无损检测的先进技术 – 相控阵和电磁超声技术在焊管检测中的应用
Dipl. Eng. A.Kashin, Dr. A.Kirikov Nordinkraft AG, Germany
Dr.Youwang Song Nordinkraft NDT System (Shanghai) China
本文描述高度现代化的，先进的自动超声检测设备 EMATEST 在现代高容量的直缝焊管生产线在线检测的应用。
电磁超声波和相控阵的最新成就 – 用于现代管材生产线一组完善的，最先进的超声检查设备。
人类现代化发展趋势要求加强和改进钢管的生产技术。基于压电超声波的传统无损检测技术 （包括原材料钢卷，以及钢管加工过程中的检测）有很大的局限性，无法满足现代关于超声波设备的能力，灵敏度，可靠性，以及检测结果的重复性等要求了。
直缝焊管超声波检测的现代概念包括以下质量检测步骤 ： 1. 在钢板生产厂对钢板的最终检测
2. 在钢管生产厂钢板和钢卷上线前的检测
3. 焊接后焊缝的检测
4. 水压试验后钢管（焊缝和热影响区）最终超声波检测
5. 钢管（管端）的最终检测，
步骤一：检测仅仅只能用于钢板，钢卷实际上只能在钢管厂进行。检测的位置通常置于焊接前。
基于 EMATEST-PL 的电磁超声波探伤设备是一个非常可靠的，经济的，环保的，和有效的检测钢板和钢卷系统。EMAT 的基本原理见图1，当通以高频电流的线圈靠近试件时，试件表面会感生高频涡流 (或感应磁场，若在试件附近再加一个强磁场，则涡流在磁场作用下使金属材料中的带电粒子受到一个力作用，即洛仑兹力。这个力是高频机械振动 – 形成超声波的源动力，该波在试件中传播，即产生超声波。由于上述过程是可逆的，因此从试件边角处或缺陷部位反射回来的超声波在外磁场作用下形成涡流，涡流磁场引起线圈两端电压变化，这一信号被仪器接收即可以实现缺陷检测：
这种检测原材料的方法的主要优势在于：
- 不需要耦合介质 – 水
- 在整个材料范围内可以自动标定
- 电磁超声波探头不需要维护
- 检测结果有很高的重复性，可靠性
- 低的运行费用
- 可以实现全自动在线操作模式
步骤 2 对钢卷来说是不可缺少的。作为一个选择 – 可以在一个特殊的检测站检测管体。但是用检测管体替代费用会更大些，需要特殊的位置和消耗更多的时间。对步骤 2 的检测， 电磁超声波技术可以保证最佳的效果。
步骤 3 的目的是为了帮助调整弯曲机和焊接机的参数。它对获得焊缝质量的反馈信息非常重要，尽可能快地调整参数，以避免生产能力下降，浪费时间和原料。最好的方法就是在焊接后立即进行焊缝检测 – 用型号为 EMATEST – PI – E 的电磁超声波检测设备是这一应用的最好解决方案。 电磁超声波探头可以适应焊缝和热影响区的温度 – 达到 650 ℃。所以，检测可以非常靠近焊接工位。它有以下优点：
- 具有非常简单和经济的设计，操作简便
- 不需要旋转钢管来寻找和跟踪焊缝，因为它是确定的
- 非常快得到信息反馈，从而有效地控制焊接技术
- 焊缝的形状用一个非常可靠的激光方法测量
- 几乎不需要调整，可以进行自动标定
- 很低的运行费用
可以检测温度至 650 度
步骤 4 是控制钢管最后质量的非常重要的一步。它对钢管生产稳定也是非常重要的。它对超声波设备的可靠性和重复性有很高和严格的要求。如果误报缺陷将会降低设备的检测能力，从而对整个生产车间的能力产生不利的影响。缺陷的漏报以及重复性不高，还会带来更严重的后果，
这将需要不时用人工缺陷的标管在设备上运行，以证明检测设备的缺陷检测性能，按标定来调整。如果没有按标管检测出缺陷，所有以前检测的钢管都需要重新检测。这可能使生产线停工书小时。
为了增加检测的可靠性和重复性，为了使机械结构简便，增加自动化水平，一个先进的技术 – 相控阵技术将得到应用。相控阵技术的原理可以用下图说明：
这个智能化，现代化的先进的技术是人们取得了实际成果，为传统的检测设备无法实现的。 其主要优势在于 ;
- 不需要技术很高的操作人员
- 能够自动标定
- 在管径变化时，能够非常快地调整设备（管径变化时，只要及分钟就可以完成调整 和标定）
- 低的运行费用
- 提高工厂的生产能力，并且有可预见性。
是江苏扬州亚联钢管厂一套全自动基于相控阵技术的焊缝和管端探伤设备，检测产品为直缝焊管，外径508 – 1422 毫米。关于该设备的性能见2010年4月焊管杂志发表的文章：“超声波相控阵自动检测系统在直缝埋弧焊管上的应用”。
步骤5 ：可以与第4 步合并在一套设备上进行（如上图所示设备），或者作为一种选择，在一个单独的检测设备上进行。电磁超声波技术对分层缺陷的检测是最好的选择。传统的压电探头在这里也可以很有效的应用。EMATEST-PI-EDGES 型号的设备是一套最终的检测站（见图6）， 在现代化的钢管生产厂中形成一个“家族检测线”。
这里描述的一组优秀的超声波检测设备，它的应用可以保证钢管厂稳定有效地，无故障地生产。