超聲波檢測(cè)技術(shù)在鍋爐壓力容器缺陷檢測(cè)中的應(yīng)用

張文華

（新疆維吾爾自治區(qū)特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，新疆 烏魯木齊 830011）

超聲波檢測(cè)技術(shù)在鍋爐壓力容器缺陷檢測(cè)中的應(yīng)用

張文華

（新疆維吾爾自治區(qū)特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，新疆 烏魯木齊 830011）

超聲波探傷技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，監(jiān)測(cè)速度較高，并且監(jiān)測(cè)結(jié)果擁有較高的精確性，波形也十分穩(wěn)定。超聲波探傷技術(shù)能夠在多種材料內(nèi)應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)材料自身所存在的漏洞，其應(yīng)用在鋼鐵等合金上面，能夠有效監(jiān)測(cè)出這些材料所具有的氣孔或者是未融合等等問(wèn)題。其在航空航天及石油化工等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，能夠有效保證設(shè)備的安全性能，延長(zhǎng)設(shè)備使用時(shí)間。本文以鍋爐壓力容器所進(jìn)行的缺陷檢測(cè)作為研究對(duì)象，對(duì)超聲波檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行分析全面了解。

鍋爐壓力容器；超聲波檢測(cè)技術(shù)；缺陷檢測(cè)；缺陷定位分析

現(xiàn)階段，我國(guó)所擁有的鍋爐壓力容器在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中都存在一定的缺陷，具有較大的安全隱患。將超聲波檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用在鍋爐壓力容器缺陷檢測(cè)過(guò)程中，能夠有效發(fā)現(xiàn)鍋爐壓力容器在運(yùn)行過(guò)程中所存在的漏洞，進(jìn)而制定針對(duì)性解決措施，提高鍋爐壓力容器安全性能，真正發(fā)揮出鍋爐壓力容器所具有的作用。

1 超聲波檢測(cè)技術(shù)原理

超聲波檢測(cè)主要是按照超聲波材料在傳播過(guò)程中所具有的特點(diǎn)，利用超聲波與缺陷二者相互作用的原理，對(duì)于設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)。從理論角度分析，超聲波要是在無(wú)限大均勻介質(zhì)內(nèi)能夠按照直線形式傳播，但是任何介質(zhì)都是具有一定大小的，超聲波在非均勻介質(zhì)內(nèi)傳播過(guò)程中，或者是在兩種介質(zhì)之間進(jìn)行傳播，都會(huì)受到介質(zhì)變化的影響，超聲波在聲阻抗的影響之下，會(huì)在分界面上形成反射或者是折射等等問(wèn)題，進(jìn)而對(duì)于檢測(cè)物品是否存在缺陷問(wèn)題進(jìn)行檢測(cè)。

現(xiàn)階段，超聲波檢測(cè)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中主要使用的設(shè)備就是A型顯示脈沖檢測(cè)儀。超聲波檢測(cè)技術(shù)在長(zhǎng)時(shí)間對(duì)于各種材料及制造工藝全面了解研究，同時(shí)將在檢測(cè)過(guò)程中所發(fā)現(xiàn)的缺陷進(jìn)行分析驗(yàn)證，在長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)驗(yàn)積累上面，顯示屏上面就能夠呈現(xiàn)出缺陷所具有的回波動(dòng)態(tài)及靜態(tài)波形，按照波形的變化，缺陷回波所具有的位置，回波次數(shù)，同時(shí)在利用檢測(cè)過(guò)程中缺陷分布狀態(tài)及延伸情況，對(duì)于檢測(cè)物所存在的缺陷系統(tǒng)全面性分析。超聲波檢測(cè)技術(shù)在應(yīng)用鍋爐壓力容器缺陷檢測(cè)過(guò)程中，所具有的優(yōu)勢(shì)十分顯著，首先，超聲波檢測(cè)技術(shù)具有良好的指向性，進(jìn)而在顯示屏內(nèi)所具有的波束十分模明顯；其次波長(zhǎng)較短，鍋爐壓力容器內(nèi)所存在的細(xì)小缺陷也能夠反射出來(lái)；最后就是回波距離辨別十分容易，缺陷發(fā)展機(jī)率較高。正是由于缺陷對(duì)于鍋爐壓力容器運(yùn)行具有重要意義，因此利用超聲波檢測(cè)技術(shù)對(duì)于鍋爐壓力容器缺陷進(jìn)行檢測(cè)，能夠有效發(fā)現(xiàn)鍋爐壓力容器所存在的缺陷，保證鍋爐壓力容器運(yùn)行質(zhì)量。

2 鍋爐壓力容器常見(jiàn)缺陷

2.1 裂紋

鍋爐壓力容器在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中危險(xiǎn)系數(shù)最高的一種缺陷就是裂紋，我國(guó)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定，鍋爐壓力容器要是具有一點(diǎn)裂紋，就表示鍋爐壓力容器生產(chǎn)質(zhì)量不合格。造成鍋爐壓力容器出現(xiàn)裂紋的機(jī)理十分復(fù)雜，要是從形成條件及時(shí)機(jī)角度分析，主要可以分為四種，分別是熱裂紋、再熱裂紋、冷裂紋及層狀撕裂。裂紋具有十分顯著的方向性，超聲波檢測(cè)技術(shù)在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中，所得到回波可能較大也可能較小，要是按照不同K值探頭進(jìn)行檢查，從多個(gè)角度射入，就能夠找到最大回波。

2.2 未熔合

未熔合主要表示金屬與目標(biāo)金屬在焊縫存在缺陷，或者是金屬與金屬之間的焊接沒(méi)有完善，進(jìn)而造成鍋爐壓力容器存在缺陷。要是從未熔合位置角度對(duì)于鍋爐壓力容器缺陷進(jìn)行劃分，主要可以將其分為三種類別，分別是坡口未熔合、層間未熔合與根部未熔合。未熔合不僅僅能夠從位置方面進(jìn)行判定，還能夠從方向角度進(jìn)行判定，主要原因是由于未熔合屬于面狀缺陷。所以，不同K值在對(duì)于未熔合檢測(cè)過(guò)程中，所得到回波數(shù)量存在較大的差異。

2.3 未焊透

未焊透主要分為兩種，分別是中間未焊透及根部未焊透，在這兩種未焊透形成中，檢測(cè)回波起伏較大的是根部未焊透，回波現(xiàn)象十分顯著，現(xiàn)象明顯，之之在對(duì)于焊縫兩側(cè)檢測(cè)的時(shí)候，都能夠發(fā)現(xiàn)根部未焊透缺陷，回波幅度十分顯著。

3 鍋爐壓力容器缺陷檢測(cè)中超聲波檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

3.1 鍋爐壓力容器角焊縫超聲波檢測(cè)技術(shù)

超聲波檢測(cè)技術(shù)在對(duì)于角焊接位置進(jìn)行系統(tǒng)檢測(cè)過(guò)程中，主要通過(guò)兩種方式檢測(cè)，分別是雙晶直探頭與斜探頭。雙晶直探頭檢測(cè)方法在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，主要是將探頭位于接管內(nèi)壁，進(jìn)而對(duì)于筒體斜坡口位置是否存在未熔合問(wèn)題，這種檢測(cè)方式無(wú)法對(duì)于焊縫根部所具有的未焊透缺陷進(jìn)行檢測(cè)。雙晶直探頭所無(wú)法檢測(cè)的區(qū)域，就需要應(yīng)用斜探頭檢測(cè)方式檢測(cè)。

（1）探頭選擇。超聲波檢測(cè)技術(shù)在對(duì)于角焊接檢測(cè)中正常情況下都是在接管側(cè)通過(guò)直射法與一次反射法，為了能夠讓超聲波在經(jīng)小經(jīng)管內(nèi)部上面具有良好的反射能夠，保證檢測(cè)的靈敏性及分辨率，可以按照接管厚度實(shí)際情況，生產(chǎn)針對(duì)性小景觀線斜探頭。

（2）探傷面的確定。由于鍋爐壓力容器結(jié)構(gòu)的影響，在對(duì)于角焊縫進(jìn)行橫波檢測(cè)過(guò)程中，只能夠應(yīng)用單面探傷，在筒板內(nèi)外進(jìn)行檢測(cè)。橫波檢測(cè)之前，需要利用一次反射法的數(shù)學(xué)函數(shù)，將探頭所檢測(cè)的區(qū)域計(jì)算出來(lái)，角焊縫周圍余高及熱影響都會(huì)對(duì)于缺陷檢測(cè)造成影響，所以就需要在計(jì)算數(shù)值上添加角焊縫腰高及影響區(qū)域。按照三角函數(shù)關(guān)系原理，探頭在移動(dòng)過(guò)程中遵循一次反射法原理，對(duì)于角焊縫區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)，要在對(duì)于根部未焊透缺陷檢測(cè)中，探頭界面基準(zhǔn)為22.5mm。

（3）波形識(shí)別。探頭在對(duì)于接管內(nèi)部檢測(cè)過(guò)程中，焊縫金屬邊緣也就是角焊接蓋面位置，能夠正常收到接管及外部在檢測(cè)過(guò)程中所產(chǎn)生的回波，要是不仔細(xì)分析，就會(huì)出現(xiàn)檢測(cè)漏洞或者是錯(cuò)誤分析情況。所以，探頭在移動(dòng)過(guò)程中，還需要對(duì)于底波情況進(jìn)行分析，進(jìn)而對(duì)于焊縫與母材金屬之間的交接位置確定，這樣探頭就能夠在接管內(nèi)來(lái)回移動(dòng)。探頭與標(biāo)記位置在重合之后，底波要是還是較大，接管側(cè)就很有可能出現(xiàn)未焊透或者是未熔合缺陷。

3.2 鍋爐壓力容器內(nèi)壁裂紋超聲波檢測(cè)

超聲波檢測(cè)技術(shù)在對(duì)鍋爐壓力容器內(nèi)部裂紋檢測(cè)過(guò)程中，根據(jù)原有檢修設(shè)置，按照鍋爐壓力容器所具有的規(guī)格及形狀，用兩種K值斜探頭進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)而判斷鍋爐壓力容器內(nèi)壁是否存在裂紋缺陷。

（1）縱波檢測(cè)。在對(duì)于鍋爐壓力容器縱波裂紋缺陷檢測(cè)過(guò)程中，所應(yīng)用探頭規(guī)格為2.5mhz、20mm，主要是鍋爐壓力容器之外，與外圓直接接觸，進(jìn)行軸向性檢測(cè)。這種檢測(cè)方式主要能夠?qū)τ谥睆匠^(guò)2mm的裂紋檢測(cè)。

（2）環(huán)向缺陷的橫波檢測(cè)。在對(duì)于鍋爐壓力容器缺陷檢測(cè)過(guò)程中，主要利用兩種不同K值探頭進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)而將檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，這兩個(gè)K值，分別為K1、K3。K1探頭在檢測(cè)過(guò)程中，主要是對(duì)于管座進(jìn)行縱向及周向上的檢測(cè)，這種檢測(cè)方試很難發(fā)現(xiàn)容器是否具有良好的耦合性，主要還是以軸向檢測(cè)為主。K1探頭檢測(cè)主要目的就是判斷容器內(nèi)壁是否存在開(kāi)口缺陷，對(duì)于裂紋深度無(wú)法進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量，顯示屏上回波幅度最高的位置也就是容器裂紋最深的地方，探頭在不斷移動(dòng)過(guò)程中，回波也不斷出現(xiàn)。K3探頭在對(duì)于管座檢測(cè)過(guò)程中，主要進(jìn)行縱向檢測(cè)，周向檢測(cè)受到容器結(jié)構(gòu)的限制，回波特點(diǎn)及位置難以精確分析，進(jìn)而也就無(wú)法找到容器內(nèi)部裂紋的具體位置。容器內(nèi)壁裂紋深度在不斷增加過(guò)程中，所得到回波也逐漸呈現(xiàn)直線狀態(tài)，信號(hào)最為顯著，顯示屏內(nèi)主要回波主要表示裂紋根部的情況。裂紋分布要是十分密集，探頭在移動(dòng)過(guò)程中，由于受到不同裂紋回波的影響，反射波會(huì)逐漸消失。與此同時(shí)，裂紋根部回波在反射到顯示屏上面之后，能夠?qū)τ诹鸭y深度進(jìn)行檢測(cè)。

（3）缺陷的定量測(cè)定與評(píng)定。在檢測(cè)過(guò)程中要是發(fā)現(xiàn)缺陷波，主要是通過(guò)探頭的前后移動(dòng)，找到缺陷波最高值，然后再利用不同K值探頭對(duì)于缺陷深度進(jìn)行測(cè)量。K1與L3斜探頭在共同應(yīng)用之后，能夠?qū)⒘鸭y位置及深度顯示出來(lái)。

4 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)階段，部分鍋爐壓力容器內(nèi)所具有的缺陷無(wú)法通過(guò)傳統(tǒng)檢測(cè)方法檢測(cè)處理，這樣就造成鍋爐壓力容器在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中存在較大的安全隱患。應(yīng)用超聲波檢測(cè)技術(shù)，能夠有效發(fā)現(xiàn)缺陷，進(jìn)而有效解決缺陷，對(duì)延長(zhǎng)鍋爐壓力容器使用壽命具有重要意義。

[1]黃健.數(shù)字超聲波探傷儀在液化氣儲(chǔ)罐探傷中的應(yīng)用[J].測(cè)控技術(shù)，2014,27(6):56.

[2]孫齊松，王新華，許曉東，等.鑄坯在加熱爐停留時(shí)間對(duì)中厚板探傷合格率的影響[J].北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2014,30(5):19.

[3]張利民.淺談超聲波探傷技術(shù)在鍋爐壓力容器檢測(cè)中的應(yīng)用[J].科技與企業(yè)，2012,11(21):232～234.

TG115.28+5

A

1671-0711（2016）12（下）-0067-02