多通道新型钢板探伤设备的改造与应用

曹 明，汪 超，崔 强，刘胜斌，吕育栋

（1.南京市锅炉压力容器检验研究院，江苏 南京 210061；2.渤海装备南京巨龙钢管有限公司，江苏 南京 210061；3.渤海装备巨龙钢管有限公司，河北 青县 062658）

在大直径直缝双面埋弧焊钢管用钢板的超声波自动检测中，有效地检测出钢板内部存在的母材缺陷是保证产品质量的重要工序之一，尤其是对钢板板边200 mm内的非分层缺陷，钢板板边80 mm内的超标母材分层缺陷以及钢板中部超标的母材分层缺陷。多通道新型钢板探伤设备被广泛应用于钢板内在缺陷的检测，是控制焊接钢管原材料即钢板质量的重要手段之一，但对上述缺陷难以达到100%检测。本文通过大量统计分析和研究，提出了对多通道新型钢板探伤设备进行改造的方案设计，以期提高钢板缺陷的检出率，加强钢板自动探伤的准确性。

1 改造方案设计

1.1 检测板边200 mm内的超标母材非分层缺陷

焊接钢管扩径前，焊缝两侧常存在裂纹、收缩孔隙和母材夹杂等非分层缺陷，对无损检测缺陷的判定影响较大。根据这一情况，在检测钢板板边200 mm内的非分层缺陷时，增加了12组斜探头，钢板两侧每侧各6组，分别为三合一组合斜探头和二合一组合斜探头，另有1组斜探头在四合一组合探头上。3种形式的组合探头如图1所示。同时，对钢板板边200 mm内的检测工艺参数进行调整，检测时以Φ1.6 mm的竖通孔波高100%检测作为验收标准［1-3］。

图1 组合探头

1.2 检测板边80 mm内的超标母材分层缺陷

焊接钢管扩径后，常在焊缝两边检测出母材分层缺陷，导致钢管报废或者切除，影响生产效率。以西气东输二线管道工程用钢板和钢管标准为例，钢板标准Q/SY GJX 0103—2007《西气东输二线管道工程用热轧钢板技术条件》规定：对板边80 mm范围内的分层进行100%检测；双面埋弧焊钢管使用的钢板，在板边不允许存在分层、裂纹、收缩孔隙等影响钢管使用的缺陷，钢板纵侧两边不允许存在扩展到坡口面的分层；钢板纵侧边25 mm范围内的分层均视为缺陷，有这种缺陷的钢板应该切除，直到除去这种分层缺陷为止。钢管标准Q/SY GJX 0125—2007《西气东输二线管道工程用X70直缝埋弧焊管技术条件》规定：钢管焊缝两侧25 mm范围内必须进行100%分层检测，距焊缝两侧25 mm范围内的分层均视为缺陷，有这种缺陷的钢板应切除，直到除去这种分层缺陷为止［4-8］。

原多通道钢板探伤设备无法达到上述标准的要求，因此经改造，将该设备边探增加2组四合一组合探头（3个双晶直探头、1个斜探头），钢板两边每边各1组，以保证对钢板板边80 mm范围内的分层缺陷进行100%检测。对于钢板超声波自动检测，Q/SY GJX 0103—2007要求采用Ф6 mm平底孔作为校准对比试块，对比试块人工缺陷尺寸为：平底孔直径Ф6+0.350mm，平底孔深度为t/2（t指钢板厚度）。静态校准要求以对比试块上的平底孔产生的信号100%幅度作为设定设备的触发/报警界限；动态校准要求采用人工或其他方式移动对比试块或探头，移动速度应大于或等于正常检测速度并调节设定灵敏度，使探头均能检测出对比试块人工缺陷，且能触发报警系统。探伤过程中，组合探头沿板边固定不动，在钢板通过时进行检测。一般情况下，在钢板纵边80 mm范围内，采用四合一组合探头均可进行100%探伤。

1.3 钢板中部探头探伤的有效区域11.4%覆盖

以 ASTM A 435/A 435M—1990（R2007）《钢板超声直射波检验的标准规范》为基础，在检测保证100%探伤的前提下，对每个探头探伤的有效区域均有11.4%的覆盖。在探头排布的基础上，保证探头之间排布的间距为69 mm，而探头摆动的距离为50 mm，有两组探头前后摆动，保证了探头有效覆盖率 11.4%［9-10］。

对于分层缺陷的检测，探头间距69 mm，探头规格30 mm×4 mm×2 mm，扫查摆幅80 mm，边探数量2组，边探探头晶片面积∧160 mm2；由钢板规格计算主探头的数量：（板宽-80×2-80）/69。

计算覆盖面积时，可近似认为单个探头完成一次振摆周期的振摆轨迹为两个半圆的累积，如探头为30 mm×4 mm×2 mm规格F10探头，根据扫查摆幅80 mm可求得其扫查面积为5 072 mm2；钢板行进速度为4 m/min，即探头每秒行进66.7 mm，探头完成一次振摆周期的时间为3 s，一次振摆周期内行进了200 mm。如生产Ф1 219 mm×18.4 mm规格钢管时，钢板宽度为3 740 mm，则探头数量应为54组（在实际使用过程中，设备前后左右都要多用1个探头），振摆扫查覆盖率为11.4%。通过探头的合理排布，可以保证钢板中部超标缺陷100%被检出。

2 现场应用情况

改造后的多通道新型钢板探伤设备，在钢板检测过程中发挥了至关重要的作用。2011年渤海装备巨龙钢管南京公司采用改造后的设备，检测钢板超过18万t，检出缺陷钢板300 t左右；检测过程中发现的主要钢板缺陷如图2所示。在保证所生产的焊接钢管没有受到钢板缺陷影响的情况下，该公司全年产量超过18万t，年利润可观。

图2 采用改造后的多通道新型钢板探伤设备检测出的主要钢板缺陷

3 结 论

（1）多通道新型钢板探伤设备采用了多项专有技术，不仅实现了超声波检测结果的A型、B型、C型显示，而且在进行钢板超声波探伤过程中，利用12组斜探头对钢板两边各200 mm范围内进行100%横波探伤；利用2组四合一组合探头对钢板板边80 mm范围内进行100%纵波探伤；钢板中部，在保证100%探伤的前提下，对每个探头探伤的有效区域均有11.4%的覆盖。

（2）多通道新型钢板探伤设备的成功应用，可显著提高焊接钢管的生产效率，降低钢管的质量风险，在钢板轧制质量分析上也具有良好的实用价值。

［1］美国石油学会.API Spec 5L管线钢管规范［S］.44版.北京：石油工业标准化研究所，2008.

［2］中国机械工程学会无损检测分会.超声波检测［M］.北京：机械工业出版社，2004.

［3］中国机械工程学会无损检测分会.超声波探伤：无损检测Ⅱ级培训［M］.北京：机械工业出版社，2012.

［4］中国石油天然气集团公司.SY/T 6234.5—1999石油天然气工业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［S］.1999.

［5］中国石油天然气集团公司.GB/T 9711.1—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［S］.1997.

［6］中国石油天然气集团公司.GB/T 9711.2—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［S］.1997.

［7］中国石油管道建设项目经理部.Q/SY GJX 0103—2007西气东输二线管道工程用热轧钢板技术条件［S］.2007.

［8］中国石油管道建设项目经理部.Q/SY GJX 0125—2007西气东输二线管道工程用X70直缝埋弧焊管技术条件［S］.2007.

［9］中华人民共和国冶金工业部.GB/T 2970—1991中厚钢板超声波检验方法［S］.1991.

［10］美国材料与试验协会.ASTM A 435/A 435M—1990（R2007）钢板超声直射波检验的标准规范［S］.1990.