超聲檢測(cè)在壓力容器定期檢驗(yàn)中的應(yīng)用

王艷玲，付文軍

（河南省鍋爐壓力容器安全檢測(cè)研究院安陽(yáng)分院，河南安陽(yáng)455000）

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超聲檢測(cè)在壓力容器定期檢驗(yàn)中的應(yīng)用

王艷玲，付文軍

（河南省鍋爐壓力容器安全檢測(cè)研究院安陽(yáng)分院，河南安陽(yáng)455000）

摘要：結(jié)合實(shí)際工作，根據(jù)新修訂的《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)第3部分超聲檢測(cè)》（NB/T47013.3-2015），闡述了無(wú)損檢測(cè)中超聲檢測(cè)的定義，范圍和優(yōu)缺點(diǎn)，分析了超聲檢測(cè)在壓力容器定期檢驗(yàn)中的應(yīng)用，為超聲檢測(cè)在實(shí)際工作中的應(yīng)用指出了方向。

關(guān)鍵詞：無(wú)損檢測(cè)；超聲檢測(cè)；壓力容器；定期檢驗(yàn)

壓力容器定期檢驗(yàn)，是指特種設(shè)備檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)按照一定的時(shí)間周期，在壓力容器停機(jī)時(shí)，根據(jù)《壓力容器使用管理規(guī)則》（TSG R7001-2013）的規(guī)定對(duì)在用壓力容器的安全狀況所進(jìn)行的符合性驗(yàn)證活動(dòng)。

目前壓力容器全面檢驗(yàn)所用到的無(wú)損檢測(cè)方法由NB/T4730-2005中的五種增加到了NB/ T47013.3-2015中的12種，分別是：射線檢測(cè)，磁粉檢測(cè)，滲透檢測(cè)，超聲檢測(cè)，渦流檢測(cè)，泄露檢測(cè)，目視檢測(cè)，聲發(fā)射檢測(cè)，衍射時(shí)差法超聲檢測(cè)，X射線數(shù)字成像檢測(cè)，漏磁檢測(cè)和脈沖渦流檢測(cè)等。

1 超聲檢測(cè)的定義、范圍和優(yōu)缺點(diǎn)

超聲檢測(cè)是在壓力容器定期檢驗(yàn)中比較常用的無(wú)損檢測(cè)方法之一，即在不破壞檢測(cè)對(duì)象的前提下，利用超聲波與工件相互作用，就反射，透射和散射的波進(jìn)行研究分析，從而對(duì)工件進(jìn)行宏觀缺陷檢測(cè)、幾何特性測(cè)量，組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能變化的檢測(cè)和表征，并進(jìn)而對(duì)其特定應(yīng)用性進(jìn)行評(píng)價(jià)的技術(shù)。在特種設(shè)備檢測(cè)實(shí)際應(yīng)用中，通常指的是宏觀缺陷檢測(cè)和材料厚度的確定。

超聲檢測(cè)的能力范圍很廣，主要集中在以下幾個(gè)方面。1）能檢測(cè)出原材料（板材、復(fù)合板材、管材、鍛件等）和零部件中存在的缺陷；2）能檢測(cè)出焊接接頭內(nèi)存在的缺陷，面狀缺陷檢出率較高；3）超聲波穿透能力強(qiáng)，可用于厚度大于100mm以上的原材料和焊接接頭的檢測(cè)；4）能確定缺陷的位置和相對(duì)尺寸。但是它也有一定的局限性：1）較難檢測(cè)粗晶材料和焊接接頭中存在的缺陷；2）缺陷位置、取向和形狀對(duì)檢測(cè)結(jié)果有一定的影響；3）A型缺陷檢測(cè)不直觀，檢測(cè)記錄信息少；4）較難確定體積狀缺陷或面狀缺陷的具體性質(zhì)。在實(shí)際檢測(cè)中，檢測(cè)人員要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行超聲作業(yè)。

壓力容器定期檢驗(yàn)超聲檢測(cè)所采用的設(shè)備為A型脈沖反射式超聲檢測(cè)儀。主要利用顯示屏中顯示出的信號(hào)和波形來(lái)判斷缺陷的位置，利用分析計(jì)算得出缺陷的大小，形狀，從而利用《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)第3部分超聲檢測(cè)》（NB/T47013.3-2015）中缺陷評(píng)級(jí)來(lái)評(píng)定缺陷級(jí)別。

2 實(shí)際工作中的案例和檢測(cè)步驟

以某企業(yè)一臺(tái)貯液器的定期檢驗(yàn)為例，如圖1所示。該設(shè)備主要由筒體和封頭組成，Ⅲ類容器，材料均為Q235C，壁厚均為16mm，設(shè)計(jì)壓力2.0MPa，設(shè)計(jì)溫度50℃，內(nèi)徑長(zhǎng)1600mm，高5672mm，盛裝介質(zhì)為R717，X型坡口，埋弧自動(dòng)焊。

圖1 貯液器示意圖

《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)第3部分超聲檢測(cè)》（NB/ T47013.3-2015）規(guī)定，針對(duì)設(shè)備中埋藏缺陷，應(yīng)當(dāng)選取超聲檢測(cè)或者射線檢測(cè)等方法，此次我們采取超聲檢測(cè)中脈沖反射法對(duì)該設(shè)備進(jìn)行探傷，著重部位為環(huán)縫和縱縫的焊接接頭。

2.1 檢測(cè)技術(shù)等級(jí)和檢測(cè)比例的選取

由于不同類別焊接接頭的重要性、失效后果嚴(yán)重性和危害性存在差異，有必要根據(jù)實(shí)際情況采用相適應(yīng)的超聲檢測(cè)技術(shù)等級(jí)對(duì)焊接接頭進(jìn)行檢測(cè)。不同檢測(cè)技術(shù)等級(jí)對(duì)質(zhì)量的保證是不一樣的。焊接接頭超聲檢測(cè)技術(shù)等級(jí)分為A、B、C三級(jí)。

A級(jí)檢測(cè)適用于工件厚度為6～40mm焊接接頭的檢測(cè)，可用一種折射角斜探頭采用直射波法和一次反射波法在焊接接頭的單面雙側(cè)進(jìn)行檢測(cè)。如受條件限制，也可以選擇雙面單側(cè)或單面單側(cè)進(jìn)行檢測(cè)。

B級(jí)檢測(cè)一般適用于工件厚度為6～200mm焊接接頭的檢測(cè)，一般進(jìn)行橫向缺陷的檢測(cè)。

C級(jí)檢測(cè)一般適用于工件厚度大于等于6～500mm的焊接接頭的檢測(cè)，采用C級(jí)檢測(cè)要將焊縫余高磨平，工件厚度大于15mm一般在雙面雙側(cè)進(jìn)行檢測(cè)，工件厚度大于40mm的對(duì)接接頭，還應(yīng)增加直探頭檢測(cè)，還要進(jìn)行橫向檢測(cè)。

依據(jù)《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（TSG R0004-2009）的要求［1］，該設(shè)備為第Ⅲ類壓力容器，設(shè)計(jì)壓力為2.0MPa，所以焊接接頭的超聲檢測(cè)比例為100%，技術(shù)檢測(cè)等級(jí)為B級(jí)。

2.2 試塊的選用

試塊分為標(biāo)準(zhǔn)試塊和對(duì)比試塊兩種。標(biāo)準(zhǔn)試塊是指具有規(guī)定化學(xué)成分、表面粗糙度、熱處理及幾何形狀的材料塊，用于評(píng)定和校準(zhǔn)超聲檢測(cè)設(shè)備。對(duì)比試塊是指與被檢件或材料化學(xué)成分相似，含有意義明確參考反射體的試塊，用以調(diào)節(jié)超聲檢測(cè)設(shè)備的幅度和聲程，以將所檢測(cè)出的缺陷信號(hào)與已知反射體所產(chǎn)生的信號(hào)相比較，即用于檢測(cè)校準(zhǔn)的試塊。

依據(jù)《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)第3部分超聲檢測(cè)》（NB/T47013.3-2015），焊接接頭超聲檢測(cè)采用標(biāo)準(zhǔn)試塊為CSK-IA，因?yàn)樵撛O(shè)備筒體壁厚16mm，所以選取對(duì)比試塊為CSK-IIA-1。

2.3 耦合劑的選用

耦合劑的好壞決定著超聲能量傳入工件的聲強(qiáng)透射率高低。在焊縫檢測(cè)中，常用的耦合劑有：甘油、水、機(jī)油、化學(xué)糨糊等。甘油耦合效果最好，但價(jià)位較高。一般情況下，選用機(jī)油或化學(xué)糨糊。本次檢測(cè)選擇的耦合劑為化學(xué)糨糊。

2.4 探頭的選擇

特種設(shè)備焊縫一般晶粒較細(xì)，且超聲波各向同性。因此，檢測(cè)波形一般為橫波，頻率為2.5～5MHz。一般斜探頭K值根據(jù)母材的板厚來(lái)選取。板厚較薄的采用較大K值，以避免近場(chǎng)區(qū)檢測(cè)，提高定位、定量精度。板厚較厚選用較小K值，以便縮短聲程、減小衰減、提高檢測(cè)靈敏度，還可以減小探頭移動(dòng)區(qū)、減小打磨寬度。經(jīng)實(shí)際測(cè)量，焊縫寬度為20mm，依據(jù)《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)第3部分超聲檢測(cè)》（NB/T47013.3-2015）［4］的要求，此次選取探頭型號(hào)為2.5P13x13K2。

2.5 檢測(cè)區(qū)的確定和檢測(cè)面的準(zhǔn)備

檢測(cè)區(qū)由焊接接頭寬度和焊接接頭檢測(cè)區(qū)厚度表征。檢測(cè)區(qū)寬度為焊縫本身加上焊縫熔合線兩側(cè)各10mm。該設(shè)備檢測(cè)區(qū)寬度為40mm。為保證超聲檢測(cè)可以檢測(cè)到整個(gè)檢測(cè)區(qū)，所以探頭移動(dòng)區(qū)寬度應(yīng)不小于1.25P，針對(duì)本次檢測(cè)，探頭移動(dòng)區(qū)不小于80mm，所以本次檢測(cè)要求使用單位做檢驗(yàn)前準(zhǔn)備工作時(shí)，打磨寬度不小于80mm。

2.6 靈敏度的選擇

依據(jù)《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)第3部分超聲檢測(cè)》（NB/T47013.3-2015）的要求，工件厚度為6～200mm的焊接接頭，斜探頭檢測(cè)時(shí)，采用CSK-IIA試塊制作距離-波幅曲線，掃查靈敏度不低于φ 2x40-18dB，檢測(cè)范圍內(nèi)最大聲程處的評(píng)定線高度不低于熒光屏滿屏刻度的20%。此次掃查靈敏度為φ2x40-18dB。

2.7 掃查方法的選擇

斜探頭掃查方法分為前后、左右、轉(zhuǎn)角和環(huán)繞等四種基本掃查方式。檢測(cè)橫向缺陷時(shí)，可在焊接接頭兩側(cè)邊緣使斜探頭與焊接接頭中心線成不大于10°作兩個(gè)方向的斜平行掃查。掃查速度不超過(guò)150mm/s。

2.8 缺陷的評(píng)定

超過(guò)評(píng)定線的信號(hào)都要記錄下來(lái)，經(jīng)過(guò)計(jì)算分析確定缺陷的位置和特性，判斷其是否具有裂紋、未焊透、未熔合等類型的缺陷特征，如有懷疑，應(yīng)采取改變K值，增加檢測(cè)面，觀察動(dòng)態(tài)波形并結(jié)合結(jié)構(gòu)工藝特征作評(píng)定，如對(duì)波形不能判斷時(shí)，應(yīng)輔以其他檢測(cè)方法，如射線等作綜合評(píng)定。最后依據(jù)《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)第3部分超聲檢測(cè)》（NB/ T47013.3-2015）中鍋爐、壓力容器本體焊接接頭超聲檢測(cè)質(zhì)量分級(jí)來(lái)進(jìn)行缺陷評(píng)級(jí)。

2.9 缺陷處理

對(duì)超聲波檢測(cè)出的缺陷，告知使用單位，要求使用單位對(duì)這些缺陷進(jìn)行處理，處理后繼續(xù)對(duì)缺陷部位作超聲檢測(cè)，若達(dá)到壓力容器使用許可的范圍，則可繼續(xù)投入使用，否則不得投入使用。

3 結(jié)束語(yǔ)

在壓力容器定期檢驗(yàn)中，超聲檢測(cè)是目前最為簡(jiǎn)便、有效的檢測(cè)手段之一，筆者認(rèn)為，隨著檢測(cè)技術(shù)的日益發(fā)展，在實(shí)際工作中，對(duì)缺陷的定位、定量、定性將會(huì)更加精確，這對(duì)特種設(shè)備的安全將會(huì)是更大的一層保障。

參考文獻(xiàn)：

［1］國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程:TSG R0004-2009［S］.北京：新華出版社，2009.

［2］國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則:TSG R7001-2013［S］.北京：新華出版社，2013.

［3］國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.壓力容器使用管理規(guī)則:TSG R5002-2013［S］.北京：新華出版社，2013.

［4］國(guó)家能源局.承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)第3部分：超聲檢測(cè): NB/T47013.3-2015［S］.北京：新華出版社，2015.

（責(zé)任編輯：郝安林）

On the Application of UT in Regular Inspection of Pressure Vessel

WANG Yanling，F(xiàn)u Wenjun
（The Boiler and Pressure Vessel Safety Inspection Institute of Anyang branch of Henan Province，Anyang 455000，China）

Abstract：Combining with practical work and NBT/47013.3-2015，this article presents the definition，scope，advantages and disadvantages of NDT（Nondestructive Testing），analysis the application of UT（Ultrasonic Test）in the regular inspection of pressure vessel，guiding for ultrasonic testing in practice.

Key words：NDT；UT；pressure vessel；regular inspection

中圖分類號(hào)：TB55

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1673-2928（2016）02-0016-03

收稿日期：2015-12-10

作者簡(jiǎn)介：王艷玲（1988-），女，河南洛陽(yáng)人，河南省鍋爐壓力容器安全檢測(cè)研究院安陽(yáng)分院助工，主要從事特種設(shè)備定期檢驗(yàn)工作。