钢管接触法超声波探伤通波前移现象的原因分析

　　1　问题的提出

　　目前我公司离线探伤采用的是接触法超声波探伤。探头形式为双向斜探头(双发双收式组合探头),即两个探头分别沿相反方向同时发射超声波。超声波沿管壁呈锯齿形传播,当探头入射角按钢管规格正确选定后两个探头均可接收到对面探头的发射波,从而得到回波信号。此信号的声程为声波沿钢管圆周锯齿形传播所走过的路径,也可把它看做是单探头在钢管半圆周处的自发自收信号,称之为“通波”[1]。通常情况下,当扫描速度按一定规格调好之后,通波位置就不再改变,而我们在对 114.3 mm×6.35 mm(外径×壁厚)的套管和 267 mm×6.6mm的气瓶管进行探伤时,却发现通波位置发生变化。从理论上分析,只有当声程改变时通波位置才会变化,针对引起声程变化的原因我们进行了多方面的探讨和研究,并做了大量试验。

　　2　试验条件

　　2.1　样管

　　114.3 mm×6.35 mm,标准人工缺陷为纵向内外C10刻槽(人工槽深度为公称壁厚的10%)。

　　2.2　仪器

　　CTS-23型超声波探伤仪,水平线性、垂直线性良好。

　　2.3　探头

　　GZSA-管材专用超声波探头(双向斜探头),晶片直径 20 mm,频率2.5 MHz,入射角为38°。

　　2.4　试验钢管

　　114.3 mm×6.35 mm石油套管,钢极J55,钢种34Mn5。

　　2.5　超声波测厚仪

　　TT100型。

　　3　试验过程

　　3.1　初态

　　在标准人工缺陷样管上将扫描速度(水平线性比例)调好,即始波调在0格,通波调在10格,将此状态定为初始状态。在通波前移的一支 114.3 mm×6.35 mm的钢管上取样约600 mm长,取样后肉眼观察,发现此处钢管壁厚不均。探头置于图1中1和2位置,通波位置与初始状态相同,如图1中(a)所示;当探头置于图1中3位置时,通波位置变化不明显,与初始状态基本相同;当探头置于图1中4位置时,通波位置前移至示波屏8格左右,如图1中(b)所示。

　　3.2　去除残余应力的试验

　　当钢管存在较大的内应力时,将使超声波传播速度和方向发生变化[2]。而且,近年来国内探伤专家在电磁声探伤的研究中发现,钢管内残余应力对电磁声的探伤结果也有很大影响。那么是不是由于残余应力的原因使声程发生变化致使通波前移呢?于是,我们把取样的600 mm长的试样一分为二,一段保持原有状态,另一段做500℃～540℃回火处理,保温1～3 h,回火的目的在于消除残余应力。对热处理后的试样做如下试验。

　　3.2.1　电磁声试验

　　3.2.1.1　热处理前

　　探头置于图1中3位置(即壁薄处),通波位置与初始状态基本相同;探头置于图1中4位置(即壁厚处),通波位置前移。