变型波在钢管接触法超声波探伤中的应用

2⑨⑥圆年第晷期∞期总第日变型波在钢管堡墼鲨塑妻鎏堡堕主竺堕旦赵仁顺(天津钢管集团股份有限公司质量保证部天津，300301)摘要】介绍了钢管接触法超声波探伤缺陷定位方法【据。——手指蘸油触摸法，，分析了利用此种方法进行缺陷定位的理论依，实践证明采用该方法对壁厚小于，30mm的钢管缺陷准确定位缺陷分析成功率高经济效益显著。关键词变型波钢管接触法缺陷定位探伤应用1前言这种现象显著增大了全水浸法超声探伤的声能衰减。天津钢管公司生产的钢管大部分都要进行超声波而在钢管接触法超声波探伤中可以利用水浸法中。探伤对于某些钢种由于在炼钢或轧管工序要产生，，一的不利因素(变型波)进行缺陷定位变型波的应用目前，下面就介绍钢管。些缺陷有时可能造成钢管的探伤废品量大导致，，接触法超声波探伤利用变型波进行缺陷定位的方法3——生产成本高成材率低，。为了避免类似情况的发生需，缺陷定位取样送钢研所对缺陷的性质及产生原因进行分析为，公司离线钢管探伤采用的是双发双收式接，改进生产工艺提供依据。然而在进行缺陷分析之前，，触法超声波探伤所谓接触法是指探头与钢管通过耦必须利用接触法超声波探伤准确确定缺陷的位置即，合介质直接接触的探伤方法声能的耦合介质常用机油规格较容易，，。实际探伤中用于传递，，对缺陷定位本文主要介绍利用变型波进行缺陷定位，。这种方法操作简便更换的方法221．。节省了自动线探伤设备更换规格的时。波型转换及变型波的产生波型转换间加快了生产节奏实际操作中可以根据通波信号，，的变化情况判断探头和仪器的工作状况且实现了钢T5777管的双向探测满足了国家标准(GB／，超声波按质点的振动方向与波的传播方向的关系分为：纵波(L)横波(s)表面波(R)和板波(La、1996)的、mb)四要求回提高了检测效率，。此外接触法探伤还能弥补，。种类型。当超声纵波倾斜入射到异质界面时除了产，，自动线探伤设备不能对缺陷精确定位的不足实际操作中行精确定位产生；二，生与入射波同类型的反射波和折射波外还会产生与入射波不同类型的反射波和折射波这种现象称为波，，经常需要对探伤超标钢管的缺陷进一目的是分析缺陷的产生原因及性质，，型转换。即纵波斜入射会在第二介质中产生折射纵，以便在今后的生产中采取有效措施避免批量废品的波和折射横波22．。是为修磨钢管外伤确定准确位置从而提高，钢管探伤变型波的产生钢管的成材率。然而达到这两个目的的前提是必须对因为对于肉眼看不见的缺陷若不能，，水浸法探伤在钢管中激发横波是利用纵波倾斜入缺陷准确定位。射时在两种介质界面上发生折射和波型转换的原理来实现的。准确标识出缺陷在钢管上的周向和轴向位置即使再然而在钢管全水浸法超声波探伤中经常，，先进的分析手段也不可能分析出正确的结果，。会产生变型波所谓变型波就是超声横波在管壁中的，31．定位方法简介每次反射所伴随的波型转换即钢冰界面上横波入射，钢管的缺陷定位的周向位置，。，即确定缺陷的轴向位置和缺陷时在第二介质(水)中转换成折射纵波，L’，如图1所自动线探伤只能大致确定缺陷的轴向位，示【lln置而不能确定缺陷的周向位置所以要对缺陷准确定位通常采用接触法探伤，。I钢管探伤缺陷定位方法有三种：公式计算法几何、、作图法对比试样比较法这三种方法在实际应用中，都比较麻烦图1。公式计算法是理论上的定位方法需要，，进行大量的计算公式冗长且繁杂算得的声程和跨，钢管浸入水中声波传播情况距要从图表中查得修正系数进行修正然后用钢卷尺，天淬，么管　度量，定出缺陷的周向距离，而且前提是必须实测探　头的入射角，既不实用，又不精确，且要携带计算器、修　正图表、钢卷尺等工具，很不适合实际探伤操作；几何　⑨⑨③年第　期总第　毋＠期　气，横波ｓ入射到钢管外壁时，由于钢的声特征阻抗　（ｚ钢＝４６ｘ１０６　ｋｇ／ｍ　・Ｓ）远远大于空气的声特征阻抗（ｚ　空气＝０．０００４ｘ１０６　ｋ　ＴＴ１２・ｓ），声压反射率趋于１００％，声　压几乎全反射；而当横波的人射角ＯＬＳＩ＞ＭＩＩ（第三临界　角）时，折射纵波沿钢管表面传播。当手指蘸油触摸钢　管外表面时，界面变为钢／油界面，会产生类似于水浸　法探伤中的变型波——折射纵波Ｌ　。由于油的声特征　作图法是根据钢管的实际尺寸，实测声程和折射角用　作图的方法进行缺陷定位，这种方法也比较烦琐，要　借助标准试块或其它工具实测声程和折射角，且要在　纸上画图求解，对于现场实际操作来说不太现实；对　比试样比较法是采用与被探钢管规格相同的刻有内、　阻抗ｚ油＝１．３ｘｌＯ６　ｋｇ／ｍ　－ｓ’因此声压反射率Ｉｒｌ＝ｌ（Ｚ油一　外表面人工缺陷的对比试样进行比较，从而对内外表　ｚ钢）／ｆＺ油＋ｚ钢）Ｉ＝ｉ（１．３－４６）／ｆ　１．３＋４６）１＝９４．５％。声　面缺陷做近似定位。这种方法较前两种方法稍简易　强反射率：Ｒ＝ｒ２：０．９４５２＝０．８９３。　些，但在实际探伤中要反复搬动样管，探头要顺、逆时　虽然此公式只适用于声波垂直人射的场合（倾斜　针两个方向探测，且要根据缺陷波在仪器示波屏上的　入射时的情况较复杂），但至少可以说明有少部分声　位置用钢卷尺测量探头前沿到缺陷的距离，也不太适　能因手指触摸钢管表面而造成能量损失，即当用手指　合现场实际操作。总之，以上三种方法都存在不同程　蘸油触摸钢管外表面时，部分能量会被手指吸收，缺　度的不足，不能适应实际探伤的需要。　陷回波会稍有下降，手指抬起后回波又恢复到原高　３．２手指蘸油触摸法　度，看上去缺陷回波就随手指触摸的节拍而上下跳　针对上述定位方法的不实用性，急需研究出一种　动。当手指触摸探头前沿到缺陷之间的任一点时，其　既简便实用又准确的缺陷定位方法，用于指导生产实　声程小于缺陷声程，所以对缺陷波的影响较对通波的　践。在长期的探伤实践中，经过反复试验研究，总结了　影响大，实际上，在缺陷波跳动的同时，通波也在跳动，　一种缺陷定位方法——手指蘸油触摸法。所谓的手指　只不过通波的跳动不如缺陷波跳动幅度大。而当手指　蘸油触摸法就是根据缺陷波随手指蘸油触摸钢管表　触摸的位置越过缺陷时，即触摸缺陷至探头后沿之间　面而上下跳动的现象来确定缺陷位置的方法。具体操　的点，此时缺陷波不跳动，跳动的只有通波。原因是当　作方法是：探头在钢管表面轴向扫查，观察仪器示波　手指越过缺陷的点触摸钢管表面时对缺陷反射的声　屏，发现缺陷最高波后固定探头，然后手指蘸油从探　能没有影响，所以缺陷波不跳动。因此，可以判断最后　头前沿开始，沿钢管圆周方向触摸钢管表面，缺陷波　一个跳动的点即为缺陷的位置，即对缺陷定位。　高会随着手指的触摸节拍而上下跳动，最后跳动的点　５实用效果　即为缺陷的位置。　在对　２４４．４８　ｍｍ￣ｌ　１．９９　ｍｍ的套管离线手工超　这样就确定了缺陷的周向距离，对于上述缺陷定　声波探伤时，探伤超标钢管较多，为分析缺陷的性质　位的两个目的来说，缺陷的深度无关紧要，只确定缺　和产生原因，利用此定位方法对超标缺陷定位，取样　陷的周向距离已满足实际需要。这种定位方法既方便　后送钢研所进行缺陷分析，结果为Ｂ类超长夹杂物，　又准确，无需计算更无需查表和携带样管及计算器、　主要成分为块状的镁铝尖晶石＋链条状的铝酸钙。说　钢卷尺等工具，不但提高了缺陷定位精度，而且加快　明利用此种定位方法定位非常准确，为缺陷分析提供　了缺陷定位速度，节省了时间，降低了劳动强度。　了必要的前提条件。　４理论依据　在此之前，我们也多次给钢研所送样进行缺陷分　手指蘸油触摸法定位时，是根据缺陷回波随手指　析，然而由于缺陷定位不准，经常导致缺陷分析失败。　的点触而上下跳动情况来确定缺陷位置的。缺陷回波　自从利用“手指蘸油触摸法”对缺陷进行定位，再没发　为什么会随着手指的触摸节拍而上下跳动如图１所　生过因定位不准而分析不出缺陷性质的现象。　示，水浸法探伤中声波在管壁中传播时，每次入射到钢　自动探伤设备在对　１　３７．９　ｍｉｎｘ７．７２　ｍｌＩ１　３０Ｍｎ５Ｖ　管外表面都伴随着波型转换，即产生了变型波。实际　Ｐ１　１０的套管进行探伤时发现钢管外伤报警下线量大，　上，当横波ｓ入射到钢管外壁时，如第二介质为固体，　如果直接判废将会给公司造成巨大浪费，需对钢管进　会同时产生折射横波ｓ　和折射纵波Ｌ　。水浸法中钢管　行挽救——修磨，但在修磨前，必须对缺陷进行精确　外表面是水，因横波不能在水中传播，所以只剩下图１　定位找到缺陷的位置，于是利用上述定位方法对缺陷　中的折射纵波Ｌ　。在接触法探伤中，钢管外表面是空　定位，修磨后复探，挽救了大批钢管，为公司挽回了巨　ＷＷＷ．ｃｈｉｔｊｍ．ｃｏｒｎ　ｔｊｙＪ＠ｑｙｊ．ｃｏｒｎ　⑥⑨圆年第晷期总第日　◎期　变型波在钢管接触法超声波探伤中的应用　大的经济损失。几年来，利用此方法多次对超标缺陷　时，缺陷波跳动得不明显，所以用此种方法定位较困　定位、解剖，钢研所每次都能准确地找到缺陷，分析出　难。一般，当钢管壁厚大于３０　ｍｍ时不能用此种缺陷　缺陷性质和产生原因，给科研及技术攻关提供了理论　定位方法进行缺陷定位。　依据。目前，此种定位方法已在公司内探伤岗位上广　泛应用。　（收稿２００８—８—２责编赵实呜）　６结束语　６．１接触法超声波探伤中，能够根据变型波原理利用　参考文献　“手指蘸油触摸法”对缺陷准确定位，缺陷分析成功率　【ｌ】赵仁顺，刘卓然．钢管水浸法超声波探伤中能量衰减现象的探讨　达到了１００％，几年来的实际应用说明此方法具有非　［Ｊ１ｌ无损检测，２００２，２４（１）：３２．　［２］ＧＢ／Ｔ５７７７－－１９９６，无缝钢管超声波探伤检验方法【ｓ】．　常高的准确性和实用性。通过在生产中采取有效措　施，大大降低了废品的产生，为公司创造了可观的经　作者简介　济效益。　赵仁顺，男，大学本科，工程师，主要从事无损检测技术管理工　６－２当钢管壁厚比较厚时，由于超声波在壁厚内传播　时能量衰减比较严重，在用手指蘸油触摸钢管表面　（上接第９２页）　系统平稳运行的基础上从不同的角度为管理者提供　数据进行解析，从而较好的提高了工作的效率开拓了　了决策依据。　分析的层面和角度抉策辅助系统创造了新的思维、新　（１）供应商绩效各个指标，构成供应商排名的数据图　的思路、更富有针对性，为使供应商管理和库存管理　表，非常直观和醒目，成为扶植优秀供应商淘汰劣质　向更加严密、科学、规范的深层次方向发展提供了科　供应商降低采购成本的依据。　学的决策依据。　（２）物品入出库的交易被作为合理库存的重要分析　指标，通过分析数据非常直观的比较出生产消耗和采　（收稿２００８—８—２责编崔建华）　购入库的数据，指导我们科学地制定重要物资的安全　库存，降低库存积压和仓储成本。　参考文献　（３）重要物资的价格趋势预测，所建立的价格预测模　【１】吴斌．商业智能的技术与实践．［Ｊ／ＯＬ１：ｈｔｔｐ：／／ｉｔ．ｍｉｅ１６８．　型旨在描述当前采购物料价格走势，所预测出的价格　ｅｏｍ／ＢＩ／２００４—０８／１１６４８．ｈｔｍ致信网＞信息化在线＞商业智能系统　为未来某一特定时期的平均价格，可以从中较为明确　ＢＩＳ＞ＢＩＳ技术栏目　【２】　【美］Ｒａｌｐｈ　Ｋｉｍｂａｌ１．Ｍａｒｇｙ　Ｒｏｓｓ．谭明金译一数据仓库工具箱：　地获得价格运行的趋势。规避采购风险、减低采购成　维度建模的完全指南．（第二版）［Ｍ］．　本。　６．２商业智能系统把业务人员从数据整理的工作中　作者简介　解放出来，从而使其充分发挥其潜在的分析管理能力．　蔡津红，女，毕业与天津大学分校计算机系，工程师。从事软　降低了数据分析的门槛，使更多的人可以参与到业务　件项目设计研发及公司现有ＥＲＰ、商业智能分析系统、人力资源等　分析中来，使得业务人员科学决策成为可能。实现了　系统的实施、运行、维护Ｔ作。　数据共享，知识的积累，提升了整个组织的业务素质。　６．３该系统利用其自身的分析功能从新的切入点对　ＷＷＷ．ｃｈｉｑｍ．ＣＯ　ｗｗｗ．ｔｊｙｊｑｋ．ｃｏｒｎ　ｔｊｙＪ＠ｑｙｊ．ｃｏｍ　ｔｊｙＪｚｚ＠ｔｊｙＪ．ｃｏｒｎ