超聲波檢測(cè)技術(shù)在船舶通海閥門等修理中的應(yīng)用

陳剛

摘 要：船舶管路系統(tǒng)中存在著大量的各類閥門，而通海閥通常作為冷卻水、壓載水及消防水等系統(tǒng)的吸入或排出閥門。在這些系統(tǒng)中，閥門種類主要有截止閥、蝶閥、閘閥等?？紤]到系統(tǒng)吸入等因素，前述吸入閥（通常稱之為海底閥）通常位于船底或較低位置以保證船舶在運(yùn)行過程中在最少吃水情況下仍能深沒于水中，保持系統(tǒng)工作正常。而這樣一個(gè)特性造成海底閥常年沉于水中，處于水線之下而不能在船舶浮態(tài)下進(jìn)行正常保養(yǎng)或修理。其修理一般是在船舶浮出水面后的塢內(nèi)進(jìn)行。按照船舶規(guī)范，塢修一般是兩年至五年進(jìn)行一次，不僅周期長(zhǎng)且費(fèi)用高。因此，海底閥及通海閥的修理質(zhì)量確保對(duì)船舶運(yùn)行安全及成本控制顯得尤為重重。

關(guān)鍵詞：超聲波；檢測(cè)；船舶；通海閥門

中圖分類號(hào)： U664 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）28-191-2

0 引言

在船舶修理的塢修工程中，通海閥修理是必修工程。通常的修理是將閥門拆解后，按照修理工藝進(jìn)行檢修后再安裝至原位置。由于時(shí)間等原因，通常80%的閥門在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行修理，再通過下水后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查是否存在泄漏的情況。這種檢驗(yàn)方法原始且效率低，特別是在最后的下水階段才能進(jìn)行有效的檢驗(yàn)，一旦發(fā)現(xiàn)閥門由于修理、安裝等各種原因產(chǎn)生泄漏時(shí)，為確保安全，只能重新抬塢，將故障閥門抬高至水面1米以上才能排查，進(jìn)而延長(zhǎng)了塢修周期。

因此，對(duì)閥門在修理后進(jìn)行及時(shí)且必要的檢驗(yàn)，是保證塢修周期的條件之一。目前的常規(guī)檢驗(yàn)方法有：①拆卸進(jìn)車間修理的情況下，可以在車間內(nèi)通過試壓的辦法進(jìn)行檢驗(yàn)。②因閥門通徑較大（一般大于350mm）而原地修理的，一般通過滲水或肉眼望光等辦法進(jìn)行簡(jiǎn)單的檢查。也可以通過加工或焊接封板的辦法進(jìn)行試壓檢驗(yàn)，該辦法有效但施工周期長(zhǎng)，成本高。有時(shí)，還會(huì)遇到因鄰近油艙而無法施工的情況。③本文所論述的運(yùn)用超聲波檢測(cè)方法，對(duì)被檢測(cè)閥門進(jìn)行有效檢測(cè)。該方法簡(jiǎn)單可靠，成本低，勞動(dòng)強(qiáng)度大大減小。同時(shí)，還可以有效檢測(cè)出閥門與管路連接的法蘭處是否有泄漏。

方法一一般只能應(yīng)用在小通徑的閥修理，且僅對(duì)閥門本身進(jìn)行檢驗(yàn)，安裝后的法蘭等處無法得到有效的檢驗(yàn)；方法二的檢驗(yàn)受客觀原因影響只能進(jìn)行較為原始且不可靠的方法進(jìn)行簡(jiǎn)單檢驗(yàn)或?qū)е鲁杀靖甙?、周期長(zhǎng)；方法三則有著相對(duì)成本低、效率高、查漏率高等優(yōu)勢(shì)。因此，推薦采用第三種方法進(jìn)行有效的檢驗(yàn)，本文就該方法的原理及實(shí)際操作予以介紹。

1 超聲波特性

1.1 超聲波的吸收特性

對(duì)于一個(gè)頻率一定的聲波，在氣體中傳播時(shí)吸收最厲害，在液體中傳播時(shí)吸收比較弱，在固體中傳播時(shí)吸收最小。聲波在各種物質(zhì)中傳播時(shí)，隨著傳播距離的增加，強(qiáng)度會(huì)逐漸減弱，這是在傳播過程中產(chǎn)生的能量損耗。

1.2 超聲波的束射特性

根據(jù)研究也實(shí)踐分析，超聲波的一些特性與光波類似。如傳播特性中，超聲波也有典型的反射、折射現(xiàn)象。且當(dāng)超聲波在平面表面上的反射角等于入射角。當(dāng)超聲波在兩種不同的物質(zhì)間傳播時(shí)，兩樣會(huì)產(chǎn)生折射，且兩種物質(zhì)的密度差別越大，則折射角也就越大。

而對(duì)于同一物質(zhì)，聲波的頻率越高，吸收越強(qiáng)。超聲波的頻率較高，因此，這一特性較為明顯。由于這一特點(diǎn)，可以利用信號(hào)源與接收器之間的位置、距離做出不同的判斷。

1.3 超聲波的能量傳遞特性

超聲波所以往各個(gè)工業(yè)部門中有廣泛的應(yīng)用，主要之點(diǎn)還在于可以比聲波具有更大的功率。

我們知道，通過聲波產(chǎn)生的功率大小直接與頻率相關(guān)。當(dāng)振幅一定時(shí)，頻率越高則功率越大。而超聲波通常比可聞聲波高數(shù)倍乃至數(shù)百倍，因此在其他條件相同的情況下，超聲波能產(chǎn)生更大的功率。

同樣的道理，在所需的功率一定的情況下，通過換能器，運(yùn)用超聲波作為能量傳遞，則可以將換能器更加趨于小型化，有利于設(shè)備體積的減小并降低成本。

1.4 超聲波具有較好的指向性——頻率越高，指向性就越強(qiáng)

這在探傷和水下聲通訊等應(yīng)用場(chǎng)合是主要的考慮因素。同時(shí)，指向性結(jié)合束射性可以作為測(cè)距與障礙檢查的應(yīng)用介質(zhì)。

1.5 超聲波頻率范圍超出人類的聽覺范圍之外

超聲波用起來很安靜，人們聽不到它，這一點(diǎn)在高強(qiáng)度工作場(chǎng)合尤為重要。可是這些高強(qiáng)度的工作用可聞?lì)l率的聲波來完成時(shí)往往更有效，然而遺憾的是，可聞聲波工作時(shí)所產(chǎn)生的噪聲令人難以忍受，有時(shí)甚至是對(duì)人體有害的。同時(shí)，在我們的工作環(huán)境中，噪音源特別多，而超聲波的這一特點(diǎn)正好因頻段的不同而規(guī)避了噪音的干擾。

1.6 波長(zhǎng)與頻率成反比

當(dāng)超聲波的頻率變高時(shí)，相應(yīng)地波長(zhǎng)將變短，因此波長(zhǎng)可以與傳播超聲波的試驗(yàn)材料的尺寸相比擬，甚至波長(zhǎng)可遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于試樣材料的尺寸。這在厚度尺寸很小的測(cè)量應(yīng)用中以及在高分辨率的探傷應(yīng)用中是非常重要的。而且所用的頻率越高，波長(zhǎng)越短，則檢測(cè)精度越高，但是也需要對(duì)諧波做出合理的處理。

1.7 超聲波的聲壓特性

當(dāng)聲波傳播進(jìn)某物體時(shí)，由于聲波產(chǎn)生的振動(dòng)使物質(zhì)分子產(chǎn)生壓縮和稀疏的作用，將使物質(zhì)內(nèi)部所受的壓力產(chǎn)生變化。由于聲波振動(dòng)引起附加壓力現(xiàn)象叫聲壓作用。由于超聲波所具有的能量很大，就有可能使物質(zhì)分子產(chǎn)生顯著的聲壓作用。

超聲波的聲壓特性在液體中的表現(xiàn)更加突出。當(dāng)足夠能量的超聲波作用在液體中（例如水中）時(shí)，由于聲壓作用給分子之間產(chǎn)生壓縮與稀疏作用。產(chǎn)生稀疏時(shí)，分子間會(huì)產(chǎn)生向外散開的拉力。當(dāng)拉力達(dá)到一定程度時(shí)，會(huì)在液體中產(chǎn)生空泡作用。而空泡的產(chǎn)生是瞬間短時(shí)的，在這樣的瞬時(shí)的空泡形成與消失過程中，特別是空泡消失時(shí)的閉合作用會(huì)給在液體中的懸浮物體表面產(chǎn)生巨大的破壞作用，這種巨大的破壞作用數(shù)位于大氣壓力產(chǎn)生的拉力。

利用這一特性可以做超聲波清洗一類的應(yīng)用將附著于物體表面的污垢剝離達(dá)到清潔的目的。

2 解決方案

2.1 設(shè)備儀器

超聲波泄漏檢測(cè)儀JY-EM282是采用先進(jìn)的超聲傳感技術(shù)，專門用于檢測(cè)氣體，液體等泄露隱患情況。產(chǎn)品具有體積小，重量輕，準(zhǔn)確可靠，操作方便，實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)，是一臺(tái)實(shí)用的便攜式檢測(cè)儀器。該儀器能再現(xiàn)場(chǎng)迅速，準(zhǔn)確，直觀地找出各類壓力或真空整體系統(tǒng)的氣體，液體泄露故障，還能檢測(cè)船舶，汽車座艙，冰箱，容器等密閉零件的密封程度。

技術(shù)參數(shù)：具有“LEAK”指示燈及耳機(jī)信號(hào)進(jìn)行聲光報(bào)警指示、使用溫度范圍為0℃-40℃、使用濕度范圍<80%相對(duì)濕度、.頻率響應(yīng)為40kHz±2kHz，采用9V 6F22電池為電源，最大工作電流僅35mA。

2.2 操作方法

①首先，將拾波器與信號(hào)發(fā)生器打開，在無隔離的狀態(tài)下對(duì)拾波器與信號(hào)發(fā)生器的工作狀態(tài)完好進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)拾波器的聽筒（耳機(jī)）能清晰聽到“嘟嘟嘟”聲時(shí)，表示工作正常。反之，須檢查信號(hào)發(fā)生器與拾波器的完好性。當(dāng)關(guān)閉信號(hào)發(fā)生器時(shí)，拾波器的聽筒（耳機(jī)）應(yīng)隨之無聲間發(fā)出。

②將超聲波發(fā)生器放置于等檢驗(yàn)閥門外端（通海側(cè)）并打開電源開關(guān)，使發(fā)生器發(fā)出預(yù)設(shè)的超聲波供拾波器進(jìn)行檢查。在另一端通過拾波器進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)閥門有泄漏時(shí)，發(fā)生器發(fā)出的超聲波將通過繞射、反射或直接傳播而到達(dá)檢測(cè)端被拾波器收集到。

在被檢測(cè)閥門得到有效檢驗(yàn)的同時(shí)，如保持信號(hào)發(fā)生器仍正常工作，開啟閥門，還可以檢查閥門前端一定距離（1～2米）的管路是否存在泄漏。

3 使用推廣

在實(shí)際檢測(cè)使用中，通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器（超聲波）的功率大小，可以達(dá)到檢測(cè)閥門是否泄漏的目的。同時(shí)，還可以將此檢測(cè)方法運(yùn)用到船舶修理過程中的舷窗玻璃更換、水密箱修理等工程的密封性能檢測(cè)中，該檢測(cè)手段大大提高了發(fā)現(xiàn)工程中可能存在密性缺陷的及時(shí)性，為縮短施工周期節(jié)約成本提供有力保障，甚至在一些場(chǎng)合下能完美替代壓力試驗(yàn)、沖水試驗(yàn)等傳統(tǒng)檢驗(yàn)方法。

3.1 舷窗等玻璃修理檢漏

傳統(tǒng)的舷窗或駕駛臺(tái)玻璃或框的更換修理后的檢驗(yàn)，通過采用肉眼觀察或壓粉線的方式檢查是不是存在泄漏，少量位置條件較好的采用人工沖水的方式檢查泄漏與否。

肉眼觀察方法原始，對(duì)于小的泄漏根本無法檢查。壓粉線只能針對(duì)可以開關(guān)的窗進(jìn)行檢查，而像駕駛臺(tái)玻璃是固定安裝在窗框上的且在高空也很難用沖水等傳統(tǒng)方法檢漏。若在船舶出廠后的航行過程中發(fā)現(xiàn)泄漏，將會(huì)給船方帶來損失，同時(shí)給廠方聲譽(yù)產(chǎn)生負(fù)面影響。

上述類似無法采用有效的傳統(tǒng)檢驗(yàn)方法確保無泄漏的，可采用本文所論述的超聲波檢漏方法進(jìn)行必要而有效的檢查，將可能存在的泄漏在船舶出廠前發(fā)現(xiàn)并消除。

3.2 水密門、水密箱等修理檢漏

方法基本與舷窗等玻璃修理檢漏類似，不同之處是信號(hào)發(fā)生器的放置位置有少許區(qū)別。因水密門或水密箱的內(nèi)外兩側(cè)人均可以接觸到，因此，在檢測(cè)時(shí)，將信號(hào)發(fā)生器放置在水密門一側(cè)或水密箱內(nèi)部即可。