我國(guó)冷拔無(wú)縫鋼管內(nèi)外探傷技術(shù)的基本知識(shí)

      在探傷技術(shù)領(lǐng)域，冷拔無(wú)縫鋼管是指外徑大于φ80mm的鋼管。冷拔無(wú)縫鋼管是石油、化工、熱力、鍋爐、機(jī)械液壓等行業(yè)重要用材。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)在“十一五”期間，冷拔無(wú)縫鋼管的需求量大幅度增加，并明顯呈現(xiàn)出大口徑化的發(fā)展趨勢(shì)。特別是對(duì)于要求耐腐蝕、抗擠壓的油井管和大口徑高壓鍋爐管及高質(zhì)量的石油裂化管、石油石化輸送管線管等，將隨著 對(duì)能源基礎(chǔ)設(shè)施投入的加大而成為需求的熱點(diǎn)。由此，保證產(chǎn)品出廠質(zhì)量的無(wú)損檢測(cè)提出了方法和技術(shù)上的新課題。
     水槽式超聲檢測(cè)是采用鋼管螺旋前進(jìn)式，超聲探頭固定不動(dòng)。通過(guò)水槽和被檢鋼管的底部充分水耦合的特點(diǎn)，保證耦合層的厚度不變。但是因?yàn)槌曋饕獧z測(cè)內(nèi)部缺陷對(duì)表面和次表面缺陷存在盲區(qū)，導(dǎo)致無(wú)法檢測(cè)，再加上采用螺旋前進(jìn)式，對(duì)于12m長(zhǎng)的鋼管需要占空間30m的場(chǎng)地等不足，一直影響鋼管檢測(cè)方法的選擇和推廣。
    因此，國(guó)內(nèi)外對(duì)于冷拔無(wú)縫鋼管的探傷，一般采用漏磁法或水壓實(shí)驗(yàn)。在國(guó)內(nèi)，尚沒(méi)有性能良好的適合冷拔無(wú)縫鋼管的漏磁探傷設(shè)備出品，一旦使用即需要進(jìn)口。進(jìn)口漏磁探傷設(shè)備價(jià)格昂貴，對(duì)于國(guó)內(nèi)的大多數(shù)企業(yè)難以接受;而水壓試驗(yàn)效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大，特別是當(dāng)操作者責(zé)任心不高時(shí)，水壓檢驗(yàn)形同虛設(shè)。可見(jiàn)，實(shí)現(xiàn)冷拔無(wú)縫鋼管的探傷已經(jīng)成為冶金鋼管行業(yè)亟待解決的課題。
冷拔無(wú)縫鋼管的特點(diǎn)是直徑大，壁厚相對(duì)較厚，因此根據(jù)這一特點(diǎn)充分利用超聲檢測(cè)內(nèi)部和渦流檢測(cè)表面和次表面的特點(diǎn)相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)“無(wú)盲區(qū)”探傷。通過(guò)采用“鋼管原地旋轉(zhuǎn)，檢測(cè)探頭前進(jìn)的組合方式”，不僅解決檢測(cè)問(wèn)題，還解決縮小占用場(chǎng)地的空間。
在自動(dòng)探傷中，提離效應(yīng)和穩(wěn)定耦合層對(duì)探傷的影響往往成為棘手的問(wèn)題。在自動(dòng)探傷中，提離效應(yīng)和穩(wěn)定耦合層是引起漏檢和誤報(bào)的主要原因。不管是漏檢或誤報(bào)，都影響檢測(cè)的可靠性。長(zhǎng)期以來(lái)，在自動(dòng)探傷的實(shí)際應(yīng)用中，由于提離波動(dòng)引起檢測(cè)可靠性下降的問(wèn)題或者由于水耦合層的厚度變化，一直是困擾著這種技術(shù)正常使用的“瓶頸”。
    通常，解決提離效應(yīng)的辦法主要有:探頭的機(jī)械跟蹤法、探頭線圈的橋式接法、改變檢測(cè)線圈LC回路的電容值和使用多頻檢測(cè)技術(shù)等。除機(jī)械跟蹤法外，其他的幾種解決辦法，通過(guò)改進(jìn)探頭和儀器來(lái)得以實(shí)現(xiàn)，但機(jī)械跟蹤只能改進(jìn)探頭架，來(lái)防止提離間隙的變化。在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中，探頭機(jī)械跟蹤法是常用的克服提離效應(yīng)影響的方法。常見(jiàn)的探頭機(jī)械跟蹤模式有兩種:一種，是采用輥輪限位與汽缸或彈簧頂推相結(jié)合的方法，使檢測(cè)探頭與被檢工件表面之間保持恒定距離。雖然這種方法對(duì)抑制提離效應(yīng)能起到較好的作用，但同時(shí)會(huì)使振動(dòng)噪聲加大。另一種，采用探頭機(jī)械跟蹤的方式，是利用測(cè)距探頭及時(shí)地測(cè)量出檢測(cè)探頭提離間隙的波動(dòng)情況，并用測(cè)距號(hào)來(lái)控制和驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)等動(dòng)力裝置帶動(dòng)檢測(cè)探頭動(dòng)作，以保證探頭與被檢工件之間的間隙恒定。這種方法適用于板材或坯材等平面掃查探傷，缺點(diǎn)是由于機(jī)械動(dòng)作的反應(yīng)速度比較慢，而且還比較復(fù)雜。
把探頭裝入一個(gè)探頭小車(chē)中，并采用二級(jí)彈簧頂推的方法使檢測(cè)探頭與被檢工件表面之間始終保持一定的距離。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，探頭的隨動(dòng)性比較強(qiáng)，基本保證了探頭與被檢測(cè)鋼管表面之間的距離恒定，探傷也取得了較好的效果。通常，解決水耦合層的辦法主要有:固定水槽箱、穩(wěn)定水噴裝置。由于采用鋼管旋轉(zhuǎn)探頭前進(jìn)的方式，冷拔無(wú)縫鋼管的長(zhǎng)度一般在10m左右。因此必須考慮采用穩(wěn)定水噴裝置，如增加流量口的直徑，降低流量口和鋼管的高度，減少水花。目前常規(guī)的解決辦法也只能這樣，但解決的效果是在可以接受范圍內(nèi)

 厚壁無(wú)縫鋼管縱向開(kāi)裂的原因很多，既有材料原因，也有工藝原因。以厚壁無(wú)縫鋼管為例，如果厚壁無(wú)縫鋼管塑性差或退火不好，縱向開(kāi)裂的概率會(huì)增加，但其根本原因是冷拔厚壁無(wú)縫鋼管殘余應(yīng)力大。

       根據(jù)開(kāi)裂力學(xué)的概念，構(gòu)件的開(kāi)裂是內(nèi)部裂紋形成和擴(kuò)展的結(jié)果。厚壁無(wú)縫鋼管的縱向裂紋基本為脆性裂紋，其裂紋形式為開(kāi)口型。

       一般情況下，金屬裂紋的存在是不可避免的，但在相同的材料條件下，裂紋的產(chǎn)生取決于構(gòu)件的拉應(yīng)力。影響構(gòu)件的拉應(yīng)力既可以在構(gòu)件外部加載，也可以存在于構(gòu)件的殘余應(yīng)力中。

       冷拔后，特別是空拔后，殘余應(yīng)力較大，表現(xiàn)為厚壁無(wú)縫鋼管外表面附近的切向和軸向的拉應(yīng)力，其值可以達(dá)到大值。根據(jù)上述抗拉開(kāi)裂機(jī)理，可以得出厚壁無(wú)縫鋼管外表面附近的切向殘余應(yīng)力對(duì)厚壁無(wú)縫鋼管縱向開(kāi)裂起著關(guān)鍵作用。