一种用于无缝钢管内壁污物及渗碳缺陷的无损检测装置与方法与流程

本发明涉及无损检测技术，特别涉及一种用于无缝钢管内壁污物及渗碳缺陷的无损检测装置与方法。

背景技术：

无缝钢管是常见的冶金、钢铁制品，从金属冶炼、轧钢到成品出厂，需要多个工序，为了确保无缝钢管的加工质量符合相应的技术要求，在相应的变形加工工序之后，需要进行无损探伤检验。

核电用690合金管u形管束是应用于核一级蒸发器内部，中国牌号ns3105，美国牌号unsn06690，法国牌号nc30fe管u形管束，是由较大规格挤压管坯经挤压而得到的挤压管，再经多个冷加工变形后制成长达19-26米的直管，然后再经弯制后得到不同的弯曲半径u形管并按照技术要求组装而成。690合金管管材公称外径依据不同型号的蒸汽发生器一般在17.48-19.05mm之间选择，壁厚1.01-1.09mm左右，其长径比(长度/外径)达到1232(22500/18.26)。一台蒸汽发生器根据机组型号的不同约有5000～8000支左右不等的管材，一个机组依据不同的功率约有2～3个蒸汽发生器组成。

690合金管制管技术仅有极少数国家掌握，由于690合金管的用途，因此对产品质量要求严苛，除了现有的常规无损检测措施要求之外，在直管制管完成之后，进入弯管制管加工之前所经过热处理、矫直、外抛等工序后，都必须按照技术要求进行包括管材内壁污物及渗碳检查在内的诸如取样材料组织和力学性能检验、逐支尺寸和探伤(超声)检查、粗糙度检查等各种检验，各项检验合格后才能进入到弯管加工工序。由于国外的技术壁垒，国内无相关成熟的无损检测技术，一般参照核电管技术规范实施无损检测。其中涉及内壁污物与渗碳检测的工序方法主要是：①污物检查：采用内窥镜人工检查；②渗碳检查：对内窥镜检验中发现污物周边相邻区域分别取得的试样进行理化检验，观察渗碳层是否合格。其检测作业工序流程主要包括：

①污物检查：是在超声波检验、组织及力学性能检验后，运送到到相邻的专用区域的检测平台上实施，采用人力将长达20多米、细于管材内直径至少3mm的内窥镜电缆插入待检测的管材，回收时缓慢拉出，同时观察借助电缆头部安装的微型摄像头采集到且显示在显示屏上的图像来判别。其操作工序是：

a打开内窥镜→b检查20多米长的内窥镜视频电缆的外防护→c检查20多米长的内窥镜视频电缆上的标注的从摄像头起算的长度刻度→d将电缆插入管材内孔，直至在显示屏上看到视频电缆端部微型摄像头已伸到管材的另一端的图像→e以大约每秒1厘米左右的速度缓慢拉出视频电缆，同时观察显示屏上的图像→显示屏上看到污物时停止拽拉电缆，少量移动电缆，读出污物起始、终了区域显示在电缆上的位置刻度值(为污物区域)→f将有污物的图像与图谱对照→g记录→h按照e～g工步循环重复，直至该批次690合金管内壁污物检查结束→i若对照超过图谱要求，则计算合格部分长度后将污物部位切除，否则整支报废。

②渗碳检查：就是对内窥镜检验中发现污物的690合金管材周边相邻区域分别取得的试样进行理化检验，即在怀疑的部位取样(切割剖面)进行理化测试放在显微镜下进行检验。其操作工序是：

a.在污物检查步骤⑽中合格的管材里取紧邻污物部位两侧(但不包括污物部位)的试样→b.将每个取得的2个试样进行金相试样制备→c.显微镜下对试样进行观察→d得到渗碳检查结果→e.记录→按照a～e操作工步循环重复，直至该批次690合金管中被确定疑似渗碳缺陷的管材检验结束。

现有的污物检查与渗碳检查虽然可以满足690合金管的技术标准所要求的检查精度，但也存在着一定的不足，即：

1)耗时长：一支管材从内窥镜电缆插入到回收观察、录像需要约5～6分钟，按照一台蒸汽发生器5000～8000支管材计算，完成污物检查耗时417～667小时。

2)成本高：一根内窥镜视频电缆的使用寿命最高检查2万支，就必须更换，不然会降低检查判别的精度，而内窥镜视频电缆制造商全球屈指可数，价格垄断，采购周期长、且采购成本高，每根30万元(按照检测2万支管材计算，内窥镜视频电缆单支检测费用15元)。

3)成材率低：管材内壁渗碳程度检查需要取样做破坏性的检验，即使经检验是符合技术标准的，但690合金管材已被破坏无法使用，致使成材率偏低。

4)劳动强度高：全部采用人力操作，搬运、取样、制样、观察、判断，尤其是薱作业人员的技能经验要求较高，不利于企业的任力资源配置，且受情绪状态影响较大。

5)缺陷不易识别：690合金管材内壁的缺陷部位的渗碳超标无法快速识别，影响整体检测的效率，成为耗时最长的检验工序。

涡流探伤是利用电磁感应原理，通过激磁线圈使导电构件内产生涡电流，借助探测线圈测定涡电流的变化量，从而获得被测构件缺陷的有关信息，常用于检测导电构件表面和近表面缺陷的一种探伤方法，具有速度快，易于实现工业自动化检测，不仅可以探伤，而且可以揭示尺寸变化和材料特性，可据此评价热处理效果和材料质量及测量尺寸等特点，因而成为目前无缝钢管无损检测的主要方式。

综上所述，现有的690合金管管材内壁污物与渗碳缺陷检测方法存在着一定的不足，利用涡流探伤原理，对现有的内壁污物与渗碳缺陷检测方法实施相应的技术改进，在确保检查检测质量的基础上，实现自动化无损检测，提升作业效率、降低劳动强度、减少检测成本，减轻对作业人员技术经验的依赖。

技术实现要素：

本发明的目的是设计一种用于无缝钢管内壁污物及渗碳缺陷的无损检测装置与方法，充分利用涡流探伤设备，通过模拟缺陷，制备使用标准样管，取代内窥镜与取样检验方式，实现合金管内壁污物与渗碳缺陷自动化检测，在确保检测质量的基础上，提升作业效率3倍以上，且不会对管材进行破坏性检测，降低检测成本，满足了合金管无损探伤检测的要求。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种用于无缝钢管内壁污物及渗碳缺陷的无损检测装置，其为一个标准样管，包括：母管，采用在各项检测均为合格的被测的合金管材中任意截取一支，长度为1.6～3.3m，在母管外圆周表面等距加工三处直径不超过5mm的圆孔，圆孔间距≥200mm；固定柱，材质为非金属材料，其外壁中部沿周向设台阶，形成大、小径段，在小径段圆柱体外圆周表面加工螺纹；大径段圆柱体直径比被测的合金管材内径大0.01～0.03mm；石墨环，其侧壁沿轴向设一矩形缝隙，形成c形结构；石墨环套设于所述固定柱的小径段上，其一侧抵靠于所述台阶面；固定套，其一端开口，且其内壁设螺纹；固定套套设于所述固定柱的小径段圆柱体上，其端部抵靠于所述石墨环的外侧端，固定套通过与小径段圆柱体外圆周表面螺纹配合，将石墨环定位并紧固在母管内；所述固定套内底部中央设一供引线穿设的小孔；引线，为非金属材质细线，其一端自所述固定套的小孔伸入固定套内并固定。

优选的，所述母管长度为2.5～3.0m。

优选的，所述固定柱材质为复合尼龙。

优选的，所述引线长度超过被测的合金管材长度的20～30％。

所述石墨环是的直径、厚度依据模拟缺陷的涡流信号要求定制。

本发明所述的用于无缝钢管内壁污物及渗碳缺陷的无损检测装置的检测方法，其包括如下步骤：

1)标准样管上线，采用引线牵引，将标准样管定向装入母管中，并牵引到居中位置，然后取出引线；

2)涡流检测参数调整：将标准样管通过涡流检测探头，信号即会显示在仪器显示屏上，进行检测；

3)选择涡流检测频率在1～10khz之间任选一个数值；

4)调整比拟块样管涡流信号的相位，将比拟块信号置于x轴上(±10°)；

5)调整仪器上灵敏度参数，使其信号幅度在仪器x轴即水平轴满幅度的60％～80％之间任选一个值；

6)以90°相隔分4次通过涡流探头，观察4次的涡流信号幅度，其最大和最小值应在70％～90％之间；

7)仪器参数不动，取其他涡流检验类型样管上进行测试并观察其人工缺陷信号相位，一般为加工在管外表面上某一个直径的平底孔；这个信号相位应与污物及渗碳比拟物信号之间的有明显的相位差以供识别，否则则调整检测频率，并重复以上步骤直至两者信号的相位有易于辨识的差异；

8)设置圆域报警方式，以65～75％为报警阈值；优选70％幅度值；

9)对被测的合金管材进行检测；

10)检测到的信号若超过设置的信号幅度的则判为不合格，否则为合格。

本发明一种用于无缝钢管内壁污物及渗碳缺陷的无损检测装置与方法由模拟缺陷的标准样管与内壁污物及渗碳缺陷检测方法两部分组成，即：由标准样管置于涡流探伤设备上，通过探头的断层扫描功能，对无缝钢管如690合金管内壁污物与渗碳缺陷实现自动化检测，样管参数与模拟缺陷参数可通过调整涡流频率、石墨环几何参数实现。

本发明利用涡流探伤原理，采用人工模拟缺陷对比方式，实现自动化无损检测。人工模拟缺陷装置采用“整体式”结构的标准样管，其内设石墨环，通过c型石墨环模拟渗碳缺陷发出的涡流信号。

本发明充分利用涡流探伤设备，通过模拟缺陷，制备使用标准样管，取代内窥镜与取样检验方式，实现690合金管内壁污物与渗碳缺陷自动化检测，在确保检测质量的基础上，提升作业效率3倍以上，且不会对管材进行破坏性检测，降低检测成本，满足了690合金管无损探伤检测的要求。改进方式合理，结构紧凑，安装使用维护便捷，可通过调整c型石墨环厚度(模拟缺陷大小)，调节所需的涡流信号，工序流畅、安全可靠、实用高效，且改进费用低、投入少、易于现场实施，具有较好的应用价值，满足小孔径无缝钢管无损检测的技术要求，为国内首创技术。通用性强，对其他型号规格的无缝钢管内部污物与渗碳缺陷检查检测方法改进，具有一定的借鉴、应用价值。

本发明的有益效果：

1.本发明充分利用涡流探伤设备，通过模拟缺陷，实现690合金管内壁污物与渗碳检测同步进行，为国内首创，国外未见类似技术，具有一定的创造性；

2.制备使用标准样管，取代内窥镜与取样检验方式，实现690合金管内壁污物与渗碳缺陷自动化检测，在确保检测质量的基础上，提升作业效率3倍以上，降低检测成本；

3.改进方式合理，结构紧凑，安装使用维护便捷，可通过调整c型石墨环厚度(模拟缺陷大小)，调节所需的涡流信号；

4.有效的解决了破坏性取样检验的问题，实现了低成本、高效率、高质量的检测作业，提高成材率，实用高效；

5.无需使用进口内窥镜电缆，减少对作业人员的技能、经验要求的依赖；

6.改进费用低、投入少、易于现场实施，具有较好的应用价值，满足小孔径无缝钢管无损检测的技术要求；

7.通用性强，对其他型号规格的无缝钢管内部污物与渗碳缺陷检查检测方法改进，具有一定的借鉴、应用价值。

附图说明

图1为本发明无损检测装置(标准样管)实施例的结构示意图；

图2为本发明无损检测装置(标准样管)实施例的结构示意图；

图3为本发明无损检测装置(标准样管)实施例中石墨环的结构示意图；

图4为本发明污物及渗碳信号显示位置及幅度控制范围；

图5为本发明正常检测时管内壁污物及渗碳信号与缺陷信号的示意图；

图6为本发明管子与检测线圈偏心状态——管内壁污物离开检测线圈最远；

图7为本发明管子与检测线圈同心状态——管内壁污物与检测线圈在各个方向上几乎等距；

图8为本发明管子与检测线圈偏心状态——管内壁污物离开检测线圈最近。

具体实施方式

参见图1～图3，本发明的一种用于无缝钢管内壁污物及渗碳缺陷的无损检测装置，其为一个标准样管，包括：

母管1，采用在各项检测均为合格的被测的合金管材中任意截取一支，长度为1.6～3.3m，在母管外圆周表面等距加工三处直径不超过5mm的圆孔101，圆孔间距≥200mm；

固定柱2，材质为复合尼龙，其外壁中部沿周向设台阶21，形成大、小径段，在小径段圆柱体22外圆周表面加工螺纹；大径段圆柱体23直径比被测的合金管材内径大0.01～0.03mm；

石墨环3，其侧壁沿轴向设一矩形缝隙31，形成c形结构；石墨环3套设于所述固定柱2的小径段圆柱体22上，其一侧抵靠于所述台阶面；

固定套4，其一端开口，且其内壁设螺纹；固定套4套设于所述固定柱2的小径段圆柱体22上，其端部抵靠于所述石墨环3的外侧端，固定套4通过与小径段圆柱体22外圆周表面螺纹配合，将石墨环3定位并紧固在母管1内；所述固定套4内底部中央设一供引线穿设的小孔41；

引线(图中未示)，为非金属材质细线，其一端自所述固定套4的小孔41伸入固定套4内并固定。

优选的，所述母管1长度为2.5～3.0m。

优选的，所述固定柱2材质为复合尼龙。

优选的，所述石墨环3是一圆周表面带矩形槽的同心异径圆环，石墨环的直径、厚度依据模拟缺陷的涡流信号要求定制。

优选的，所述引线长度超过被测的合金管材长度的20～30％。

本发明所述的用于无缝钢管内壁污物及渗碳缺陷的无损检测装置的检测方法，其包括如下步骤：

1)标准样管上线，采用引线牵引，将标准样管定向装入母管中，并牵引到居中位置，然后取出引线；

2)涡流检测参数调整：将标准样管通过涡流检测探头，信号即会显示在仪器显示屏上，进行检测；

3)选择涡流检测频率在1～10khz之间任选一个数值；

4)调整比拟块样管涡流信号的相位，将比拟块信号置于x轴上(±10°)；

5)调整仪器上灵敏度参数，使其信号幅度在仪器x轴即水平轴满幅度的60％～80％之间任选一个值；

6)以90°相隔分4次通过涡流探头，观察4次的涡流信号幅度，其最大和最小值应在70％～90％之间；

7)仪器参数不动，取其他涡流检验类型样管上进行测试并观察其人工缺陷信号相位，一般为加工在管外表面上某一个直径的平底孔；这个信号相位应与污物及渗碳比拟物信号之间的有明显的相位差以供识别，否则则调整检测频率，并重复以上步骤直至两者信号的相位有易于辨识的差异；

8)设置圆域报警方式，以70％幅度值为报警阈值；

9)对被测的合金管材进行检测；

10)检测到的信号若超过设置的信号幅度的则判为不合格，否则为合格。

参见图4，其所示为污物及渗碳信号显示位置及幅度控制范围，其中：

x轴70％幅度位置处的污物及渗碳信号：管内污物离检测线圈最远——偏心状态；

x轴80％幅度位置处的污物及渗碳信号：管内污物与检测线圈在各个角度方向上等距——同心状态；

x轴90％幅度位置处的污物及渗碳信号：管内污物离检测线圈最近——偏心状态。

参见图5，其所示为正常检测时管内壁污物及渗碳信号与缺陷信号的示意图，图中，10为缺陷信号，20为内壁污物及渗碳信号，α为缺陷信号与内壁污物及渗碳信号之间的相位差。

图6所示为本发明钢管100与检测线圈200偏心状态——管内壁污物300离开检测线圈200最远；

图7为本发明钢管100与检测线圈200同心状态——管内壁污物300与检测线圈200在各个方向上几乎等距；

图8为本发明钢管100与检测线圈200偏心状态——管内壁污物300离开检测线圈200最近。

实施例：

以中国牌号ns3105，美国牌号unsn06690，法国牌号nc30fe，规格为φ19.05*1.09的690合金无缝钢管为例，其内部污物与渗碳缺陷自动化检测的工序方法是：

1)标准样管组装：首先将引线一端穿过螺纹套小径圆孔并系主固定，随后将c型石墨环定向装配在螺纹柱小径段，此后将系有引线的螺纹套内螺纹孔与螺纹柱小径段螺纹对齐旋拧紧固。

2)标准样管上线：采用引线牵引，将装有石墨环的螺纹副组合，定向装入母管内孔中，并牵引到居中位置，然后取出引线。

3)涡流检测参数调整：将标准样管通过涡流检测探头，信号即会显示在仪器显示屏上，进行检测，操作工序如下：

①选择涡流检测频率10khz(在1～10khz之间任选一个数值)；

②调整比拟块样管涡流信号的相位，将比拟块信号置于x轴上(±10°)；

③调整仪器上灵敏度参数，使其信号幅度在仪器x轴(水平轴)满幅度的80％左右(60％～80％之间任选一个值)；

④以90°相隔分4次通过涡流探头，观察4次的涡流信号幅度，其最大和最小值应在70％～90％之间；

⑤仪器参数不动，取其他涡流检验类型样管上进行测试并观察其人工缺陷(一般为加工在管外表面上某一个直径的平底孔)信号相位，这个信号相位应与污物及渗碳比拟物信号之间的有明显的相位差以供识别，否则则调整检测频率，并重复以上步骤直至两者信号的相位有易于辨识的差异；

⑥设置圆域报警方式，以70％幅度值为报警阈值；

⑦进行检测；

⑧检测到的信号若超过设置的信号幅度的则判为不合格，否则为合格。

690合金管内壁污物与渗碳缺陷检测现场操作工艺流程是：

a按判定准则制作污物及渗碳检测样管→b调整样管信号参数(相位、灵敏度、频率等)→c逐支在超声检测的同时实施污物及渗碳检测→d检测，并在不合格部位标记→e定期进行样管校验，符合预先设定与要求的则继续进行检验→f检测将管子下料→g记录，在检测结束后进行记录与编制检测报告。

本发明所述的无损检测装置与方法，充分利用涡流探伤设备，通过模拟缺陷，制备使用标准样管，取代内窥镜与取样检验方式，实现了690合金管内部污物与渗碳缺陷的自动化同步检测，在确保检测质量的基础上，提升作业效率3倍以上，且不会对管材进行破坏性检测，降低检测成本，满足了高端核电管质量检验工序生产的要求，且为国内首创技术，国外未见相关报导，具有一定的创造性。改进方式合理，结构紧凑，安装使用维护便捷，可通过调整c型石墨环厚度(模拟缺陷大小)，调节所需的涡流信号，工序流畅、安全可靠、实用高效，且改进费用低、投入少、易于现场实施，具有较好的应用价值，满足小孔径无缝钢管无损检测的技术要求，为国内首创技术。通用性强，对其他型号规格的无缝钢管内部污物与渗碳缺陷检查检测方法改进，具有一定的借鉴、应用价值，每年可创造经济效益200万元以上，市场应用前景广阔。