钢板超声波自动扫查方式对探伤覆盖率的影响

张 伟，李 慧，刘 聪

（1.渤海石油装备巨龙钢管有限公司，河北沧州 062658；2.渤海能克钻杆有限公司，河北沧州 062658）

0 引言

超声波在被检测材料中传播，当被检测材料的厚度为超声波的半波长的整数倍时将引起共振，仪器上会显示出规律的波形。当超声波遇到缺陷时会发生一些特性的变化，如能量损失、反射等，共振频率发生变化，此时仪器上会显示出不同的波形，通过这些特性可以判断材料的缺陷（图1）。超声波具有灵敏度高、穿透力强、设备轻便等特性，所以该检测技术被广泛应用于金属、非金属和复合材料等制造行业，尤其在天然气长输钢管的制造过程中发挥了重要作用，主要用于检测钢板母材中是否有分层、夹渣、裂纹等缺陷。

图1 接触法单探头直射声束脉冲反射法

1 标准要求

钢板超声波检测一般采用脉冲反射法进行检测，脉冲反射法检测灵敏度高，可对缺陷精准定位且操作方便，缺点就是有检测盲区，需要通过设置合理的扫查方式来覆盖盲区。扫查指的是在检测过程中，钢板和探头装置之间应相对移动。不同的标准对钢板扫查覆盖范围有不同的要求，具体见表1。

通过表1 可知，这4 个标准中都明确规定了钢板超声波检验的宽度范围，扫查的最小覆盖范围和相邻扫查轨迹间的最大间距。

表1 不同标准的钢板扫查覆盖范围

现有的钢板超声波自动探伤设备，有两种扫查方式可供选择。一种为摆动扫查，即钢板和探头同时运动，钢板前进，探头在板宽方向做往复运动（图2）。另一种为梳状扫查，即钢板前进、探头保持不动（图3）。

图2 摆动扫查

图3 梳状扫查

由于标准要求的不同，所选的扫查方式也要相应改变。另外，检测过程中相对移动速度波动应≤±10%。

2 实际应用

2.1 探头的选择

在CDP-S-NGP-PL-013-2019-4《天然气管道工程用直缝埋弧焊管热轧钢板技术规格书》中，第9.4.2.1.2 条款对探头做出了明确的要求：宜采用晶片直径或边长小于30 mm、频率为2.5 MHz、5 MHz 直探头。在评估和精确测定缺陷时，允许使用其他性能更优的探头。

所以，探头晶片的尺寸可定为8 mm×29.8 mm×2 mm，而探头频率则要根据探伤速度及探伤所要求的设备重复频率来选择。

2.2 边部探头的选用

钢板超声波自动探伤仪的探头由边部探头和中部探头两部分组成。

标准对钢板侧边一定范围内要求100%扫查，所以，边部探头一般设计为探伤覆盖范围达到一定尺寸的组合式探头，即将多个探头组合成为一个探头组，且各探头重叠15%。将装有组合式探头的探架固定在用电机控制的托板上，托板上同时装有边靠轮和随动气缸。探伤时，探头落在钢板边部，探头一侧与钢板侧边边平齐，探头通过边靠轮及随动气缸与钢板型变同步，以达到100%扫查。

2.3 中部探头的选用

为满足标准的要求，中部探头的布置则需要根据不同的板体覆盖率进行选择。现有标准对覆盖面积大致分为3 个等级。

2.3.1 覆盖面积为5%～25%

要达到该覆盖面积，有两种探头布置方式：

（1）采用摆动扫查，中探设置一排，选用单个探头，根据所要生产的板宽设置探头，且相邻扫查轨迹间的最大间距小于40 mm。

（2）采用梳状扫查，中探设置一排，选用单个探头，根据所要生产的板宽设置探头，且相邻扫查轨迹间的最大间距小于40 mm。

虽然两种扫查方式的覆盖率都可以达到标准的要求，但是相对于梳状扫查，摆动扫查覆盖具有一定的随机性。所以，在覆盖面积5%～25%时建议采用摆动扫查。

2.3.2 覆盖面积为30%～55%

要达到该覆盖面积，有两种探头布置方式，无论是摆动扫查还是梳状扫查，方式及要求同“覆盖面积在5%～25%”一样，但采用梳状扫查时要求探头之间重合15%。

两种扫查方式的覆盖率都可以达到标准的要求，但覆盖面积30%～50%时建议采用摆动扫查。

2.3.3 覆盖面积100%

覆盖面积100%时，只能采用梳状扫查，且中探需设置双排组合式探头。设置双排探头的目的是为了避免探头夹持工装所造成的探伤盲区。

3 结束语

由于国内外标准或技术条件的要求不同，对于检测面积的要求也不同。所以，各生产厂家需要根据自己所执行的标准或技术条件进行钢板超声波自动探伤设备的选择。