ERW焊管是利用高频电流的趋肤效应和邻近效应,将管坯边缘迅速加热到焊接温度,然后挤压焊接而成。与无缝钢管相比,ERW焊管具有尺寸精度高、价格低、生产效率高等优点,其晶粒度和结构致密性优于无缝钢管;与同规格埋弧焊管相比,ERW焊管生产速度快,焊缝处防腐层无局部减薄。其应用领域涉及石油钻井用套管、海洋石油工业的海底油气管道、油气管道、干线和城市管网的配气管等。
虽然中国引进了ERW钢管生产技术相对较早,消化吸收创新还存在严重不足。与发达国家相比,我国ERW焊管的质量还存在一定差距,在国内长输管道中的使用也受到一定的限制。ERW焊管的焊接质量是影响其性能的主要因素。ERW焊管的耐压试验和使用过程中的开裂、爆管多是由于焊接缺陷造成的。因此提高了ERW焊管的检验水平,改善了焊管的缺陷。检出率对于保证ERW焊管的质量,保证ERW焊管和管道的安全运行具有重要意义。
ERW焊管可能存在多种焊接缺陷,这些缺陷有的来自母材,有的来自焊接过程。不同的缺陷对焊接质量有不同的影响。裂纹、未熔合等区域缺陷在受力条件下容易发生应力集中,是造成焊缝低应力脆性断裂的主要原因;而气孔、夹渣等体积缺陷,虽然其开裂敏感性不及面缺陷,但减小了焊缝的有效截面积,降低了焊缝的强度。在外力的作用下,这些缺陷往往会成为裂纹的来源,最终导致焊缝的裂纹。
1、ERW焊管生产过程中的超声波检测
超声波检测是目前ERW焊管生产过程中主要的无损检测方法。其主要应用领域包括: 1) 钢板的在线超声波检测。2)ERW焊接,去除内外毛刺后的焊缝超声波在线检测。3) ERW 焊缝的离线检查。4) ERW焊接管端的超声波检测。
1.1 钢板超声波在线检测
钢板超升在线检测一般采用双晶或多晶探头,加上水膜或部分水浸,其主要目的是检测钢板平行于钢板表面的分层缺陷。扫描方式主要有两种:一种是沿轧制方向平行线扫描;另一种是钢板沿轧制方向的直线运动和探头垂直于钢管运动方向的往复运动,形成“z”形扫描。由于钢板边缘在后续的ERW焊接中形成焊缝,因此在钢板超声波探伤中检测该处的缺陷尤为重要。相关标准和规范要求对钢板边缘进行100%扫描。在实际工作中,一般通过增加钢板边缘的探头数量来保证。
1.2 焊缝超声波在线检测
ERW 焊缝超声波在线检测是在焊后去除内外毛刺后进行的。主要包括两部分:一是用A-scan或B-scan检测内外毛刺的刮削效果。与A-scan相比,B-scan可以实时显示去除内部毛刺后的焊缝内壁形态,图形显示更直观;二是纵波斜入射,利用焊管内折射产生的横波来检测焊接缺陷。由于此时焊缝温度较高,在线检测一般采用高温探头,采用局部浸水法。
1.3 焊缝超声波离线检测和管端检测
ERW焊缝的离线超声波检测一般在液压试验和倒角后进行,主要用于检测焊缝和热影响区的纵向缺陷。为了提高检测效率,一般采用自动检测。由于自动检测管端盲区的影响。之后,一般会增加焊缝的人工超声波扫描。管端检验的内容主要包括管端焊缝、管端母材分层缺陷、轴向和周向缺陷的检测。分层缺陷的检测一般采用剖分探头,对焊缝和母材中的轴向和圆周缺陷多用斜探头进行扫描。
2、ERW焊缝超声波检测工艺参数的选择
ERW焊缝的超声波检测主要包括自动检测和手动检测两种方法。目前,ERW焊缝的自动检测主要采用轮式探头检测和局部浸水检测两种形式。自动检测具有检测效率高、速度快的优点,但不利于缺陷的精确定位和定性定量分析。相比之下,人工检测更加灵活,不仅可以准确定位缺陷,还可以通过回波特征和动态波形对缺陷进行定性和定量分析。对于自动超声波检测到的缺陷,一般采用人工方法进一步确认。ERW焊缝超声波检测需要考虑的工艺参数包括折射角、
2.1 折射角的选择
ERW焊缝超声波检测一般采用纵波斜入射,通过波形转换在工件和焊缝中产生横波来实现检测。两个基本条件是:1)在母材和焊缝中激发纯横波。2)钢管内壁采用横向声束扫描。
2.2检测频率
的选择超声波检测的频率范围比较宽,一般为0.5-10MHz。频率选择应考虑以下因素:
(1)超声波检测的灵敏度约为波长的二分之一。增加频率将有助于发现较小的缺陷。此外,频率越高,脉宽越小,分辨率越高。
(2)频率高、波长短、半扩散角小、声束指向性好、能量集中,有利于缺陷的发现和定位。但对于相同的晶圆尺寸,频率越高,近场面积越大,越不利于检测。
(3)随着频率的增加,超声波的散射和吸收衰减急剧增加,不利于检测。
检测时应综合考虑各种因素,合理选择检测频率。对于ERW焊管,母材一般是晶粒比较细的热轧卷。感应加热挤压成型后的焊缝熔合区和热影响区的宽度比较窄,其晶粒度与母材基本相同。在实际工作中,为了获得更高的分辨率,在保证检测灵敏度的前提下,应尽可能选择更高的频率,一般在2.5-5MHz之间。
3. 参考试块
确定ERW焊缝超声波检测灵敏度的依据,API 5L和GB/T9711钢管焊缝超声波检测标准要求使用带N10坡口或3.2mm垂直通孔的对比试块,人工反射器回声.100%作为缺陷判断的标准。
4.结论
(1)ERW焊管超声检测中,为保证焊管内激发纯横波,对焊管内壁进行扫描,焊管折射角下限为管的横波为33.2度,上限与焊管的内外径比r/R成正比。r/R 值越大,范围越大。
(2)声束在焊管内壁的折射角为45度时,对焊缝和热影响区的表面开口缺陷有较高的检测灵敏度。但是,为了兼顾对焊缝内部径向区域缺陷的检测,还应采用大折射角的横向声束进行扫描。
(3)根据横波折射角和钢管直径,综合考虑射击队声束宽度。既要保证声束上缘不激发焊管内的表面波,又要避免在焊管内出现折射纵波。