变型波在钢管接触法超声波探伤中的应用

2008年第5期总第149期变型波在钢管接触法超声波探伤中的应用赵仁顺（天津钢管集团股份有限公司质量保证部，天津300301）[摘要]介绍了钢管接触法超声波探伤缺陷定位方法———手指蘸油触摸法，分析了利用此种方法进行缺陷定位的理论依据。

实践证明，采用该方法对壁厚小于30mm的钢管缺陷准确定位，缺陷分析成功率高，经济效益显著。

关键词变型波钢管接触法缺陷定位探伤应用1前言天津钢管公司生产的钢管大部分都要进行超声波探伤，对于某些钢种，由于在炼钢或轧管工序要产生一些缺陷，有时可能造成钢管的探伤废品量大，导致生产成本高，成材率低。

为了避免类似情况的发生，需取样送钢研所对缺陷的性质及产生原因进行分析，为改进生产工艺提供依据。

然而，在进行缺陷分析之前，必须利用接触法超声波探伤准确确定缺陷的位置，即对缺陷定位，本文主要介绍利用变型波进行缺陷定位的方法。

2波型转换及变型波的产生2.1波型转换超声波按质点的振动方向与波的传播方向的关系分为：纵波（L）、横波（S）、表面波（R）和板波（Lamb）四种类型。

当超声纵波倾斜入射到异质界面时，除了产生与入射波同类型的反射波和折射波外，还会产生与入射波不同类型的反射波和折射波，这种现象称为波型转换。

即纵波斜入射，会在第二介质中产生折射纵波和折射横波。

2.2钢管探伤变型波的产生水浸法探伤在钢管中激发横波是利用纵波倾斜入射时在两种介质界面上发生折射和波型转换的原理来实现的。

然而，在钢管全水浸法超声波探伤中，经常会产生变型波，所谓变型波就是超声横波在管壁中的每次反射所伴随的波型转换，即钢/水界面上横波入射时，在第二介质（水）中转换成折射纵波L′，如图1所示[1]。

这种现象显著增大了全水浸法超声探伤的声能衰减。

而在钢管接触法超声波探伤中可以利用水浸法中的不利因素（变型波）进行缺陷定位。

下面就介绍钢管接触法超声波探伤利用变型波进行缺陷定位的方法。

3变型波的应用———缺陷定位目前，公司离线钢管探伤采用的是双发双收式接触法超声波探伤，所谓接触法是指探头与钢管通过耦合介质直接接触的探伤方法。

实际探伤中，用于传递声能的耦合介质常用机油。

这种方法操作简便，更换规格较容易，节省了自动线探伤设备更换规格的时间，加快了生产节奏。

实际操作中，可以根据通波信号的变化情况判断探头和仪器的工作状况，且实现了钢管的双向探测，满足了国家标准（GB/T5777—1996）的要求[2]，提高了检测效率。

此外，接触法探伤还能弥补自动线探伤设备不能对缺陷精确定位的不足。

实际操作中，经常需要对探伤超标钢管的缺陷进行精确定位，目的一是分析缺陷的产生原因及性质，以便在今后的生产中采取有效措施，避免批量废品的产生；二是为修磨钢管外伤确定准确位置，从而提高钢管的成材率。

然而达到这两个目的的前提是必须对缺陷准确定位。

因为对于肉眼看不见的缺陷，若不能准确标识出缺陷在钢管上的周向和轴向位置，即使再先进的分析手段，也不可能分析出正确的结果。

3.1定位方法简介钢管的缺陷定位，即确定缺陷的轴向位置和缺陷的周向位置。

自动线探伤只能大致确定缺陷的轴向位置，而不能确定缺陷的周向位置，所以要对缺陷准确定位，通常采用接触法探伤。

钢管探伤缺陷定位方法有三种：公式计算法、几何作图法、对比试样比较法，这三种方法在实际应用中都比较麻烦。

公式计算法是理论上的定位方法，需要进行大量的计算，公式冗长且繁杂，算得的声程和跨距要从图表中查得修正系数进行修正，然后用钢卷尺变型波在钢管接触法超声波探伤中的应用图1钢管浸入水中声波传播情况1152008年第5期总第149期TIANJIN METALLURGY度量，定出缺陷的周向距离，而且前提是必须实测探头的入射角，既不实用，又不精确，且要携带计算器、修正图表、钢卷尺等工具，很不适合实际探伤操作；几何作图法是根据钢管的实际尺寸，实测声程和折射角用作图的方法进行缺陷定位，这种方法也比较烦琐，要借助标准试块或其它工具实测声程和折射角，且要在纸上画图求解，对于现场实际操作来说不太现实；对比试样比较法是采用与被探钢管规格相同的刻有内、外表面人工缺陷的对比试样进行比较，从而对内外表面缺陷做近似定位。

这种方法较前两种方法稍简易些，但在实际探伤中要反复搬动样管，探头要顺、逆时针两个方向探测，且要根据缺陷波在仪器示波屏上的位置用钢卷尺测量探头前沿到缺陷的距离，也不太适合现场实际操作。

总之，以上三种方法都存在不同程度的不足，不能适应实际探伤的需要。

3.2手指蘸油触摸法针对上述定位方法的不实用性，急需研究出一种既简便实用又准确的缺陷定位方法，用于指导生产实践。

在长期的探伤实践中，经过反复试验研究，总结了一种缺陷定位方法———手指蘸油触摸法。

所谓的手指蘸油触摸法就是根据缺陷波随手指蘸油触摸钢管表面而上下跳动的现象来确定缺陷位置的方法。

具体操作方法是：探头在钢管表面轴向扫查，观察仪器示波屏，发现缺陷最高波后固定探头，然后手指蘸油从探头前沿开始，沿钢管圆周方向触摸钢管表面，缺陷波高会随着手指的触摸节拍而上下跳动，最后跳动的点即为缺陷的位置。

这样就确定了缺陷的周向距离，对于上述缺陷定位的两个目的来说，缺陷的深度无关紧要，只确定缺陷的周向距离已满足实际需要。

这种定位方法既方便又准确，无需计算更无需查表和携带样管及计算器、钢卷尺等工具，不但提高了缺陷定位精度，而且加快了缺陷定位速度，节省了时间，降低了劳动强度。

4理论依据手指蘸油触摸法定位时，是根据缺陷回波随手指的点触而上下跳动情况来确定缺陷位置的。

缺陷回波示，上，当横波气，横波S入射到钢管外壁时，由于钢的声特征阻抗（Z钢=46×106kg/㎡·s）远远大于空气的声特征阻抗（Z 空气=0.0004×106kg/㎡·s），声压反射率趋于100%，声压几乎全反射；而当横波的入射角αs≥αIII（第三临界角）时，折射纵波沿钢管表面传播。

当手指蘸油触摸钢管外表面时，界面变为钢/油界面，会产生类似于水浸法探伤中的变型波———折射纵波L′。

由于油的声特征阻抗Z油=1.3×106kg/㎡·s，因此声压反射率|r|=|(Z油-Z钢)/(Z油+Z钢)|=|(1.3－46)/(1.3＋46)|=94.5%。

声强反射率：R=r2=0.9452=0.893。

虽然此公式只适用于声波垂直入射的场合（倾斜入射时的情况较复杂），但至少可以说明有少部分声能因手指触摸钢管表面而造成能量损失，即当用手指蘸油触摸钢管外表面时，部分能量会被手指吸收，缺陷回波会稍有下降，手指抬起后回波又恢复到原高度，看上去缺陷回波就随手指触摸的节拍而上下跳动。

当手指触摸探头前沿到缺陷之间的任一点时，其声程小于缺陷声程，所以对缺陷波的影响较对通波的影响大，实际上，在缺陷波跳动的同时，通波也在跳动，只不过通波的跳动不如缺陷波跳动幅度大。

而当手指触摸的位置越过缺陷时，即触摸缺陷至探头后沿之间的点，此时缺陷波不跳动，跳动的只有通波。

原因是当手指越过缺陷的点触摸钢管表面时对缺陷反射的声能没有影响，所以缺陷波不跳动。

因此，可以判断最后一个跳动的点即为缺陷的位置，即对缺陷定位。

5实用效果在对覬244.48mm×11.99mm的套管离线手工超声波探伤时，探伤超标钢管较多，为分析缺陷的性质和产生原因，利用此定位方法对超标缺陷定位，取样后送钢研所进行缺陷分析，结果为B类超长夹杂物，主要成分为块状的镁铝尖晶石+链条状的铝酸钙。

说明利用此种定位方法定位非常准确，为缺陷分析提供了必要的前提条件。

在此之前，我们也多次给钢研所送样进行缺陷分析，然而由于缺陷定位不准，经常导致缺陷分析失败。

自从利用“手指蘸油触摸法”对缺陷进行定位，再没发。

30Mn5V1162008年第5期总第149期系统平稳运行的基础上从不同的角度为管理者提供了决策依据。

（1）供应商绩效各个指标，构成供应商排名的数据图表，非常直观和醒目，成为扶植优秀供应商淘汰劣质供应商降低采购成本的依据。

（2）物品入出库的交易被作为合理库存的重要分析指标，通过分析数据非常直观的比较出生产消耗和采购入库的数据，指导我们科学地制定重要物资的安全库存，降低库存积压和仓储成本。

（3）重要物资的价格趋势预测，所建立的价格预测模型旨在描述当前采购物料价格走势，所预测出的价格为未来某一特定时期的平均价格，可以从中较为明确地获得价格运行的趋势。

规避采购风险、减低采购成本。

6.2商业智能系统把业务人员从数据整理的工作中解放出来，从而使其充分发挥其潜在的分析管理能力,降低了数据分析的门槛，使更多的人可以参与到业务分析中来，使得业务人员科学决策成为可能。

实现了6.3数据进行解析，从而较好的提高了工作的效率开拓了分析的层面和角度,决策辅助系统创造了新的思维、新的思路、更富有针对性，为使供应商管理和库存管理向更加严密、科学、规范的深层次方向发展提供了科学的决策依据。

（收稿2008－8－2责编崔建华）参考文献【1】吴斌.商业智能的技术与实践.[J/OL]：/BI/2004-08/11648.htm 致信网>信息化在线>商业智能系统BIS >BIS 技术栏目【2】[美]Ralph Kimball.Margy Ross .谭明金译..数据仓库工具箱：维度建模的完全指南.（第二版）[M].作者简介蔡津红，女，毕业与天津大学分校计算机系，工程师。

从事软件项目设计研发及公司现有ERP 、商业智能分析系统、人力资源等系统的实施、运行、维护工作。

大的经济损失。

几年来，利用此方法多次对超标缺陷定位、解剖，钢研所每次都能准确地找到缺陷，分析出缺陷性质和产生原因，给科研及技术攻关提供了理论依据。

目前，此种定位方法已在公司内探伤岗位上广泛应用。

6结束语6.1接触法超声波探伤中，能够根据变型波原理利用“手指蘸油触摸法”对缺陷准确定位，缺陷分析成功率达到了100%，几年来的实际应用说明此方法具有非常高的准确性和实用性。

通过在生产中采取有效措施，大大降低了废品的产生，为公司创造了可观的经济效益。

6.2当钢管壁厚比较厚时，由于超声波在壁厚内传播时能量衰减比较严重，在用手指蘸油触摸钢管表面时，缺陷波跳动得不明显，所以用此种方法定位较困难。

一般，当钢管壁厚大于30mm 时不能用此种缺陷定位方法进行缺陷定位。

（收稿2008－8－2责编赵实鸣）参考文献[1]赵仁顺，刘卓然.钢管水浸法超声波探伤中能量衰减现象的探讨[J].无损检测，2002，24（1）：32.[2]GB/T5777—1996，无缝钢管超声波探伤检验方法[S].作者简介赵仁顺，男，大学本科，工程师，主要从事无损检测技术管理工作。

变型波在钢管接触法超声波探伤中的应用（上接第92页）1172008年第5期总第149期英文摘要standard in rolling production.Key words:resource plan,data acquisition,sampling frequen－cy,interface,offline analysisWEB-based Production Plan Enquiry SystemZhang GuoliangAbstract:In order to speed up the construction process of en－terprise informatization,further lift the flexibility of production management,Tianjin Pipe Corporation constructs the production plan enquiry system by means of computer and network.EIP accomplishes the reunified identity and authentication manage－ment and integrates the production systems of different plants with the existing systems.The production plan enquiry, achieved by WEB method,facilitates the management to en－quire production conditions and arrange the production reason－ably.Key words:computer,network,production plan,information, enquiry,systemPlatform Design and Preparation of Office System Website at Special Seamless Pipe PlantZhang Fengguo,Liu ZhiyongAbstract:According to the function requirement by the office system website of Special Seamless Pipe Plant,the authors es－tablish the design concept and website content,construct the office system website and carry out tests on the website.The homepage of the website is designed by means of the static web page technology,the database enquiry management system of the website is constructed by and SQL database com－bined technology and the interactive dynamic web pages is adopted.Key words:website,web page,office system,information, platform,designDesign and Fulfillment of Metrical Equipment Detection, Verification and Management SystemMa JunAbstract:Tianjin Pipe Group Corporation makes use of crystal reports to carry out the acquisition of the report data and cer－tificate of the metrological verification system under Microsoft Visual Studio2005software development environment.The de－velopment of the system accomplishes office automation,im－proves office efficiency,lifts management level,and reduces human errors.Key words:metering,verification,system,platform,crystal re－Accomplishment of Pipe Length Optimizing Calculation in ERP Production PlanDing LihuiAbstract:The author explains the basic data and their mutual relationship of pipe length calculation in the production plan of TPCO ERP system and demonstrates the execution process of ERP production plan,the pipe length optimizing calculation method and the key technology and solution that the calculation method is achieved in ERP system.Key words:resource plan,material master,pipe length,opti－mization,attributeApplication of Deformed Wave in Pipe Contact Type Ul－trasonic DetectionZhao RenshunAbstract:The author introduces a pipe defect locating method by contact type ultrasonic detection--finger oil dipping touch－ing method and analyses the theoretical basis of defect locating by this method.Practice shows that the method can accurately locate the defects of pipe with thickness less than30mm and the defect analysis success rate is100%.The economic effect is prominent as well.Key words:deformed wave,pipe,contact method,defect,lo－cating,detection,applicationAnalysis and Study on Effect of Widmanstatten Structure Formation Mechanism on Pipe PropertiesNing Mei,Li Zhiqun,Sun Meihong,Zhang Zhiyuan,Yang CuiliAbstract:Class evaluation,microstructure observation and fine structure study are carried out for the widmanstatten structure appearing in low carbon low alloy steel pipe via big precise in－struments such as universal optical microscope,scanning elec－tron microscope and transmission electron microscope.Mechan－ical property comparison is made for the test pipe heat treated under different temperatures and cooling rates.The temperature and cooling rate ranges for widmanstatten structure formation are determined via the test;the affecting law of widmanstatten structure on steel properties(especially impact property)is clar－ified.The formation mechanism of widmanstatten structure is analyzed and studied in the paper.Key words:low carbon,low alloy,steel pipe,widmanstatten structure,cooling rate,morphology,propertyUncertainty Assessment of Carbon Measured by Direct151。