大直缝焊管钢板超声波探伤的几种扫查方式浅析

1.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．API SPEC 5L（第43版）*；  B．ISO3183.1（2；3）[equ GB/T 9711.1（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／A 578M－92*； B．GB／2970.91*；
C．SY／T6234.5－1999* D．ZB J74  003－88*

　　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。  

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。   

　　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。 

1).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。 

　　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。   

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。 
  
　　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250 mm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。

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。 
 

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