電站鍋爐小直徑厚壁管內(nèi)壁裂紋超聲波檢測(cè)

李 飛，王占富，范雪松（哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150046）

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電站鍋爐小直徑厚壁管內(nèi)壁裂紋超聲波檢測(cè)

李 飛，王占富，范雪松
（哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150046）

摘 要：為了滿足電廠用戶對(duì)小直徑厚壁管內(nèi)壁現(xiàn)場(chǎng)無損檢測(cè)的要求，現(xiàn)利用超聲波縱波斜射法檢測(cè)其內(nèi)壁表面是否有裂紋信號(hào)顯示。介紹縱波斜射法檢測(cè)電站鍋爐小直徑厚壁管內(nèi)壁裂紋的方法；重點(diǎn)闡述小直徑厚壁管內(nèi)壁裂紋超聲波檢測(cè)探頭的選擇原則，對(duì)比試塊的制作，靈敏度的選擇，驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的確定等。以過熱器集箱管為例，通過對(duì)其內(nèi)壁超聲波檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，觀察缺陷波形，檢測(cè)缺陷位置、當(dāng)量，為電廠鍋爐安全運(yùn)行排除隱患。

關(guān)鍵詞：超聲波檢測(cè)；探頭；小直徑厚壁管；內(nèi)壁缺陷

0　引言

某電廠機(jī)組為2×1000MW超超臨界鍋爐機(jī)組，機(jī)組為超超臨界參數(shù)變壓直流爐、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)塔式鍋爐。集箱是鍋爐的重要組成部件，承受的載荷較為復(fù)雜。為了減少鍋爐非計(jì)劃停運(yùn)，提高鍋爐運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，有必要對(duì)鍋爐重點(diǎn)部位小徑管內(nèi)壁缺陷進(jìn)行檢測(cè)。

1　儀器和探頭的選擇

此次現(xiàn)場(chǎng)取樣二級(jí)過熱器出口集箱管，材質(zhì)為SA-213T91，規(guī)格為?44.5×12.5mm。正確選擇儀器和探頭對(duì)于有效的發(fā)現(xiàn)缺陷，并對(duì)缺陷定位、定量和定性是至關(guān)重要的。

儀器選用由奧林巴斯公司生產(chǎn)、型號(hào)為EPOCH4-PLUS的A型脈沖反射式數(shù)字超聲探傷儀。該儀器性能穩(wěn)定、重復(fù)性好、可靠性高，盲區(qū)、分辨力、信噪比滿足要求。

根據(jù)檢測(cè)要求和現(xiàn)場(chǎng)條件，選擇手工接觸法檢測(cè)小口徑管，這種方法設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，機(jī)動(dòng)靈活性強(qiáng)。由于其管徑小、曲率大、常規(guī)探頭與管材接觸面小、耦合不良，檢測(cè)過程中波束有一定擴(kuò)散，靈敏度降低，同時(shí)無法像水侵法消除表面盲區(qū)。因而試驗(yàn)所用探頭應(yīng)具備外形尺寸小、信噪比高、靈敏度高、擴(kuò)散角小、盲區(qū)小的特點(diǎn)。

因樣管厚度與外徑比大于0.2，橫波聲束無法到達(dá)管材內(nèi)壁，因此用橫波實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)整個(gè)管壁橫截面的檢測(cè)是很困難的，在被檢管材尺寸使變形橫波檢測(cè)法也難以采用的情況下，為保證100%檢測(cè)到內(nèi)壁缺陷，采用縱波斜射法。選擇第一臨界角以下的小角度入射，進(jìn)入管壁的超聲波型既有縱波也有橫波，但后者輕度很弱，檢測(cè)主要以縱波為主?？v波斜射法的缺點(diǎn)是檢測(cè)時(shí)顯示的除折射縱波外，還存在折射橫波在內(nèi)壁上產(chǎn)生的多次反射回波，波形比較復(fù)雜。

定制雙晶縱波聚焦斜探頭，頻率：5MHz，晶片尺寸：2（6×6）mm，折射角23°，聚焦F30，探頭有機(jī)玻璃層加工成與管材表面相吻合的曲面（見圖1）。

圖1　探頭

2　對(duì)比試塊

采用現(xiàn)場(chǎng)取樣管材無缺陷部分，用于檢測(cè)校準(zhǔn)以及評(píng)估缺陷的當(dāng)量尺寸，以及將所檢出的不連續(xù)信號(hào)與試塊中已知反射體產(chǎn)生的信號(hào)相比較。為了盡可能與需檢測(cè)的缺陷特征接近，模擬具有表面開口的線性缺陷的特點(diǎn)，用線切割方法在內(nèi)壁加工不同深度的矩形槽，寬度為0.2mm，深度分比為：0.2mm、0.5mm、1.0mm、1.5mm，具體實(shí)物如圖2所示。

圖2　對(duì)比試塊

3　靈敏度和評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

靈敏度評(píng)定：0.2mm深人工缺陷回波一次反射信號(hào)最大波幅處的50%波高為基礎(chǔ)靈敏度；在基礎(chǔ)靈敏度的基礎(chǔ)上提高6dB作為掃查靈敏度；0.5mm深人工缺陷回波一次反射信號(hào)最大波幅為判廢靈敏度。評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)發(fā)現(xiàn)缺陷時(shí)，單個(gè)缺陷信號(hào)回波幅值超過判廢靈敏度即判廢。

4　管材內(nèi)壁缺陷的檢測(cè)

此次管材檢測(cè)最重要的目的是檢測(cè)內(nèi)壁的縱向裂紋，此受檢管子的同一斷面，探頭分別按順時(shí)針和逆時(shí)針做兩次全周向掃查，兩個(gè)相鄰斷面的檢測(cè)重疊區(qū)應(yīng)為大于10%探頭寬度。

當(dāng)波束與內(nèi)壁縱向裂紋垂直時(shí)，缺陷波形明顯、尖銳、波峰陡峭；探頭前后移動(dòng)時(shí)，波幅隨裂紋延伸方向有一定程度的改變，探頭繼續(xù)移動(dòng)，波幅衰減明顯，直至消失。

圖3　集箱管內(nèi)壁裂紋滲透顯示

5　結(jié)語

實(shí)驗(yàn)證明，該檢測(cè)方法對(duì)小直徑厚壁管內(nèi)壁裂紋檢測(cè)有較高的檢出率，與滲透檢測(cè)發(fā)現(xiàn)內(nèi)壁裂紋的位置基本吻合，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢測(cè)環(huán)境下，能夠快速準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)內(nèi)壁缺陷信號(hào)顯示，及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患，為鍋爐安全運(yùn)行提供支持。

參考文獻(xiàn)：

［1］電站鍋爐小徑管內(nèi)壁裂紋超聲波檢測(cè)［J］.中國(guó)電力，2014，47（12）.

［2］鄭暉，林樹青.超聲檢測(cè)［M］.北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2008.

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.13.059

作者簡(jiǎn)介：李飛（1986-），男，黑龍江哈爾濱人，本科，研究方向：無損檢測(cè)。