马朝辉
（宝鸡石油钢管有限责任公司，陕西宝鸡721008） 摘
要：分析螺旋缝埋弧焊管自动超声波检测现状及存在的问题，设计了一种新的焊缝横向缺陷组合探头。 分析认为：焊缝横向缺陷组合探头可以在不对探伤设备进行大幅度改造前提下，实现厚壁螺旋缝埋弧焊管焊缝横向缺陷的全覆盖检测，满足国家重点管线大壁厚（20mm 以上）钢管焊缝检测要求；由此获得的方法和经验亦可供厚壁螺旋缝埋弧焊管焊缝纵向缺陷检测借鉴，并推广至其他厚壁钢管焊缝探伤检测。
关键词：螺旋缝埋弧焊管；焊缝；横向缺陷；超声波检测；组合探头中图分类号：TG115.285；TG441.7
文献标志码：B 文章编号：1001-2311（2019）06-0066-04
Analysis for Ultrasonic Detection of Weld Transversal
Defect of Heavy -wall HSAW Pipe
MA Zhaohui
（Baoji Petroleum Steel Pipe Co.，Ltd.，Baoji 721008，China ）
Abstract ：Analyzed here in the article are the current situation and some existing problems in association with the
automatic ultrasonic detection of the HSAW pipe.Accordingly a new type integrated probe set is designed for detection of weld transversal defects.It is regarded via the analysis that without significant modification of the existing detection
system ，the said integrated probe set is capable of performing whole -coverage transversal weld defect detection of the HSAW pipe so as to meet the requirements for weld detection for heavy -wall （over 20mm ）steel pipes as used for national key pipeline systems.Moreover the detection method and experiences as resulting from this innovated UT equipment is
worth referencing for detection of weld longitudinal defects of the heavy -wall HSAW pipe ，and spreading up for weld
detection of other types of heavy -wall steel pipes as well.
Key words ：HSAW pipe ；weld ；transversal defect ；ultrasonic detection ；integrated probe set
1螺旋缝埋弧焊管自动超声波检测现状
目前，国内天然气管道用螺旋缝埋弧焊管最大规格为Φ1422mm ×21.4mm ，钢级为X80M ，设计压力达到了12MPa ，制造要求相对较高。由于制管车间流水线工作模式，需采用检测速度快的自动超声波探伤对每根钢管的焊缝进行100%检查。自动超声波探伤是制管车间的一个重要工序。钢管焊缝的自动超声波探伤与手工超声波探伤不同。手工探伤时可以利用探头前后、左右、转角和环绕等多种扫查方式来实现焊缝中各种位置和取向缺陷的检
测；而自动超声波探伤由于探头固定，缺少手工操
作的灵活优势，只能依靠探头的合理排布，使声束覆盖被检测焊缝[1-9]。
图1所示为目前国内常用的螺旋缝埋弧焊管自动超声波探伤设备的探头排布。1~4号为横向缺陷探头，其中1、2号探头检测外焊缝上半区，探头1发射，探头2接收，占用1个通道；3、4号探头
检测内焊缝下半区，探头3发射，探头4接收，占用1个通道。探头5和6采用双晶水膜法，检测焊缝两侧25mm 范围分层缺陷，占用2个通道。7~10号为1组串列式纵向中间缺陷探头布局，7号探头与9号探头用同一声程检测焊缝中间纵向缺陷，8号探头与10号探头用同一声程检测焊缝中间纵向
马朝辉（1984-），男，工程师，长期从事螺旋缝埋弧焊管无损检测技术研究
。
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缺陷。11号和12号探头采用脉冲反射式检测钢管内焊纵向缺陷，13号和14号探头采用脉冲反射式检测
钢管外焊纵向缺陷[10-15]。
2存在的问题
石油天然气管线标准要求自动超声波探伤设备的校验样管上有N5刻槽和Φ1.6mm 透壁孔（又称通孔）两种人工缺陷。天然气管道用焊管自动超声波探伤样管人工缺陷如图2所示[1-2]。样管上的N5刻槽分为纵向和横向，纵向刻槽6个，横向刻槽2个，分别位于钢管内外表面，用以检查各探头检出缺陷的能力。Φ1.6mm 通孔位于焊缝中心，用于确定检测灵敏度。在进行设备灵敏度校验时，自动超声波探伤设备应能够检出样管中所有人工缺陷，这也是对整个设备性能的最低要求。对于所有的刻槽，刻槽长度至少是探头宽度的2倍，但不超过
50mm 。焊缝金属上缺陷刻槽深度为
（壁厚+焊缝调节度）×5%。
超声波探伤样管N5横向刻槽位于焊缝的内外表面，在校验设备时以检出此横向刻槽为准，检测方法如图3~4所示。图3~4中焊缝的内外横向刻
槽利用两组一发一收模式的斜探头进行检测。由于标准要求使用样管校验时需检测出人工刻槽缺陷，所以在设备调试过程中，一般将超声波主声束对准焊缝内外表面上的横向刻槽，这样当钢管壁厚较大
电容噪声时，超声波声束可能无法覆盖整个焊缝区域（图3），
造成焊缝中心横向缺陷的漏检。目前，国内螺旋缝埋弧焊管自动超声波探伤设备普遍设计为悬挂两组横向缺陷检测探头，受探头架结构的影响，无法安装更多的横向探头，这样势必会影响厚壁钢管横向缺陷的检测效果。
3一种新设计的横向缺陷组合探头
螺旋缝埋弧焊管自动超声波探伤设备需要实现
对焊缝的100%覆盖检测（包括整个壁厚范围和一
定宽度范围）。随着国内大直径、厚壁螺旋缝埋弧焊管的广泛应用，超声波探伤设备需要进行升级改造，以适应新的变化需求。设备改造有两个途径：一是增加探头架数量，由此增加探头数量，但这需要对设备整体进行重新设计，不仅改造费用大，而且探头架数量越多时，设备调试将越复杂，检测效
图1
螺旋缝埋弧焊管焊缝检测探头布置示意
图2天然气管道用焊管自动超声波
探伤样管人工缺陷示意
1—外焊横槽
2—内焊横槽
3—探头
图3焊缝横向刻槽检测剖面
1—焊缝2—内焊横槽3—外焊横槽4—探头
图4焊缝横向刻槽检测探头布置
马朝辉：厚壁螺旋缝埋弧焊管焊缝横向缺陷超声波检测分析
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果也难于把控；二是设计组合探头，将现有的单通道斜探头改为双通道斜探头，加大声束覆盖范围。
宝鸡石油钢管有限责任公司设计的焊缝横向缺陷组合探头，探头内置两个晶片，错位布置，双晶片斜探头内、外焊缝横向刻槽检测剖面如图5~6所示。在调试过程中，只需要将外侧一组晶片分别调整至探测焊缝内外横向刻槽，这样由于内侧一组晶片与外侧晶片声束方向一致，内侧晶片即可探测焊缝的心部。组合探头中两个晶片之间的距离，需要根据钢管壁厚和斜探头K值通过计算得出。如果计算得到的晶片间距离较大，造成组合探头体积过大不利于探头的装卡，可将两晶片设计为不同K 值。图5~6中剖面线部分为使用组合探头后新增加的声束覆盖区域。双晶片斜探头焊缝横向刻槽检
测布置如图7所示。
4两种探头的对比分析
原有的检测焊缝横向缺陷的单晶片探头，在管壁较薄时可以覆盖探测整个焊缝，但是管壁加厚时，单晶片探头虽然可以检出样管内外壁上的横向刻槽，满足标准要求，却可能无法完全覆盖整个焊缝区域，只能通过在样管焊缝中心制作人工缺陷的试验来证明漏检的可能性，改造前焊缝中心人工缺陷无法检出情况如图8所示。利用设计的焊缝横向缺陷组合探头，增加了对焊缝的检测覆盖率，可有效探测焊缝心部缺陷，改造后焊缝中心人工缺陷检出情况如图9所示，既有效地保证了钢管质量，又避免了较大的设备改造费用，实现了增加检测覆盖率和降低改造成本的双赢。
5结语
高频高压电源通过焊缝横向缺陷组合探头的研制与设计，得出以下结论：
(1)可以在不对探伤设备进行大幅度改造的前提下，实现厚壁焊管焊缝横向缺陷的全覆盖检测，满足国家重点管线大壁厚（20mm以上）钢管焊缝检测要求；
(2)由此获得的方法和经验亦可供厚壁焊管焊缝纵向缺陷检测借鉴，并推广至其他厚壁焊管焊缝
chdtv
探伤检测。
1—焊缝2—内焊横槽3—外焊横槽4—探头
图7双晶片斜探头焊缝横向刻槽检测布置
1—内焊横槽
图5双晶片斜探头内焊缝横向刻槽检测剖面
1—外焊横槽2—探头
图6双晶片斜探头外焊缝横向刻槽检测剖面1—人工缺陷2—内焊横槽
图9改造后焊缝中心人工缺陷检出情况
1—人工缺陷2—内焊横槽
图8改造前焊缝中心人工缺陷无法检出情况STEEL PIPE Dec.2019，Vol.48，No.6
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2019年全国焊接钢管学术年会在上海市召开
2019年11月27—29日，由中国金属学会轧钢分会（简称轧钢分会）、渤海石油装备制造有限公司、
《焊管》期刊社联合举办的2019年全国焊接钢管学术年会在上海市召开。国内焊管行业的近80位专家参加了会议。大会共征集到主题报告和论文25篇。
轧钢分会原秘书长陈其安到会并致辞，轧钢分会委员王旭做了
《我国焊管装备和产品发展近况》主题报告，国内知名焊管专家王晓香和上海钢管行业协会专家委员会主任孙永喜应邀出席并分别做了
《管道安全对焊管技术的新挑战》与《创新钢管产业高质量发展探讨》专题报告。会议分阶段发布了《高强度管线钢的焊接热模拟试验研究》等14篇论文，内容涉及管线钢焊接、焊管工艺与装备、无损检测与智慧制造等方面。
会议组织参会代表参观了宝山钢铁股份有限公司的UOE 焊管生产线和中厚板热轧生产线。
（本刊）
一种提高钢管内壁硬度的方法
涉及一种提高钢管内壁硬度的方法，采用扫描式感应淬火工艺，对整个钢管内壁进行热处理，将感应线圈放置于钢管，钢管相对于感应线圈发生旋转及相对移动；在钢管与感应线圈发生相对移动过程中，
感应线圈通电加热，加热后立即对加热后钢管进行喷水冷却；加热频率选择在500~2000Hz ；钢管相对于感应线圈的移动速度为3~6mm/s ，钢管旋转速度5~20r/m 。与常规热处理或不处理钢管相比，该发明利用感应加热的集肤效应，加热过程中钢管内壁温度高，外壁温度低，形成一个温度梯度；通过喷水冷却后，达到提高内壁硬度和耐磨性的目的，同时钢管外壁基本保持原有基体组织的韧性和强度等机械性能。（专利申请号：CN201610063585公开号：CN105648190B 申请日：2016.01.29公开日：2018.12.07申请人：宝山钢铁股份有限公司）
联合签名入口（王元荪）
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（收稿日期：2019-04-28；修定日期：2019-06-05）马朝辉：厚壁螺旋缝埋弧焊管焊缝横向缺陷超声
波检测分析钢管2019年12月第48卷第6期
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