钛材管的无损检测

钛管无损检测方式的应用选择
贾国梁
( 山东佳瑞机械有限公司山东.泰安 271000 ）
摘要：本文从涡流无损检测和超声波无损检测技术的原理和应用范围及适用特点出发，对钛材料管材的无损检测进行分析比较，解释了不同规格钛管选择不同无损检测方法的原因。

关键词：钛管原理无损检测
Abstract: This article and is suitable the characteristic from the turbulent flow nondestructive testing and the ultrasonic wave nondestructive testing technology's principle and the application scope, carries on the analysis comparison to the titanium material tubing's nondestructive testing, explained the different specification titanium tube choice different nondestructive testing method reason.
Key word: Titanium tube,Principle, Nondestructive Testing
1 前言
钛是具有强烈钝化倾向的金属，在空气中和氧化性或中性水溶液中能迅速生成一层稳定的氧化性保护膜，即使因为某些原因造成保护膜破坏，也能迅速自动恢复。

因此钛在氧化性、中性介质中具有优异的耐腐蚀性。

在一般情况下，钛材料不会发生孔蚀，钛还具有抗腐蚀疲劳稳定性。

由于其优良耐腐蚀的性能,钛材广泛应用于石油、化工、制盐、制药、冶金、电子、海洋等相关领域。

随着加工技术的提高，钛制设备在诸多行业中的运用比例逐年增长，尤其是使用钛材制作换热设备，钛材料做为换热元件与碳钢、不锈钢材料相比具有以下优点：①在许多介质中，具有优良的耐腐蚀性，管壁可以较薄，传热效果高；②表面光洁，无垢层，污垢系数小；③材质密度小，强度高，设备体积和重量小。

基于以上优点，各种类型的钛制换热器，在石油、化工等工业部门的应用日益增多。

钛管分为二类：一类是工艺配管用钛管，例如：压力容器管道等；一类是换热器专用钛管，即钛材换热管。

做为专用于换热器的钛管有以下要求：①以退货状态交货；②按批量抽样进行力学性能试验（拉力试验、压扁、扩口试验）等；③全部管材进行无损探伤检验和液压试验；④公差要求严格。

由此可见，钛管的质量是至关重要的，直接决定了设备的质量。

国家和行业标准中关于钛管的无损检测方法规定了涡流或超声波无损检测，那么在何种情况下选择何种无损检测方法呢？其原因是什么？
2 无损检测的原理及特点
涡流无损检测和超声波无损检测都属于常规无损检测技术的范畴，其区别在于检测原理和使用方法及范围的不同。

2.1 涡流无损检测的原理及特点
涡流无损检测的工作原理：是利用电磁感应原理为基础，当线圈流过高频交变电流时会在其中产生交变磁场，如果该磁场靠近金属工件表面，则在工件中能感应出电流，简称涡流。

由震荡器即交变电压发生器供给检测线圈激励电流，经信号耦合装置在被检测件及其周围形成激励磁场，该磁场在被检测件中感应出涡流，涡流又产生自己的涡流磁场，其作用是抵消激励磁场，消弱和抵消的程度根据被检测件材质的对涡流影响的各种因素而定。

涡流磁场中包含了被检测件的信号，反过来使检测线圈的阻抗发生变化，而检测线圈可检测出被检测件中涡流磁场的变化，从而利用金属材料在交流磁场作用下产生涡流磁场，磁场的变化会引起线圈阻抗的变化，测量出该阻抗变化的幅值与相位即能间接地测量出工件表面与近表面材质异常或缺陷尺寸。

涡流对被检测件表面或近表面的缺陷，有较高的检测灵敏度，可用来测量镀层和涂膜
的厚度。

而且检测速度快，对钛管的无损检测速度可达10~80m/s。

由于涡流无损检测是交变电流，有“趋肤效应”，涡流无损检测的有效检测范围仅局限于工件表面的有限深度，其信号难以判断缺陷类型等。

2.2超声波无损检测的原理及特点
超声波工作的原理：主要是基于超声波在管件中的传播特性（反射、透射、散射）。

声源产生超声波，采用一定的方式使超声波进入管件，超声波在管件中传播并与管件材料以及其中的缺陷相互作用，利用均匀材料中存在的缺陷，造成材料的不连续性，使其传播方向或特征被改变，超声波在两个不同阻抗物体的交界面上将发生反射，反射能量的大小取决于交界面两边物体声阻抗的差异与交界面的取向和大小，改变后的超声波通过检测设备被接收，从而判断缺陷的大小和位置，并可对其进行处理和分析，根据接收的超声波的特征，评估试件本身及其内部是否存在缺陷及缺陷的特性。

因此，超声波无损检测对深埋的裂纹比较敏感。

管材相对于超声探头旋转的最高速度应满足下式：
K D f
d
f
n
**
*
9
n——旋转速度r/min
D——被检测管材外径mm
d——声束有效宽度mm
f——仪器的重复频率HZ
K——系数其值取2~3
超声波探伤优点是检测厚度大、灵敏度高、速度快、成本低、对人体无害，能对缺陷进行定位和定量。

超声波探伤对缺陷的显示不直观，探伤技术难度大，容易受到主客观因素影响，超声波检测对工作表面要求平滑，要求富有经验的检验人员才能辨别缺陷种类、适合于厚度较大的零件检验，使超声波探伤也具有其局限性。

且由于超声波的“表面盲层”现象，超声波无损检测对小、薄管件的表面和近表面缺陷不敏感。

3 钛管的规格与检测方法确定
每一种无损检测方法都有它的局限性，正确选用最适当的无损检测方法：由于各种检测方法都具有一定的特点，为提高检测结果可靠性，应根据设备材质、制造方法、工作介质、使用条件和失效模式，预计可能产生的缺陷种类、形状、部位和取向，选择合适的无损检测方法。

要根据被检管件的实际情况来选择检测方法：
涡流检测适用于导电材料的金属表面缺陷检测，一般用来检测小薄壁管子的，适用于管径为10~60mm，壁厚为0.5~4.5mm的钛材管件。

超声波无损检测适用于一般适用于检测大口径管，大口径弯曲曲率半径大，探头与管壁声耦合好，因此大厚壁，且厚度与外径之比不大于0.2的钛材管件采用超声波无损检测。

4 结论
综上所述，对于壁厚较厚且使用条件和设计要求较为苛刻的钛管，进行涡流和超声波无损检测进行检测，从而既能检测出钛管表面及近表面的缺陷，同时也能检测出钛管内部的缺陷，实现检测互补，确保钛管的质量，为设备的安全适用提供良好条件。

参考文献
1. 郑晖林树青.超声检测（第二版）.北京.中国劳动社会保障出版社.2003：237~250
2.黄嘉琥应道宴.钛制化工设备.北京.化学工业出版社. 2002：105~112。