數(shù)字超聲波探傷掃描技術(shù)在鍋爐檢測(cè)中的應(yīng)用

馬 駿

（河南省鍋爐壓力容器安全檢測(cè)研究院，河南 鄭州 450000）

數(shù)字超聲波探傷掃描技術(shù)在鍋爐檢測(cè)中的應(yīng)用

馬 駿

（河南省鍋爐壓力容器安全檢測(cè)研究院，河南 鄭州 450000）

數(shù)字超聲波探傷掃描技術(shù)所指的是通過斷面二維信息、三維空間結(jié)構(gòu)判斷被檢測(cè)物體是否存在缺陷的新技術(shù)，隨著該技術(shù)的不斷發(fā)展，在工業(yè)領(lǐng)域得到了很大的推廣，在鍋爐檢驗(yàn)中也越來越普及。本文首先探討數(shù)字超聲波探傷掃描技術(shù)的原理及其優(yōu)缺點(diǎn)，隨后分析該技術(shù)在鍋爐檢測(cè)中的實(shí)際應(yīng)用。

數(shù)字超聲波探傷掃描技術(shù)；鍋爐檢測(cè)；應(yīng)用價(jià)值

鍋爐壓力容器是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中非常重要的設(shè)備，在化工、能源、科研等各個(gè)行業(yè)及領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用，但是受到鍋爐壓力容器密封性、介質(zhì)和承壓能力的影響，具有發(fā)生爆炸和燃燒起火的風(fēng)險(xiǎn)，從而危及到人的生命財(cái)產(chǎn)安全，甚至引發(fā)環(huán)境污染事故。因此，全球范圍內(nèi)均將鍋爐壓力容器列為重要的監(jiān)檢產(chǎn)品。超聲檢測(cè)技術(shù)是工業(yè)中常用的無損檢測(cè)方法，通過數(shù)字超聲波探傷掃描技術(shù)能夠得到斷面的二維信息與三維結(jié)構(gòu)，從而判斷是否出現(xiàn)損傷，在工業(yè)領(lǐng)域有著非常重要的價(jià)值，本文主要探討數(shù)字化超聲探傷掃描技術(shù)在鍋爐檢測(cè)中的實(shí)際應(yīng)用。

一、數(shù)字超聲波探傷掃描技術(shù)原理

數(shù)字超聲波探傷掃描技術(shù)是非常重要的無損檢測(cè)手段，也是與X射線技術(shù)并列的檢測(cè)方法。作為一種新生技術(shù)，數(shù)字超聲探傷掃描技術(shù)受到微型計(jì)算機(jī)的影響較大，通過連接從而實(shí)現(xiàn)對(duì)某種工件的自動(dòng)化探傷及簡(jiǎn)單的信號(hào)處理。其中數(shù)字信號(hào)的處理需要通過特定的應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)，數(shù)字超聲波探傷掃描進(jìn)行的處理，主要是將信號(hào)中的噪聲去除。超聲信號(hào)通過接收與放大之后，通過AD模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳送給電腦，隨后計(jì)算機(jī)對(duì)時(shí)間與位置超聲波型進(jìn)行復(fù)雜處理，從而得到實(shí)際的探傷掃描數(shù)據(jù)，并能夠進(jìn)行打印和報(bào)警。

（一）A型超聲波探傷掃描

該技術(shù)指的是通過調(diào)幅將回升顯示到熒光屏，其中X軸和Y分別表示探測(cè)物體的深度及回波的脈沖振幅。通過超聲波探頭定點(diǎn)發(fā)射返回的超聲波能夠快速對(duì)曲線繪制的形態(tài)及深度進(jìn)行判斷。通過分析波形及密度還能夠開展相關(guān)的定性分析，這一技術(shù)受到二維剖面圖信息不全的影響，需要由專業(yè)的、具有豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的操作人員對(duì)得到的信息進(jìn)行分析。

（二）B型超聲波探傷掃描

B型超聲波探傷掃描技術(shù)則是通過弧度調(diào)制成像的技術(shù)，顯示屏上的圖像就是背側(cè)物件的剖面圖。通過B型超聲波探傷掃描技術(shù)能夠得到被掃描目標(biāo)深度方向的全部反射波，快速電子掃描能夠進(jìn)一步得到水平方向的檢測(cè)數(shù)據(jù)，能夠按照一定的順序?qū)⒉煌疃扰c位置的結(jié)果反射回來，每一幀都能夠得到一簇垂直斷面圖。

（三）C型超聲波探傷掃描

C型超聲波探傷掃描通過多元憲政掃描得到平面X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)，從而反映出綜合的軌跡。X軸的掃描機(jī)理類似于B型技術(shù)，Y軸上則是利用機(jī)械驅(qū)動(dòng)過程中線探頭的位移而得到結(jié)果。C型超聲波探傷掃描的關(guān)鍵在于接受回路中必須設(shè)定有進(jìn)程選擇開關(guān)，對(duì)這一開關(guān)進(jìn)行控制從而實(shí)現(xiàn)控制模板對(duì)回波信號(hào)強(qiáng)度的調(diào)整，進(jìn)而得到各個(gè)深度的圖像數(shù)據(jù)。

（四）D型超聲波探傷掃描

D型超聲波探傷掃描技術(shù)同樣與B型技術(shù)有著較大的相似之處，不同的是D型超聲波探傷掃描技術(shù)最終得到的是被檢測(cè)對(duì)象的側(cè)面圖，通過D型超聲波探傷掃描技術(shù)，被檢測(cè)的界面反射回波與探頭發(fā)射聲束之間相互疊加，進(jìn)而得到深度不一的界面回波，完成掃描之后即可以得到二維超聲斷層圖像。

（五）衍射時(shí)差掃描

衍射時(shí)差掃描技術(shù)屬于近年來新興的方法，其原理在于通過超聲脈沖散射得到反射及衍射信號(hào)，得到信號(hào)通過被檢測(cè)對(duì)象內(nèi)部缺陷時(shí)的情況，從而得到內(nèi)部缺陷信息。如果被檢測(cè)對(duì)象的表面潔凈，則缺陷衍射信號(hào)會(huì)反映在衍射時(shí)差圖上。

二、數(shù)字超聲波探傷掃描技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

超聲波在不同的介質(zhì)中傳播會(huì)發(fā)生不一樣的反射現(xiàn)象，如果探測(cè)對(duì)象的缺陷尺寸超過超聲波波長(zhǎng)，就能夠通過反射過程表現(xiàn)出來。但是如果缺陷的尺寸非常小，則可能出現(xiàn)聲波繞過射線的現(xiàn)象，從而無法實(shí)現(xiàn)反射；超聲波具有非常好的方向性，并隨著頻率的提高而上升，在較窄的情況下能夠輕易的辨別出曲線的位置。通過數(shù)字超聲波探傷掃描，對(duì)鍋爐檢測(cè)具有很高的靈敏性，需要的檢測(cè)周期較短。相比應(yīng)用X射線還能夠在一定程度上節(jié)約成本，不會(huì)對(duì)檢測(cè)工作人員的身體造成影響。不過超聲波探傷掃描技術(shù)對(duì)鍋爐的要求較高，比如其工作平面要求光滑，且在厚度較小的零件檢測(cè)中不太適用；此外，該技術(shù)檢測(cè)得到的缺陷并不是直觀的，需要專業(yè)的、具備實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的檢驗(yàn)人員才能夠辨別出缺陷所在。

三、數(shù)字超聲波探傷掃描技術(shù)在鍋爐檢測(cè)中的應(yīng)用

當(dāng)前我國(guó)鍋爐檢測(cè)中應(yīng)用數(shù)字超聲波探傷掃描技術(shù)的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為JB/T4730-2005。常見的鍋爐檢測(cè)缺陷有氣孔、未焊透、夾渣、未熔合以及裂紋等。使用數(shù)字超聲波探傷掃描技術(shù)對(duì)鍋爐與材料、鍋爐制作以及鍋爐焊縫等進(jìn)行檢測(cè)過程中，對(duì)其探傷比例、合格的級(jí)別等均有相關(guān)的規(guī)定。對(duì)于檢查的時(shí)機(jī)，情況下，要求碳素結(jié)構(gòu)鋼在焊縫冷卻到環(huán)境溫度之后進(jìn)行探傷掃描，而低合金結(jié)構(gòu)鋼在焊接完成24h之后進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)之前應(yīng)當(dāng)了解工件木材厚度等基本信息。在每次進(jìn)行探傷掃描檢測(cè)之前，都應(yīng)當(dāng)通過標(biāo)準(zhǔn)試塊校準(zhǔn)儀器對(duì)校準(zhǔn)面板曲線進(jìn)行調(diào)整，從而保證探傷結(jié)果的精確。首先，對(duì)探測(cè)面進(jìn)行修正，對(duì)表面的氧化物、凹陷以及銹蝕等進(jìn)行清理，滿足相應(yīng)的光潔度要求。第二，選擇的耦合劑，應(yīng)當(dāng)綜合考慮其附著率、流動(dòng)性、黏性以及對(duì)工件表面材料的腐蝕性等。第三，根據(jù)板材的厚度對(duì)儀器的掃描速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。第五，選擇初探傷或者精探傷方式。例如通過精探傷對(duì)缺陷的分布予以了解，對(duì)其程度進(jìn)行定性、定位；通過前后、轉(zhuǎn)角、左右等方式發(fā)現(xiàn)缺陷性質(zhì)。最后，對(duì)探傷結(jié)果進(jìn)行分析，如果存在內(nèi)部缺陷則應(yīng)對(duì)其進(jìn)行深入的判定。

（一）在鍋爐隱蔽角焊縫中的檢測(cè)

數(shù)字超聲波探傷掃描技術(shù)檢測(cè)鍋爐隱蔽角悍縫，首先需要根據(jù)厚度選擇探頭。隨后確定時(shí)記得看上面，在進(jìn)行橫波檢測(cè)之前必須作出估算、確定區(qū)域的分界線，從而借助矢量加減過程讓出探頭移動(dòng)的基準(zhǔn)線；隨后根據(jù)使用曲面屏鼻孔掃描線的位置進(jìn)行調(diào)整，這一過程中同時(shí)要做好靈敏度的檢查，以面對(duì)之后的數(shù)據(jù)造成誤差；最后要對(duì)波形進(jìn)行識(shí)別，加強(qiáng)對(duì)于接管與筒體外幣回?fù)苤g的分辨，避免誤判以及漏檢的出現(xiàn)。判別過程中，如果發(fā)現(xiàn)探頭和標(biāo)記重合位置底波強(qiáng)度較大，可能是未焊透、也可能是存在內(nèi)部缺陷。

（二）在鍋爐內(nèi)壁裂紋檢測(cè)中的應(yīng)用

數(shù)字超聲波探傷掃描技術(shù)對(duì)鍋爐內(nèi)壁裂紋檢測(cè)過程中，應(yīng)當(dāng)選擇2.5MHz的探頭進(jìn)行檢查，密切直徑在2cm左右。具體檢測(cè)方法是將探頭放置在被檢測(cè)對(duì)象的外緣面，通過直接接觸得到相關(guān)的數(shù)據(jù)。根據(jù)無缺陷可以反射回波的原理，則很快能夠找到容器的缺陷部位。在對(duì)內(nèi)壁環(huán)形缺陷進(jìn)行檢查的過程中，需要應(yīng)用K1與K3兩種探頭進(jìn)行掃描從而得到最佳的結(jié)果。對(duì)于正項(xiàng)范圍的缺陷使用K1探頭檢驗(yàn)，如果存在裂紋則顯示器上會(huì)有相應(yīng)的斷交反射曲線出現(xiàn)。通過K1進(jìn)行定性掃描結(jié)束之后，具體到裂紋的實(shí)際深度評(píng)判具有較大的難度，因此就需要使用K3探頭進(jìn)一步檢測(cè)。由于直接獲得內(nèi)部裂紋開口的反射波可能性較低，得到的實(shí)際信息主要反映的是裂紋根部狀況。因此，根據(jù)裂紋根部反射波進(jìn)行裂紋深度的定量分析則更加容易，能夠很大程度上提高工作效率。

結(jié)語(yǔ)

隨著科學(xué)水平的提高，工業(yè)生產(chǎn)中無損檢測(cè)方法越來越多，例如常見的超聲波探傷、射線探傷、滲透以及磁法等。相對(duì)于其他的無損檢測(cè)方法，超聲波探傷掃描技術(shù)具有較大的優(yōu)勢(shì)，能夠較為準(zhǔn)確地對(duì)工件內(nèi)部缺陷進(jìn)行定性定位，且具有分辨率高的特點(diǎn)。但是超聲波探傷掃描技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐中尚存在較多的影響因素，在今后的工作中還需要對(duì)這些因素進(jìn)行分析研究，促使超聲波探傷技術(shù)更好地應(yīng)用在鍋爐檢測(cè)過程中。

［1］宋黎明.數(shù)字超聲波探傷掃描技術(shù)在鍋爐檢測(cè)中的應(yīng)用［J］.金屬材料與冶金工程，2011（2）：40-43.

［2］姚陽(yáng)明.數(shù)字超聲波探傷掃描技術(shù)在鍋爐檢測(cè)中的應(yīng)用研究［J］.建材與裝飾，2013（24）：179-180.

［3］張忠.數(shù)字超聲波探傷掃描技術(shù)在鍋爐檢測(cè)中的應(yīng)用分析［J］.中國(guó)科技縱橫，2014（16）：84-85.

TB52

A