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在钢管超声波探伤中通常称壁径比 t/D∧0.2 的钢管为超厚壁钢管。 对此种钢管的探伤, 若采用常规的横波反射法已无法探测其纵向内壁缺陷, 需采用特殊的方法检测。 曾发生过未经探伤的超厚壁钻铤管在使用过程中发现有大量纵向内壁缺陷,导致项目工期延误, 造成巨大经济损失的情况。 因此,亟待研究出一种探测超厚壁钢管纵向内壁缺陷的方法。 本研究通过对超厚壁钢管超声波探伤纵向内壁缺陷的大量试验和分析, 利用变型横波探测其纵向内壁缺陷, 使得钢管壁厚的检测范围增大, 经实际验证取得了很好效果。
1 钢管横波反射法探伤原理
钢管横波反射法探伤是超声波倾斜入射到钢管表面时, 在有机玻璃和钢管的界面上产生折射和波型转换, 且折射波与入射波的方向关系符合斯奈尔定律, 当入射角 α 选择在 临界角 αⅠ和第二临界角 αⅡ之间时, 钢管中只产生单一横波, 从而实现钢管内外壁缺陷的同时探测。 其入射角的选择必须满足以下 2 个条件: ①声束入射后在钢管中仅产生折射横波; ②折射横波声束能扫查到钢管内壁。2 超厚壁钢管的探伤方法
分析超声波倾斜入射时的反射、 折射和波型转换现象可知, 当入射角小于 αⅠ时, 钢管中的超声波为折射纵波和折射横波同时存在, 折射纵波在钢管外壁上发生波型转换, 产生反射横波(即变型横波)投射到钢管内壁上, 以此来检测超厚壁钢管的内壁缺陷(通过改变探头的入射角可以使变型横波与钢管内壁相切或相交)。由超声波斜入射至有机玻璃/钢界面的声压往复透射率(图 2)可知, 当入射角 α 小于 临界角(27.6°)时, 入射波转换为折射横波的声压往复透射率 TLS 很低, 不足 10%, 即透射到钢管中的折射横波强度很弱, 探测超厚壁钢管内壁缺陷效果极差; 而入射波转换为折射纵波的声压往复透射率TLL 较高, 约 25%[1], 这说明在折射过程中大部分能量存在于折射纵波中, 折射纵波在管壁反射后产生的变型横波也具有较高的能量[2], 所以对内壁缺陷的探伤灵敏度明显高于折射横波。 用变型横波斜射法检测超厚壁钢管内壁缺陷是一种较为理想的方法, 这在实践中已得到充分证明。
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在我国石油化工、煤化工、核电领域的大口径无缝特种钢管长期依赖进口的背景下,近年来,中兴装备瞄准我国需要大量的大口径厚壁无缝钢管的市场需要,进行科技攻关,在2012年初成功研发出直径610毫米、厚度68毫米的TP347不锈钢无缝管。在此基础上,该公司通过创新技术工艺,在制造过程中应用了ESR精炼、固溶热处理、高压碎冷等多种新工艺、新技术,并于今年6月,顺利制造出直径达711mm、管壁厚度达88mm的产品,经 钢铁研究总院、 钢铁产品质量监督检验中心、南京航空航天大学等单位的联合鉴定,该产品综合性能达到国际先进水平、可替代进口、可应用于石油化工、煤化工等领域,填补了国内空白。
到目前为止,中兴装备已经成功研发生产出直径219.1毫米—711毫米、壁厚29毫米—88毫米的13个TP347H系列产品,曾先后多次 ,并取得了美国能源公司核电材料生产许可资格。
厚壁无缝钢管在机械、石油、化工等行业应用广泛,传统的切割工艺存在加工效率低、自动化程度低等问题.近年开发的钢管数控仿形锯切技术使用专用锯切设备和锯片,不仅能够快速、的锯切大直径ERW焊管,而且在大型厚壁无缝钢管的生产和加工中得到了应用.由于采用了数控仿形锯切的原理,可以使用较小直径的硬质合金齿涂层锯片锯切 φ720mm×60 mm 的钢管,适用钢级达到N80以上.经过生产使用证明,厚壁无缝钢管的仿形锯切生产效率高、锯切质量好,工作噪音低,性能好.
随着机械、石油、电力等行业的快速发展,对大直径厚壁无缝钢管的需求不断增加。为此,国内近年来新建了多条厚壁钢管生产线和石油钢管加工线,对钢管的切断加工提出了更高要求。对于大规格厚壁无缝钢管,传统的切断方法主要有旋转式切管机和双金属带锯机两种形式。它们的特点是投资少,但加工效率较低,而且不易于形成自动化锯切生产钱,因而自动化程度不高,难以适应钢铁行业中连续式、大批量生产的需要,因此急需开发一种新型的厚壁无缝钢管锯切技术和工艺方法。
钢管在轧制或热处理后,因受到外力、热应力或中未给出针对变形较为复杂的厚壁钢管的模型。针组织应力的影响,从而产生弯曲变形。对于钢管端对目前计算压力矫直厚壁钢管行程精度低,通常需部和大直径钢管的弯曲变形,常用压力矫直。
计要重复矫直,效率低下等问题,笔者依据弹塑性理算钢管矫直行程是钢管自动矫直机的关键技术。基论,建立了能用于压力矫直厚壁钢管过程中的载荷于矫直曲率方程2的矫直模型计算必须依据零件挠度模型,反映了压力矫直厚壁钢管的变形机理,此轴线拟合出曲线方程,该曲线方程存在多点测量误模型考虑了截面塑性压扁。
差和人为拟合误差,计算精度受到影响,应用也不方便。文献「1,]使用有限元的方法对计算钢管矫直1弹性阶段的載荷挠度模型
行程进行了研究,所需的时间较长,且没有很好地反映钢管压力矫直过程的变形机理。文献[4]的理论研究中将弹区比假设为定值,且没有考虑截面的塑设压力矫直厚壁钢管的压下力为F,压点与支性压扁,因而产生较大误差。
文献[5]提出了载荷
座的距离为l,钢管内径为r,外径为R,中间截面弹
挠度模型,且证明了该模型具有较高精度,但是该文性极限层距中性层高度为R,R/R=1,n/R=a,钢
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