无损检测技术应用现状
5.1.1 无缝钢管无损检测技术应用概况
目前，无损检测的方法很多，常用的主要有磁粉检测（MT）、超声波检测（UT）、渗透检测（PT）、射线检测（RT）、涡流检测（ET）5种常规检测方法。此外，还有一些新兴技术，如金属磁记忆检测、漏磁、激光照相检测、声振检测、红外检测和声发射检测等。
德国Mannesmann公司和日本的住友金属公司在检测大直径钢管时采用超声波探伤和漏磁（MFL）方法；检测小直径钢管时，采用超声波探伤和涡流（ET）方法，这已形成了较为成熟的检测方案。我国的钢管检测大量采用了超声及涡流联合检测的方法，也愈来愈多地采用漏磁方法。
根据GB/T 9808-2008《钻探用无缝钢管》规定，我国无缝钢管制造企业一般采用涡流检验、漏磁检验或超声波检验中的一种方法对钢管进行无损检测。用涡流检验时，执行GB/T 7735―2004《钢管涡流探伤检验方法》；用漏磁检验时，执行GB/T 12606―1999《钢管漏磁探伤方法》；用超声波探伤检验时，执行GB/T 5777―2008《无缝钢管超声波探伤检验方法》。
5.1.2 无损检测技术方法与应用
5.1.2.1 涡流检测技术
涡流探伤是以电磁感应原理为基础的。当钢管经过通交流电的线圈时，钢管管体的不连续性（如缺陷等）将使涡流场发生变化，而以靠近表层和近表层的不连续性影响最大，导致线圈的阻抗或感应电压产生变化，监测这一变化可得到有关管体缺陷或不连续性的信息。
适于钢管质量检验的自动涡流探伤方法主要有点式探头探伤法和穿过式探头探伤法两种。前者采用点式探头高速旋转的方法来探测钢管中的纵向缺陷，其检测速度由探头的数量和其旋转的速度而定，一般来说比较慢，加之设备较复杂，因而其应用不太广泛；而后者则采用穿过式探头来检测钢管中的横向缺陷，这种方法设备简单，探伤速度快（一般可达60m/min以上），且对钢管表面和近表面的常见缺陷如裂口、凹面、结疤及部分外折等有较高的检测灵敏度，因此成为钢管检验的主要方法之一（图5.1）。
图5.1 穿过式线圈涡流探伤技术原理
5.1.2.2 金属磁记忆检测技术
实验证明，在地磁的作用下，在役铁磁性工件的缺陷和夹杂部位，会产生磁畴归一现象，并在其上出现漏磁场。在缺陷位置和/或内应力相对集中的地方，金属磁导率最小，其磁场切向分量具有最大值，而法向分量则改变符号，具有零值。对工件表面漏磁场法向分量进行扫描检测，便可确定应力集中区域，从而间接判断该铁磁性工件是否存在缺陷。
金属磁记忆诊断仪对在役设备由于材料不连续性（缺陷）而导致的应力集中，以全新的快捷检测方式，给出设备疲劳损伤的早期诊断。通常仪器配有多种不同形式的传感器及长度计测器，以适应不同形式的检测需要。该仪器多用于锅炉压力容器、管道、叶片、轴承、铁轨、齿轮对、焊接部位及其他铁磁性金属构件的检测。
5.1.2.3 漏磁检测技术
漏磁检测技术是从磁粉检测发展起来的，是基于铁磁性材料磁性变化的一种无损检测技术。当铁磁材料被磁化后，缺陷的存在会在工件表面产生漏磁场。因此，通过漏磁的检测可以发现材料中的缺陷。
当用磁化器磁化被测铁磁材料时，若材料的材质是连续、均匀的，则材料中的磁感应线将被约束在材料中，磁通是平行于材料表面的（图5.2），几乎没有磁感应线从表面穿出，被检工件表面没有磁场。但是，当材料中存在着切割磁力线的缺陷时，材料表面的缺陷或组织状态变化会使磁导率发生变化，由于缺陷的磁导率很小，磁阻很大，使磁路中的磁通发生畸变，磁感应线流向会发生变化，除了部分磁通直接通过缺陷或通过材料内部来绕过缺陷外，还有部分的磁通会泄漏到材料表面上空，通过空气绕过缺陷再度重新进入材料，从而在材料表面缺陷处形成漏磁场（图5.3）。
目前，在石油钻井领域应用发展较快的是从磁粉检测法延伸出来的漏磁检测技术，其主要特点：
1）对各种损伤均具有较高的检测速度，如铁磁性材料表面、近表面、内部裂纹以及锈蚀等均可获得满意的检测效果；
2）由于磁性的变化易于非接触测量和实现在线实时检测，磁场信号不受被测材料表面污染状态的影响，进行检测时被测材料表面就不需清洗，因此将大大提高检测的效率，减小工作量。
图5.2 无缺陷的磁感应线
图5.3 有缺陷的磁感应线
5.1.2.4 涡流、漏磁、金属磁记忆综合检测技术
单一的探伤方法只能探测到材料中的某些特定缺陷。因此，任何一种无损检测技术都不可能检出钢管尤其是钻杆中的所有缺陷。例如，常规穿过式涡流探伤法只能检出钢管表面和近表面且取向大致为横向的缺陷，对纵向缺陷及钢管内部或内表面的缺陷无能为力。因此，采用数种无损检测方法的组合以最大限度地探测出钢管中各类缺陷，确保出厂产品的质量，成为钢管生产检验的极为重要的一环。以下为推荐的两种组合探伤检验办法：
（1）涡流-漏磁组合检测
穿过式涡流探伤法和以探测纵向缺陷为目的的超声探伤法的组合可以有效地检出钢管中绝大部分缺陷，因而应是首选的组合无损探伤技术。然而，由于超声探伤法速度上的限制，既适应不了钢管在线检验的高速要求，也与涡流探伤的速度无法匹配，故这种组合目前尚不能得到广泛的应用。
与超声探伤技术同样，磁场测定法的漏磁探伤技术也有纵向和横向探测之分。而用于钢管检验的以探测纵向缺陷为目的的漏磁探伤法具有与超声探伤基本相同的功能，即可以检测出钢管内外表面及其内部大致取向为纵向的各类缺陷，只是其内表和内部的检测灵敏度不如超声探伤那样高。另外，漏磁探伤法的检测传感器（探头）可以根据检测速度的需要来选择和设置，且其机头的旋转速度亦可以调整，因此在速度上它既可与涡流探伤法相匹配，也适应钢管生产流水线上在线检测的速度要求。
由以上分析可知，以探测钢管横向缺陷为主要目的的穿过式涡流探伤法和以探测纵向缺陷为主要目的的漏磁探伤法的组合可有效地探测出钢管中的主要缺陷，且适应在线检验的速度要求。
（2）涡流-磁记忆组合检测
该方法集涡流和金属磁记忆两种电磁检测技术于一体，可实现涡流、磁记忆同时检测与同屏实时显示，同时获得两种技术的检测数据，准确判断工件的缺陷、早期疲劳损伤与应力集中状态，真正实现铁磁性工件的综合全面分析。
表5.1列出了由涡流和磁记忆方法观测得到的四种集成的测试结果。这四种状态分别对应于工件的四种不同的损伤程度。A表示试件状态良好，未出现应力集中或者损伤；B意味着物体中存在着应力集中区，当它继续保持负荷这个区域可能会受到损伤，但是难以判断损伤发生的时间；C说明当应力集中超过了材料的承受力，材料出现了损伤缺陷，此时由于损伤导致应力集中被释放，应力消失，但出现了缺陷，如果这一区域没有其他的应力集中因素，将还可以安全使用；D说明检测区域出现了缺陷，而且同时还存在应力集中区，此时，这个区域存在继续破坏的危险，在连续的应力应变下，材料可能会发生断裂，所以建议采取进一步的安全措施，对此区域进行修复或者更换。
表5.1 集成涡流和磁记忆方法技术的四种典型的检测结果
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