這些設(shè)備、工業(yè)系統(tǒng)的制造工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，保證他們平安、高效、可靠地運(yùn)行。所以，作為一門(mén)獨(dú)立的綜合性應(yīng)用技術(shù)學(xué)科，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)水平的先進(jìn)性與否是衡量一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)開(kāi)展、科技進(jìn)步以及工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。對(duì)于無(wú)縫鋼管的無(wú)損檢測(cè)一般可以分為在線檢測(cè)和離線檢測(cè)兩種，在線檢測(cè)方法主要有射線檢測(cè)RT，Radiography Testing、漏磁檢測(cè)MFL，Magnetic Flux Leakage Testing、渦流檢測(cè)ET，Eddy Testing以及超聲檢測(cè)UT，Ultrasonic

18、 Testing，而離線檢測(cè)方法包括磁粉檢測(cè) MT，Magnetism Testing和滲透檢測(cè)PT，Penetrate Testing。在實(shí)際的工作中，沒(méi)有哪一種無(wú)損檢測(cè)方法是十全十美的，各種方法之間要取長(zhǎng)補(bǔ)短，檢測(cè)人員首先必須了解各種無(wú)損檢測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，掌握各種不同方法的適用性和它們之間的相互關(guān)系，在綜合分析與評(píng)價(jià)的根底上，根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)要求的差異綜合的來(lái)選擇最正確檢測(cè)方法，確定最正確的無(wú)損檢測(cè)方案。 射線檢測(cè)方法射線檢測(cè)是工程檢測(cè)中歷史最悠久的一種無(wú)損檢測(cè)方法。射線檢測(cè)利用X射線、射線、中子射線、高能射線等各種射線對(duì)物質(zhì)的穿透能力以及射線在穿透材料過(guò)程中發(fā)生的衰減規(guī)律來(lái)發(fā)現(xiàn)工程材料及其構(gòu)

19、件內(nèi)部存在的各種形式的宏觀缺陷或測(cè)定材料的各種性能與物理量的一種無(wú)損檢測(cè)方式。射線檢測(cè)適用范圍很廣，幾乎對(duì)所有的材料都能進(jìn)行檢測(cè)；它對(duì)被檢測(cè)工件的幾何形狀、外表粗糙度沒(méi)有嚴(yán)格的要求以及能直觀地顯示缺陷的影像等優(yōu)勢(shì)。然而對(duì)于無(wú)縫鋼管檢測(cè)來(lái)說(shuō)，射線檢測(cè)實(shí)際應(yīng)用的很少，一般它應(yīng)用在小口徑管對(duì)接焊縫的檢測(cè)，而且射線檢測(cè)速度在無(wú)損檢測(cè)中最慢，清洗與防護(hù)的要求都很高，對(duì)人體的傷害性遠(yuǎn)高于其他無(wú)損檢測(cè)方法9。目前，國(guó)內(nèi)鋼管的射線檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)有?SY/T 6423.1-1999 石油天然氣工業(yè) 承壓鋼管無(wú)損檢測(cè)方法 埋弧焊鋼管焊縫缺欠的射線檢測(cè)?。 漏磁檢測(cè)漏磁檢測(cè)是指鐵磁性材料被外磁場(chǎng)磁化后，材料內(nèi)外表、外外

20、表和內(nèi)部缺陷會(huì)在材料外表形成漏磁場(chǎng)，通過(guò)傳感器對(duì)材料外表進(jìn)行掃查，將外表缺陷漏磁場(chǎng)轉(zhuǎn)化為缺陷信號(hào)來(lái)發(fā)現(xiàn)缺陷位置和缺陷參數(shù)的一種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。由于漏磁檢測(cè)是用磁化傳感器檢測(cè)缺陷，所以它易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；有較高的檢測(cè)可靠性，可以實(shí)現(xiàn)缺陷的初步量化以及高效無(wú)污染。當(dāng)然，漏磁檢測(cè)方法也有一定的局限性：只適用于鐵磁材料或者能感生渦流的非金屬材料，檢測(cè)靈敏度低以及缺陷的量化粗略。對(duì)于無(wú)縫鋼管來(lái)說(shuō)，外表及近外表缺陷檢測(cè)效果遠(yuǎn)高于內(nèi)部缺陷的檢測(cè)。漏磁檢測(cè)設(shè)備體積較大、線圈質(zhì)量重，操作不方便。而且探頭掃描與磁化同時(shí)進(jìn)行，檢測(cè)信號(hào)受背景磁場(chǎng)的影響較大，增加了信號(hào)處理的難度，降低了儀器的可靠性；檢測(cè)后還需要對(duì)鋼管進(jìn)行

21、退磁處理1012。目前，國(guó)內(nèi)無(wú)縫鋼管漏磁檢測(cè)主要依據(jù)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有?GB/T12606-1999 鋼管漏磁探傷方法?與?GB/T 25727-2021 無(wú)損檢測(cè) 鋼管自動(dòng)漏磁檢測(cè)系統(tǒng)綜合性能測(cè)試方法?等。 渦流檢測(cè)渦流檢測(cè)是建立在電磁感應(yīng)原理之上的一種無(wú)損檢測(cè)方法，適用于導(dǎo)電材料。當(dāng)導(dǎo)體置于交變磁場(chǎng)之中，導(dǎo)體中就會(huì)有感應(yīng)電流產(chǎn)生，這種電流稱(chēng)為渦流。由于導(dǎo)體自身各種因素如電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、形狀、尺寸與缺陷等的變化，會(huì)導(dǎo)致感應(yīng)電流的變化，利用這種現(xiàn)象來(lái)判知導(dǎo)體性質(zhì)、狀態(tài)以及有無(wú)缺陷的檢測(cè)方法叫做渦流檢測(cè)法。綜上概述，渦流檢測(cè)的對(duì)于鋼管的檢測(cè)不需要接觸，無(wú)需耦合介質(zhì)，檢測(cè)速度較快，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；對(duì)于鋼

22、管外表缺陷的探測(cè)靈敏度高，且在一定范圍內(nèi)具有良好的線性指示，可對(duì)大小不同的缺陷進(jìn)行評(píng)價(jià)，故可用作質(zhì)量管理與控制；檢測(cè)時(shí)不需要接觸鋼管又不用耦合介質(zhì)，也可在高溫下的檢測(cè)。但渦流檢測(cè)的局限性在于：渦流檢測(cè)的對(duì)象必須是導(dǎo)電材料，而且只適用于檢測(cè)鋼管外表缺陷，不適用于檢測(cè)深層的內(nèi)部缺陷；采用穿過(guò)式線圈進(jìn)行渦流檢測(cè)時(shí)，線圈獲得的信息是鋼管一段長(zhǎng)度的圓周上影響因素的積累結(jié)果，對(duì)缺陷所處圓周上的具體位置無(wú)法判定，采用旋轉(zhuǎn)探頭式渦流檢測(cè)可準(zhǔn)確探出缺陷位置，靈敏度和分辨率也很高，但檢測(cè)區(qū)域狹小，全面掃查檢測(cè)速度較慢；檢測(cè)后還需要對(duì)鋼管進(jìn)行退磁處理1113。作為鋼管重要的無(wú)損檢測(cè)方法，國(guó)內(nèi)無(wú)縫鋼管渦流檢測(cè)主要依據(jù)

23、的標(biāo)準(zhǔn)有?GB/T 7735-2004 鋼管渦流探傷檢驗(yàn)方法?以及?YB/T 4083-2000 鋼管自動(dòng)渦流探傷系統(tǒng)綜合性能測(cè)試方法?等。 磁粉檢測(cè)磁粉檢測(cè)是利用磁現(xiàn)象來(lái)檢測(cè)鐵磁性材料外表及近外表缺陷的一種無(wú)損檢測(cè)方法。當(dāng)鋼管被磁化時(shí)，假設(shè)鋼管外表及近外表存在裂紋等缺陷，就會(huì)在缺陷部位形成泄漏磁場(chǎng)也稱(chēng)漏磁場(chǎng)，泄露磁場(chǎng)將吸附、聚集檢測(cè)過(guò)程中施加的磁粉，形成磁痕，從而提供缺陷顯示。磁粉檢測(cè)作為一項(xiàng)較為成熟的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，具有自身的特點(diǎn)：顯示直觀；檢測(cè)靈敏度高；適應(yīng)性好；效率高、本錢(qián)低、設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，檢測(cè)速度快，費(fèi)用低廉，但是，它只適用于檢測(cè)鐵磁性金屬材料；只適用于檢測(cè)鋼管外表與近外表缺陷；

24、通常用目測(cè)檢查缺陷，磁痕的判斷和解釋需要檢測(cè)人員有較高的經(jīng)驗(yàn)與水平11。國(guó)內(nèi)關(guān)于無(wú)縫鋼管的磁粉檢測(cè)可以參考國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)?ISO 13665-1997 Seamless and welded steel tubes for pressure purposesMagnetic particle inspection of the tube body for the detection of surface imperfections?等。 滲透檢測(cè)滲透檢測(cè)是一種以毛細(xì)作用原理為根底用于檢測(cè)非疏孔性金屬和非金屬試件外表開(kāi)口缺陷的無(wú)損檢測(cè)方法。滲透檢測(cè)的工作原理是：鋼管外表被施涂含有熒光染料或著色染料的滲

25、透劑后，在毛細(xì)作用下，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，滲透劑可以滲入外表開(kāi)口缺陷中；去除外表多余的滲透劑，經(jīng)枯燥后，再在鋼管外表施涂吸附介質(zhì)顯像劑；同樣在毛細(xì)作用下，顯像劑將吸引缺陷中的滲透劑，即滲透劑回滲到顯像劑中；在一定的光源下黑光或白光，缺陷處的滲透劑痕跡被顯示黃綠色熒光或鮮艷紅色，從而探測(cè)出缺陷的形貌及分布狀態(tài)。滲透檢測(cè)不受材料組織結(jié)構(gòu)與化學(xué)成分的限制；具有較高的檢測(cè)靈敏度；顯示直觀，容易判斷；而且操作方法快速、簡(jiǎn)單。但是它只適合檢查出鋼管外表開(kāi)口性缺陷；對(duì)于外表粗糙的鋼管，易造成假象，影響檢測(cè)效果；滲透檢測(cè)只能檢出缺陷的外表分布，難以確定缺陷的實(shí)際深度14。國(guó)內(nèi)關(guān)于無(wú)縫鋼管的滲透檢測(cè)可以參考國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)?

26、ISO 12095-1994 Seamless and welded steel tubes for pressure purposesLiquid penetrant testing?等。 超聲檢測(cè)超聲波在被檢測(cè)材料中傳播時(shí)，材料的聲學(xué)特性和內(nèi)部組織的變化對(duì)超聲波的傳播將會(huì)產(chǎn)生一定的影響，通過(guò)對(duì)超聲波受影響程度和狀況進(jìn)行探測(cè)來(lái)了解材料性能和結(jié)構(gòu)變化的技術(shù)被稱(chēng)為超聲檢測(cè)技術(shù)。超聲波檢測(cè)方便簡(jiǎn)單通用；靈敏度較高，指向性較好；可以檢測(cè)鋼管外表及其內(nèi)部缺陷。但是，由于超聲檢測(cè)的特性，如果利用水浸檢測(cè)法，會(huì)對(duì)鋼管有一定的氧化腐蝕；檢測(cè)速度也沒(méi)有漏磁檢測(cè)與渦流檢測(cè)快1516。目前，國(guó)內(nèi)關(guān)于無(wú)縫鋼管的超聲

27、檢測(cè)主要依據(jù)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為?GB/T5777-2021 無(wú)縫鋼管超聲波探傷檢驗(yàn)方法?與黑色冶金行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)?YB/T 4082-2000 鋼管自動(dòng)超聲探傷系統(tǒng)綜合性能測(cè)試?；可以參考的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)有?ISO 9303：1989E承壓無(wú)縫鋼管和焊接埋弧焊除外鋼管縱向缺陷的全周向超聲波試測(cè)?等。然而，無(wú)縫鋼管作為重要的工業(yè)產(chǎn)品，由于材質(zhì)或者使用環(huán)境的不同，對(duì)于某一特殊的鋼種或者行業(yè)，需要其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行參照，例如，國(guó)內(nèi)有?GB/T 12969.1-1991 鈦及鈦合金管材超聲波檢驗(yàn)方法?，?GB/T 4163-1984 不銹鋼管超聲波探傷方法?，航空行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)?HB/Z 75-1983 航空用小直徑薄壁無(wú)縫鋼

28、管超聲波檢驗(yàn)說(shuō)明書(shū)?，中國(guó)船舶工業(yè)總公司部標(biāo)準(zhǔn)?CB 1134-1985 BFe 30-1-1管材的超聲波探傷方法?，中華人民共和國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)?SY/T 6699-2007 管材缺欠超聲波評(píng)價(jià)推薦作法?等，這些標(biāo)準(zhǔn)的制定都從一個(gè)側(cè)面反映出無(wú)縫鋼管高質(zhì)量要求以及超聲檢測(cè)的重要性，說(shuō)明超聲檢測(cè)已經(jīng)成為無(wú)縫鋼管檢測(cè)中應(yīng)用最廣泛、使用頻率最高、目前開(kāi)展較快的一種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。無(wú)縫鋼管的超聲檢測(cè)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國(guó)外無(wú)縫鋼管的超聲檢測(cè)研究現(xiàn)狀從上個(gè)世紀(jì)70年代以來(lái)，無(wú)縫鋼管的超聲檢測(cè)研究在國(guó)外主要集中在以工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用為根底的自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)上。美國(guó)IRIS公司生產(chǎn)的IRIS 9000超聲檢測(cè)系統(tǒng)是一

29、種全自動(dòng)管內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)。這套檢測(cè)系統(tǒng)主要針對(duì)氣水冷熱交換管的無(wú)損檢測(cè)，可以精確地檢測(cè)管道內(nèi)部和外部的腐蝕和點(diǎn)蝕等缺陷，軟件包含有便攜式旋轉(zhuǎn)彩色B掃描成像系統(tǒng)，如圖1.1所示。該設(shè)備檢測(cè)對(duì)象較為固定，檢測(cè)的針對(duì)性強(qiáng)，但對(duì)于其他用途的無(wú)縫鋼管以及非腐蝕類(lèi)缺陷檢測(cè)是否適用，IRIS公司相關(guān)資料未加以說(shuō)明17。圖1.1便攜式IRIS 9000軟件系統(tǒng)Fig. Portable IRIS 9000 software systems美國(guó)GE公司擁有的Krautkramer德國(guó)K-K公司超聲波大型鋼管檢測(cè)設(shè)備GRP-PAT，該設(shè)備采用最新相控陣檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)全管體縱向，橫向，斜向0°20°

30、18。美國(guó)GE公司還擁有“CLUSTER檢測(cè)系統(tǒng)。該設(shè)備特點(diǎn)：“簇式探頭架，允許周向布置9個(gè)檢測(cè)探頭，全面檢測(cè)縱向，橫向，斜向，分層缺陷，厚測(cè)及耦合監(jiān)測(cè)，或采用高速“簇式探頭架檢測(cè)縱向厚度及耦合監(jiān)測(cè)；不同管徑和壁厚尺寸可靈活選擇不同“CLUSTER探頭架；缺陷處自動(dòng)報(bào)警和噴標(biāo)，為后續(xù)分選提供依據(jù)；最大檢測(cè)速度達(dá)2米18。 圖1.2 GRP-PAT檢測(cè)系統(tǒng) 圖1.3 “CLUSTER檢測(cè)系統(tǒng)Fig.1.2 GRP-PAT detection systems Fig.1.3 "CLUSTER" detection system上述兩種檢測(cè)設(shè)備主要是針對(duì)石油天然氣管道，適用管徑都

31、是在60mm以上的大口徑無(wú)縫鋼管，管徑小于60mm的小口徑無(wú)縫鋼管不適用。針對(duì)小口徑無(wú)縫鋼管檢測(cè)，GE公司擁有ROT系列管材超聲檢測(cè)系統(tǒng)與ROTA系列管材檢測(cè)系統(tǒng)，兩套檢測(cè)系統(tǒng)采用旋轉(zhuǎn)探頭產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)超聲場(chǎng)，并同時(shí)具有垂直入射和斜入射高密度超聲脈沖，實(shí)現(xiàn)100%斷面聲束覆蓋，并保證周向靈敏度的一致性18。GE公司的管材超聲檢測(cè)設(shè)備中GRP-PAT檢測(cè)系統(tǒng)、“CLUSTER檢測(cè)系統(tǒng)以及ROT系列檢測(cè)系統(tǒng)采用的是UNI-VIS軟件，可顯示多通道彩色帶狀模式條線圖，如圖1.4所示。ROTA系列檢測(cè)系統(tǒng)采用的是NUscan軟件，這是一個(gè)專(zhuān)利成像軟件，可提供A，B，C掃描和對(duì)被檢部件缺陷的準(zhǔn)確顯示功能18。

32、這兩種顯示軟件對(duì)缺陷的展示都是以一維或者二維平面形式，而無(wú)縫鋼管作為非平面件產(chǎn)品，鋼管缺陷用平面圖像顯示并非最正確效果。 圖1.4 UNI-VIS應(yīng)用軟件 圖1.5 NUscan應(yīng)用軟件Fig.1.4 UNI-VIS application software Fig.1.5 NUscan application softwareOlympus泛美也是世界知名的無(wú)損檢測(cè)公司，擁有檢測(cè)無(wú)縫鋼管的設(shè)備主要有旋轉(zhuǎn)管材檢測(cè)系統(tǒng)RTIS與在線離線ERW管材檢測(cè)系統(tǒng)。其中RTIS使用相控陣技術(shù)對(duì)管材進(jìn)行全管體檢測(cè)，這個(gè)系統(tǒng)基于“水楔概念，通過(guò)膜狀材料，使一個(gè)儲(chǔ)水容器發(fā)揮持續(xù)穩(wěn)定的效用，可以快速進(jìn)行耦合，并具

33、有較短的非檢測(cè)區(qū)域長(zhǎng)度。19。 a b圖1.6 RTIS檢測(cè)系統(tǒng)Fig.1.6 RTIS detection system(a) 機(jī)械系統(tǒng)； (b) 軟件系統(tǒng)從圖1.6(b)可見(jiàn)系統(tǒng)缺陷檢測(cè)以常規(guī)的波形檢測(cè)為主，對(duì)缺陷的描述不直觀。另一套在線(b)中參加了彩色二維帶狀圖像，但就設(shè)備設(shè)計(jì)特性而言，這種二維帶狀圖更適合于電阻焊接ERW管材進(jìn)行焊縫和熱影響區(qū)HAZ的檢測(cè)設(shè)計(jì)，氣動(dòng)懸掛可以使檢測(cè)頭跟蹤管材的移動(dòng)，并在出現(xiàn)燒剝孔或卷材板之間的對(duì)接焊縫時(shí)，基于渡越時(shí)間分析的獨(dú)特算法公司專(zhuān)利可以對(duì)燒剝區(qū)域進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，并將反響信息發(fā)送到PLC，以自動(dòng)調(diào)整每個(gè)水楔，檢測(cè)頭的旋轉(zhuǎn)能力可以使每個(gè)探頭在-120+1

34、20度之間獨(dú)立移動(dòng)自動(dòng)焊縫跟蹤，但是對(duì)于無(wú)縫鋼管而言，如外折在鋼管外外表呈螺旋形狀且螺距較大、分布于局部或全長(zhǎng)，這使得跟蹤范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于焊縫跟蹤的范圍，雖然采用自動(dòng)跟蹤對(duì)于缺陷的描述較為直觀形象，但局部跟蹤不能反映缺陷在整個(gè)無(wú)縫鋼管中的位置分布1920。 (a) (b)圖1.7 在線離線ERW檢測(cè)系統(tǒng)Fig.1.7 On-line / Off-line ERW detection system(a) 機(jī)械系統(tǒng)；(b)軟件系統(tǒng)圖1.8 ERW檢測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)焊縫跟蹤Fig.1.8 ERW detection system of automatic weld tracking1.4.2 國(guó)內(nèi)無(wú)縫鋼管的超

35、聲檢測(cè)研究現(xiàn)狀目前，國(guó)外許多公司的超聲設(shè)備的先進(jìn)性主要是表達(dá)在一些關(guān)鍵技術(shù)上，國(guó)內(nèi)由于機(jī)械制造加工水平相對(duì)落后，精密程度較低，從而對(duì)產(chǎn)品的功能性、可靠性和美觀性等方面有較大影響，故國(guó)內(nèi)無(wú)縫鋼管生產(chǎn)廠家的管材超聲檢測(cè)設(shè)備主要還是依賴(lài)于進(jìn)口。雖然我國(guó)無(wú)縫鋼管超聲檢測(cè)方面的研究起步較晚，與國(guó)外相比還有很大的差距，但近年來(lái)通過(guò)一些高校和企業(yè)對(duì)無(wú)縫鋼管超聲檢測(cè)等相關(guān)技術(shù)與設(shè)備的研究，使得國(guó)內(nèi)無(wú)縫鋼管超聲檢測(cè)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。合肥工業(yè)大學(xué)何輔云教授研制了噴淋水耦合式旋轉(zhuǎn)多探頭高能超聲動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，可以對(duì)管材壁厚和鋼管內(nèi)部的折疊缺陷進(jìn)行檢測(cè)。因?yàn)槭嵌嗤ǖ罊z測(cè)可對(duì)缺陷分區(qū)定位，檢測(cè)精度為±2122。

36、設(shè)備利用DSP的多通道緩沖串口接受和處理超聲信號(hào)的回波數(shù)據(jù)，在采集同時(shí)采用LZW壓縮算法，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)快速準(zhǔn)確的采集和處理23。但該設(shè)備采用垂直入射法對(duì)無(wú)縫鋼管進(jìn)行檢測(cè)，這就不可防止的存在近外表檢測(cè)盲區(qū)問(wèn)題，對(duì)于薄壁管來(lái)說(shuō)，再小的盲區(qū)都是不能允許存在的。天津市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院劉懌歡等同志利用內(nèi)置旋轉(zhuǎn)式超聲波檢測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)稱(chēng)IRIS對(duì)鋼管內(nèi)壁和外壁進(jìn)行全面檢測(cè), 并對(duì)其進(jìn)行精確定量24。內(nèi)置旋轉(zhuǎn)式超聲波檢測(cè)技術(shù)是利用反射鏡的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)周向的掃查, 從而到達(dá)對(duì)管子進(jìn)行全面掃查的效果。從檢測(cè)手段來(lái)說(shuō)，利用IRIS技術(shù)檢測(cè)無(wú)縫鋼管存在一定的缺乏之處，首先，由于這種檢測(cè)技術(shù)的特殊性，使得探頭需要特

37、制。其次，檢測(cè)結(jié)果受鋼管清潔狀況和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)條件影響較大，例如，耦合條件較為苛刻，水臟或者氣泡會(huì)導(dǎo)致信號(hào)不穩(wěn)定和數(shù)據(jù)喪失，水壓過(guò)小會(huì)導(dǎo)致水泄漏或者渦輪驅(qū)動(dòng)壓力喪失。從缺陷顯示來(lái)說(shuō)，渦輪每旋轉(zhuǎn)一周創(chuàng)立一個(gè)被檢鋼管的截面掃描圖像，當(dāng)探頭進(jìn)入到管子內(nèi)部時(shí)，連續(xù)的圖像形成管壁的彩色C掃描成像，如圖1.9所示，從文獻(xiàn)中作者提供的掃描圖像可見(jiàn)，檢測(cè)受一定的干擾，不穩(wěn)定。圖1.9 在役鋼管C掃描成像Fig. 1.9 C-scan imaging of in-service tube杭州浙大奔月科技以浙江大學(xué)周曉軍教授為代表的科研團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)研制成功國(guó)內(nèi)第一家基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的超聲波掃描成像系統(tǒng)以及復(fù)雜曲面超聲波C掃

38、描成像檢測(cè)系統(tǒng)。其中棒管材水浸超聲波無(wú)損探傷系統(tǒng)：7個(gè)自由度聯(lián)動(dòng)，管件軸線自動(dòng)跟蹤功能，能以軸向成像、徑向成像等方式給出內(nèi)部缺陷的定性和定量分析25。在超聲自動(dòng)檢測(cè)C掃描成像方面，由于機(jī)械回程間隙和超聲信號(hào)采集滯后等，使成像圖元和實(shí)際測(cè)試的工件位置不重合，周曉軍教授的研究生李雄兵博士為消除機(jī)械回程間隙產(chǎn)生的定位誤差，一方面，在運(yùn)動(dòng)控制上加編碼器實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，保證探頭位姿誤差相對(duì)最小；另一方面為減少信號(hào)采集過(guò)程中的時(shí)耗，通訊接口采用總線方式，或提高信號(hào)采樣頻率、降低檢測(cè)速度等，這些措施在一定程度上能改善圖像鋸齒錯(cuò)位的現(xiàn)象。為此，他們先在標(biāo)準(zhǔn)試塊上掃描成像，確定缺陷樣件的錯(cuò)位量，然后用其去修正其它

39、CC掃描圖像26。這不僅改善了成像的質(zhì)量，更重要的是對(duì)缺陷的精確定位、定量分析意義重大。 (a) (b)圖1.10 鋸齒消除前后C掃描圖像比照Fig. 1.10 C-scan images compared of before and after anti-aliasing(a) 消除鋸齒前；(b) 消除鋸齒后李雄兵C掃描圖像26。圖1.11 曲面C掃描圖像Fig. 1.11 Curved surface C-scan images通過(guò)上以上概述可知周曉軍教授團(tuán)隊(duì)在超聲波檢測(cè)系統(tǒng)的研制與開(kāi)發(fā)上是國(guó)內(nèi)較為先進(jìn)的，但對(duì)于無(wú)縫鋼管的檢測(cè)在其相關(guān)學(xué)術(shù)案例鮮有出現(xiàn)，更多的是對(duì)于棒材以及航空構(gòu)件等曲面構(gòu)件

40、的檢測(cè)成像2729。中核集團(tuán)核動(dòng)力運(yùn)行研究所在役檢查中心對(duì)核電站蒸汽發(fā)生器傳熱管和CANDU 堆壓力管利用自行設(shè)計(jì)的自動(dòng)掃查裝置與+Micro plus16通道超聲數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，如圖1.12所示。探頭在充滿(mǎn)水的壓力管內(nèi)部以周向掃查和軸向掃查，從而探測(cè)分布于不同方向的缺陷。+ 超聲系統(tǒng)將采集的超聲數(shù)據(jù)和位置信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)，并可進(jìn)行B，C，D型顯示，以及對(duì)超聲數(shù)據(jù)進(jìn)行離線分析，但文獻(xiàn)中作者沒(méi)有給出B，C，D型顯示的真彩檢測(cè)案例圖像。 (a) (b)圖1.12 Micro plus16通道數(shù)字式超聲波管道檢測(cè)系統(tǒng)Fig.1.12 + (Micro plus) 16-channel dig

41、ital ultrasonic pipe inspection systema壓力管自動(dòng)掃查裝置；b管道超聲檢測(cè)掃查器誠(chéng)然，通過(guò)國(guó)內(nèi)學(xué)者與專(zhuān)家的努力，我國(guó)無(wú)縫鋼管超聲檢測(cè)水平與國(guó)際水平的差距正在縮小，但目前我國(guó)超聲檢測(cè)大局部還集中在手持式單/多通道超聲波儀研制，通過(guò)波形判斷來(lái)對(duì)缺陷進(jìn)行判定檢測(cè)。綜合無(wú)縫鋼管的超聲檢測(cè)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀可見(jiàn)伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)，傳感技術(shù)以及自動(dòng)控制技術(shù)的開(kāi)展，超聲檢測(cè)技術(shù)正向快速化、標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化、程序化和標(biāo)準(zhǔn)化的方向開(kāi)展。另一個(gè)趨勢(shì)是對(duì)無(wú)縫鋼管缺陷的超聲檢測(cè)與分析正從以往的波形判定檢測(cè)轉(zhuǎn)向于數(shù)字化圖像分析檢測(cè)，讓檢測(cè)結(jié)果更加直觀便捷，減少人為因素的干擾，開(kāi)創(chuàng)從無(wú)損檢測(cè)

42、角度對(duì)缺陷進(jìn)行分析而不是僅僅探測(cè)有無(wú)超標(biāo)缺陷，這也為無(wú)損檢測(cè)向無(wú)損評(píng)價(jià)開(kāi)展起推動(dòng)作用。 本論文研究的主要內(nèi)容本學(xué)位論文研究主要是利用超聲檢測(cè)技術(shù)與超聲成像技術(shù)對(duì)無(wú)縫鋼管的缺陷進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)的分析與研究。論文共分四章，各章內(nèi)容概括如下：第一章為緒論，主要內(nèi)容：課題背景的論述，無(wú)縫鋼管缺陷的概述，無(wú)縫鋼管各種檢測(cè)方式的比擬以及國(guó)內(nèi)外對(duì)無(wú)縫鋼管超聲檢測(cè)研究的現(xiàn)狀。第二章為無(wú)縫鋼管缺陷超聲檢測(cè)與關(guān)鍵參數(shù)優(yōu)化，主要內(nèi)容：從無(wú)縫鋼管成型工藝入手分析缺陷取向性，進(jìn)而提出實(shí)驗(yàn)方法以及對(duì)無(wú)縫鋼管水浸式聚焦檢測(cè)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行分析與優(yōu)化實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼管橫向、縱向缺陷的優(yōu)化檢測(cè)。第三章為無(wú)縫鋼管缺陷的超聲成像分析，主要內(nèi)容：對(duì)

43、無(wú)縫鋼管缺陷進(jìn)行超聲成像掃描分析，以現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)軟件為根底，對(duì)掃描成像軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)與改良，實(shí)現(xiàn)三維立體成像。第四章無(wú)縫鋼管缺陷實(shí)例分析，主要內(nèi)容：把超聲無(wú)損檢測(cè)與有損檢測(cè)驗(yàn)相結(jié)合對(duì)小口徑無(wú)縫鋼管缺陷進(jìn)行實(shí)例檢測(cè)分析，分析缺陷產(chǎn)生的工序與原因。第五章對(duì)本論文研究結(jié)論進(jìn)行總結(jié)。第二章 無(wú)縫鋼管缺陷超聲檢測(cè)與關(guān)鍵參數(shù)優(yōu)化利用超聲波技術(shù)來(lái)對(duì)無(wú)縫鋼管缺陷開(kāi)展無(wú)損方式的分析工作，首先是要用超聲波來(lái)精確的檢測(cè)到缺陷，否那么，用超聲成像技術(shù)來(lái)分析缺陷就成為空談。 超聲A掃描如今，超聲檢測(cè)技術(shù)數(shù)字化已經(jīng)成為當(dāng)今的主流趨勢(shì)。通常超聲檢測(cè)進(jìn)行的處理是去除信號(hào)中的噪聲，其次是將已經(jīng)去除噪聲的信號(hào)進(jìn)行再處理，包括

44、增益控制、衰減補(bǔ)償、信號(hào)包絡(luò)、FFT分析及圖像顯示等。超聲信號(hào)經(jīng)接收局部放大后，由數(shù)/模轉(zhuǎn)換器變?yōu)閿?shù)字信號(hào)傳給計(jì)算機(jī)，換能器的位置可受編碼電機(jī)控制或由人工操作，由轉(zhuǎn)換器將位置變?yōu)閿?shù)字傳給計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)再把隨時(shí)間和位置變化的超聲波形進(jìn)行復(fù)雜的處理，得出了檢測(cè)的各種掃描數(shù)據(jù)，進(jìn)而設(shè)置有關(guān)參數(shù)或?qū)⑻幚斫Y(jié)果波形、圖形等在屏幕上顯示、打印出來(lái)或給出光、聲識(shí)別及報(bào)警信號(hào)31。目前應(yīng)用最為廣泛的數(shù)字化超聲檢測(cè)方式是波形檢測(cè)，即通常所說(shuō)的A型掃描檢測(cè)。A型超聲波檢測(cè)因其回聲顯示采用幅度調(diào)制顯示amplitude modulation Display而得名，它實(shí)際上是超聲脈沖回波圖形，橫坐標(biāo)代表被探測(cè)物體的深度

45、，縱坐標(biāo)代表回波高度即超聲波的振幅，根據(jù)接收的回波可知缺陷在材料中的深度與大小，檢測(cè)人員根據(jù)回波的一些特性，諸如波幅和波密度等再結(jié)合日常檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)在一定程度上可對(duì)缺陷進(jìn)行模糊的定性分析，但是A掃描是回波圖，只能反響局部的回波信息，不能直觀地顯示缺陷形態(tài)等特征31，如圖2.1所示。圖2.1 超聲A掃描示意圖Fig.2.1 Schematic diagram of ultrasonic A-scan雖然波形檢測(cè)受檢測(cè)條件與人為因素較大，但作為最根底的檢測(cè)方式，超聲B掃描，超聲C掃描以及相控陣掃描等成像檢測(cè)技術(shù)都離不開(kāi)超聲波回波信號(hào)的分析處理等，所以在小口徑無(wú)縫鋼管缺陷超聲檢測(cè)分析過(guò)程中波形檢測(cè)顯得極

46、為重要，這就要求檢測(cè)人員對(duì)無(wú)縫鋼管的超聲檢測(cè)的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，最為準(zhǔn)確的檢測(cè)到鋼管的缺陷。2.2 缺陷形貌對(duì)檢測(cè)的影響分析應(yīng)用波形檢測(cè)通常是根據(jù)缺陷回波波高來(lái)確定其大小，而波高的大小與缺陷的實(shí)際尺寸往往不是一致的，甚至有很大差距，這是因?yàn)槿毕莼夭úǜ吲c缺陷形狀、取向、大小和性質(zhì)等因素都有關(guān)系。其中缺陷的取向包含缺陷所處方位及其指向性，方位是指缺陷反射面相對(duì)于入射聲束軸線的位置與缺陷本身與探頭的相對(duì)位置。實(shí)際檢測(cè)中缺陷反射面與入射聲束軸線垂直的情況是少見(jiàn)的，當(dāng)有傾角時(shí)，缺陷回波隨傾角的增大而急劇下降，所以認(rèn)知無(wú)縫鋼管的成型工藝對(duì)于研究缺陷的取向性是十分重要的。作為無(wú)縫鋼管穿孔工序中應(yīng)用最為廣泛

47、的就是斜軋穿孔工藝。管坯在斜軋穿孔過(guò)程中所產(chǎn)生的缺陷與穿孔管坯在變形區(qū)中的變形條件有著密切的關(guān)系。就以二輥式斜軋穿孔工藝為例，由于斜軋穿孔工藝的特點(diǎn)，在整個(gè)變形區(qū)中均存在金屬的附加變形，這對(duì)于穿孔毛管的質(zhì)量是不利的。斜軋穿孔時(shí)，金屬的附加變形包括扭轉(zhuǎn)變形、軸向沿穿孔方向剪切變形和切向沿圓周方向剪切變形等。附加變形是由于金屬各局部各層的變形不均勻不協(xié)調(diào)所產(chǎn)生的。金屬的附加變形會(huì)帶來(lái)一系列的不良后果，如由金屬的附加變形所引起的附加應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力容易導(dǎo)致毛管的內(nèi)、外外表和內(nèi)部產(chǎn)生質(zhì)量缺陷，并使得所需變形能量增大等13233。無(wú)縫鋼管的特殊工藝讓缺陷也有了特殊的取向性，如圖2.2所示。在穿孔工藝研究中，國(guó)內(nèi)外對(duì)二輥斜軋穿孔時(shí)圓管坯端面上變形強(qiáng)度研究也有很多，其中有結(jié)論認(rèn)為變形強(qiáng)度沿圓管坯截面上呈“W形分布形態(tài)3436，這就要求我們?cè)跈z測(cè)鋼管時(shí)，超聲波聲束路徑也應(yīng)該是一個(gè)“W形，如圖2.3所示，這樣才能檢測(cè)出諸如外表傾角30°60°的橫向或者斜向的缺陷，如何實(shí)現(xiàn)超聲波聲束“W形路徑，這就對(duì)檢測(cè)方式與檢測(cè)運(yùn)動(dòng)方式提出了要求。圖2.2 無(wú)縫鋼管缺陷類(lèi)型示意圖Fig.2.2 Schematic diagram of seamless steel tubes defect type圖2.3 “W形超聲波聲