減溫器管孔裂紋的超聲檢測

趙建忠，蘇 波，張永軍

（1.國網(wǎng)山西省電力公司電力科學研究院，山西 太原 030001；2.山西漳澤電力股份有限公司蒲州發(fā)電分公司，山西 運城 044500；3.山西大唐國際運城發(fā)電有限責任公司，山西 運城 044602）

0 引言

減溫器是火力發(fā)電廠鍋爐的重要部件，通過用水做冷卻介質(zhì)調(diào)節(jié)蒸汽溫度，控制和保證過熱蒸汽或再熱蒸汽的汽溫。減溫器分表面式和噴水式，現(xiàn)在鍋爐常用的是噴水式減溫器，由噴嘴噴出的減溫水與需要調(diào)溫的蒸汽混合，達到降低蒸汽溫度的目的，內(nèi)套筒的作用是保證減溫水不會直接噴到筒體內(nèi)壁，從而避免因溫度劇烈變化而產(chǎn)生裂紋。由于減溫器噴水減溫時，處于比較惡劣的工況下，特別是當內(nèi)套筒損壞或者噴水方向、方式不正確時，常常在噴水管孔處出現(xiàn)裂紋，因此，如何有效地對該部位的裂紋進行檢測定量就尤為重要。

1 超聲波檢測方法

減溫器管孔裂紋位于減溫器內(nèi)壁管孔處，從外面無法直接觀察，因此采用超聲波探傷對該部位進行檢測。通常采用的方法有：橫波斜探頭檢測、爬波檢測。

1.1 橫波斜探頭檢測

橫波斜探頭檢測見圖1。探頭K值的選擇應(yīng)是周向掃查時一次波可以到達筒體內(nèi)壁。由于探頭在管座周圍做周向掃查，探頭移動面相對管孔并不是一個平面，因此缺陷回波聲程并不是固定的，如圖1所示，在位置1時，一次波聲程最小，位置2時聲程最大，位置3介于兩者之間。

圖1 橫波斜探頭檢測示意圖

因為管孔裂紋通常呈輻射狀由管孔向外擴展，為了保證不漏檢，掃查時聲束要保證與管孔內(nèi)圓相切，這點比較困難，而且由于缺陷回波聲程的不斷變化，采用此方法對缺陷的判定及缺陷尺寸的測量相對較難。

1.2 爬波檢測

當斜探頭以第一臨界角入射時，縱波平行于界面沿表面下傳播，把橫波和縱波疊加后能量最集中的前沿稱為爬波。爬波對于表面粗糙度不敏感，適合檢測近表面裂紋。這里采用爬波檢測，是在其他方法已經(jīng)發(fā)現(xiàn)裂紋的前提下，為了確定管孔裂紋是否已經(jīng)擴展到減溫器筒體外表面。結(jié)合其他方法，可以在不具備對裂紋進行馬上處理的條件時，為監(jiān)督運行提供依據(jù)。

爬波檢測時掃查方式同橫波斜探頭。檢測時需要注意的是，由于爬波在傳播過程中連續(xù)發(fā)生由縱波向橫波的波形轉(zhuǎn)換，衰減嚴重，檢測范圍較短，通常在50 mm以內(nèi)。因此在對壁厚較大或角焊縫寬度較大的管座進行檢測時，即使裂紋已擴展到減溫器筒體近表面，但由于檢測范圍達不到，也可能會出現(xiàn)漏檢的情況。

1.3 相控陣檢測

相控陣技術(shù)是一種通過電子激發(fā)的時間不同而改變探頭性質(zhì)的技術(shù)。主要包括以下幾個特點：一個探頭有多個性質(zhì)相同的晶片，每個晶片分別被獨立的脈沖激發(fā)，通過對探頭晶片的延時控制，可以控制波束的偏轉(zhuǎn)、聚焦深度等。

相控陣技術(shù)的優(yōu)點可以概括為以下幾方面。

a）快速。相控陣線性掃查比常規(guī)探頭的掃查速度快得多。

b）靈活。單個相控陣探頭通過設(shè)置采用不同的掃查方式就可以檢測不同的部件。

c）可進行復(fù)雜檢測。相控陣可以檢測幾何形面復(fù)雜的試件。

d）可以在探頭移動受限的位置進行檢測。

e）方向難以辨別的缺陷可檢測性增強，波束的聚焦增加了信噪比。

f）通過掃查中采集的大量A掃數(shù)據(jù)的分析處理，可以進行實時成像，缺陷顯示更為直觀，對缺陷性質(zhì)及大小的判定更為準確。

g）扇形掃查是將不同的聚焦法則作用于同一組單元，使聲束在一系列角度范圍內(nèi)進行掃查。扇形掃查由于折射角可變，可對復(fù)雜構(gòu)件如汽輪機葉根等進行檢測，也可用來掃查裂紋等面狀缺陷，提高缺陷的定量精度。

對減溫器噴水管孔進行超聲相控陣檢測時，探頭移動方式與橫波斜探頭檢測時相同，采用扇形掃查，由于聲束是覆蓋一系列的角度范圍的，對裂紋等面狀缺陷檢出率高，定量精度也比常規(guī)超聲高。

2 檢測方法驗證

某電廠的二級減溫器材質(zhì)為P22，規(guī)格Φ610mm×98 mm（實測109 mm左右），噴水管座材質(zhì)為P22，規(guī)格Φ159 mm×20 mm。大修割開手孔進行內(nèi)窺鏡檢查，發(fā)現(xiàn)噴水管座管孔處有3條裂紋，長度 5～20 mm。

采用雙晶爬波探頭2.5P8×10進行檢測，以深度1 mm的刻槽作為參考靈敏度，未發(fā)現(xiàn)缺陷信號，說明裂紋沒有開裂到近外表面。

超聲相控陣檢測：采用一個32晶片的一維線陣探頭，頻率為5 MHz，聚焦深度110 mm，扇形掃描范圍為10°～80°。掃查方式與超聲橫波斜探頭檢測相同，沿管座周向?qū)芸走M行掃查。探頭正對管孔，管座內(nèi)壁反射圖像，可以清楚地看到由于管座內(nèi)壁的微小回波組成的內(nèi)壁圖像。

根據(jù)最長裂紋的扇掃圖像可以測量出缺陷高度為18 mm。割下減溫器對其管孔裂紋進行打磨消缺，該處實際打磨約15 mm后裂紋消失。

3 結(jié)論

采用爬波與相控陣相結(jié)合的超聲探傷方法可以大大提高對減溫器管孔內(nèi)壁裂紋的定量精度，為缺陷監(jiān)督運行或處理提供依據(jù)。

由于超聲相控陣可以進行3D成像，所以今后可以開發(fā)管孔檢測的專用軟件模塊，結(jié)合相應(yīng)的探頭支架及編碼器，可以對管孔進行實時3D成像，從而實現(xiàn)對管孔裂紋的持續(xù)跟蹤監(jiān)測。