无损检测技术在钢管检测中的应用概述

马超

【摘要】随着能源工业，特别是石油工业的持续升温，针对钢管的需求量逐年攀升，对其质量也提出了更高的要求。因此，无损检测作为一种主要的质量保证手段，其重要性越发突出。本文总结了几种适用于钢管质量无损检测先进技术，并对其实际应用进行概述。

【关键词】无损检测；涡流法；超声法；漏磁法

1 引言

近年来，随着国内工业及能源经济的迅速发展，能源和交通等基礎投资相应的增加，对钢管油管的需求也不断增加，使其广泛应用于石油、石化和建筑等行业。钢管油管作为一种技术复杂的深加工金属制品，金属材料的质量决定了钢管的质量，这就要求金属材料的物理化学性质良好，材料均匀，成分纯度高等。在实际的生产使用过程中，若钢管内部存在缺陷会给工程质量安全留下隐患，会引发严重的事故，因此对其的质量检测也得到了广泛的关注。

2 钢管无损检测方法介绍

目前，钢管的检测方法主要有涡流法、超声法、漏磁法，这些检测方法各有其优缺点，下面就三种检测方法做一对比分析。

2.1 涡流检测法

涡流检测是利用电磁感应原理，当载有交变电流的检测线圈靠近导电试件时，由于电磁感应试件内会感生出涡流。涡流的大小、相位及流动的形式会受到试件的导电性、形状等的影响，涡流产生的反作用磁场又使检测线圈的阻抗发生变化。因此，通过测定检测线圈阻抗的变化，就可以判断被测钢管管材的性能或状态，从而达到无损检测钢管缺陷的目的[1]。常用的涡流检测探头有两种：点式探头和穿过式探头。

涡流检测的主要优点是无需耦合剂，非接触检测，检测速度快，检测灵敏度高；其主要缺点是受集肤效应影响，只能检查薄试件或厚试科的表面与近表面部位，无法有效检测钢管内壁缺陷。

2.2 超声波检测法

超声波检测方法检测精度比较高，而且操作方便。但超声波检测的方式是点检测，同时需要耦合剂，检测效率较低，实现快速检测比较团难。近年来，为了适应快速的检测要求，人们在不断研究超声波的耦合技术，如空气耦合、电磁超声、激光超声和直接磁致伸缩耦合等技术[2]。德国采用水淋超声耦合技术实现工业管道壁厚和纵向裂纹的综合检测，它能满足从多个探伤面同时进行多种缺陷全面检测的需要，并能实现自动扫描、数字化控制和数据采集，从而提高了探伤的速度和超声波探伤的可靠性。

超声波探伤的方法有很多种，常用的一般使脉冲反射法。由于物体内部有缺陷，会使物体材料内部不连续，当脉冲传播到不连续处时，由于不连续处的声阻抗的不一致，而脉冲会在两个声阻抗不一致的地方发生反射现象，同时超声波反射回来的能量大小和方向与交界面处的取向大小有关。

2.3 漏磁检测法

漏磁法检测基本原理是：被测材料在外加磁场作用下被磁化，当材料中无缺陷时，磁力线绝大部分通过被测材料，此时磁力线均匀分布；当材料内部有缺陷时，磁力线发生弯曲，并且有一部分磁力线泄漏出材料表面，形成漏磁场[3]。用磁性敏感元件检测被磁化材料表面逸出的漏磁场，就可判断缺陷是否存在。同样尺寸的缺陷，位于表面上和表面下形成的漏磁场不同：表面上缺陷产生的漏磁场大；缺陷在表面下时，形成的漏磁场将显著变小。漏磁通法适用于各种铁磁材料，可以对裂纹、腐蚀等缺陷进行检验，并可以判别缺陷的位置。

漏磁检测法的主要特点有：对铁磁性材料表面、近表面、内部裂纹以及锈蚀等均可获得满意的检测效果；探头装置结构简单、易于实现、成本低且操作简单；不受被测材料表面污染状态的影响，进行检测时对被测材料表面清洁程度要求不高；能够实现较高的检测速度，可以实现全自动化检测，非常适合在流水线上进行质量检测和生产过程控制[4]。因此，在现今众多的钢管检测方法中，漏磁检测方法使用最为广泛。

3 钢管无损检测方法的实际应用

3.1 涡流钢管探伤

由电涡流基本特性可知，涡流密度主要分布于导电材料的表面附近。因此，被测钢管愈是存在表面缺陷，电涡流效应的利用愈充分。所以涡流检测适用于导电钢管表面缺陷或近表面缺陷的检测，此时灵敏度高于漏磁检测。而对于内部缺陷，涡流检测由于存在着“趋肤效应”，电涡流密度在导电导体内部是按负指数规律衰减，并随着频率、电导率和磁导率的增加而渗透深度减小，检测灵敏度降低。涡流检测一般只能检测无缝钢管的单面表面缺陷（内表面或外表面）；漏磁检测可问时检测无缝钢管的内外表面缺陷，对于内部缺陷也有一定的灵敏度[5]。相对于涡流探伤，漏磁探伤检测缺陷的灵敏度较低。

3.2 超声波检测钢管壁厚

钢管的壁厚检测常采用超声检测中的共振式和脉冲反射式两种方式进行。共振式检测壁厚的原理是利用频率在一定范围内由于变化所产生的正弦波电信号来刺激晶片，这时压电晶片就会产生频率连续变化的声波，并指向试件内部，共振原理中，如果试件的厚度是半波长的整数倍，那么试件内就会形成驻波，从而产生共振。然后依据波长和壁厚之间的公式关系来求出壁厚。但一般腐蚀的钢管厚度检测不可以用这种方法，因为共振式测厚要求试件的上下表面平坦，腐蚀性的钢管表面粗糙，较难检测。脉冲反射式测厚的原理是利用厚度与声速及超声波在试件中的传播时间的关系来确定壁厚。

3.3 漏磁检测钢管缺陷

钢管端部缺陷、油管端部螺纹区缺陷和钻杆螺纹区域的缺陷主要包括由于应力集中形成的裂纹，腐蚀坑，空洞和偏磨等。利用交流漏磁探头检测钢管端部盲区缺陷，传感器探头长10mm，最小理论检测盲区为5mm。利用交流漏磁对钻杆螺纹区域的检测主要是解决霍尔元件离螺纹根部的提离距离，还有就是形成较强的磁化通路。对油管外螺纹区和钢管端部的检测主要是通过端部内部磁化外部扫描方法，对其横向伤进行检测，由于采用工字形磁化器，基本消除了检测盲区。两种方法的灵敏度很高，提高了仪器的缺陷识别能力。

漏磁检测不仅能检出内外表面和皮下缺陷，而且无需检测就可从建立的电信号幅度与缺陷参数的关系中，获知缺陷深度和长度等特征尺寸是否达到设定的拒收水平。检测能力强，检测速度快。

4 小结

单一的无损检测方法只能检出钢管中的部分缺陷，且由于检测速度差别太大，超声和涡流探伤又很难简单的组合到一起，而钢管外观尺寸的测量和材质的鉴别只能由人工来完成。这种状况不适应现代化大生产的需求，不能够直观的显

示缺陷，使其的应用造成了一定的局限，更谈不上对生产过程起到质量控制和监督的作用。因此未来的发展方向应该向检测能力强、检测速度快、信号处理、图像成型等方向发展，使其技术更加成熟。

参考文献：

[1] 金万里，鲍士艳. 远场涡流检测技术在电厂钢管检验中的应用[J]. 无损探伤，2000，4：47～48.

[2] 焦敬品，何存富，吴斌等. 管道超声导波检测技术研究进展[J]. 实验力学，2002，17（1）：1～8.

[3] 窦建庆，谭多鸿，姜雪峰. 油管漏磁现场无损检测装置的研制与应用. 石油机械，2000，28（11）：39～41.

[4] 王太勇. 钢管漏磁在线检测技术的研究[J]. 计量学报，2002（4）：299～302.

[5] 金建华，康宜华，杨叔子. 油管损伤的磁性检测法及其技术实现[J]. 无损检测，2004，26（1）：13～17.