超聲波探傷技術(shù)在鍋爐壓力容器檢測(cè)中的應(yīng)用討論

李永贊

（河南省鍋爐壓力容器安全檢測(cè)研究院，河南 鄭州 450000）

超聲波探傷技術(shù)在鍋爐壓力容器檢測(cè)中的應(yīng)用討論

李永贊

（河南省鍋爐壓力容器安全檢測(cè)研究院，河南 鄭州 450000）

鍋爐壓力容器檢測(cè)方法有外觀目測(cè)法、燈光檢測(cè)法、錘擊檢測(cè)法、白粉煤油檢測(cè)法、拉線檢測(cè)法、超聲波探傷儀器檢測(cè)法等。最近幾年，超聲波探傷技術(shù)在鍋爐壓力容器檢測(cè)中得到了廣泛地應(yīng)用。本文結(jié)合實(shí)際，從鍋爐壓力容器超聲波探傷檢測(cè)、影響缺陷定位及定量的因素兩個(gè)角度進(jìn)行了論述，旨在豐富有關(guān)理論。

超聲波探傷技術(shù)；鍋爐壓力容器；檢測(cè)；應(yīng)用

鍋爐在國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱部門（動(dòng)力研究所、能源產(chǎn)業(yè)、石化企業(yè)等）中占據(jù)著舉足輕重的位置，對(duì)其的發(fā)展具有積極的意義。眾所周知，鍋爐作業(yè)的環(huán)境一般較為惡劣，其的承壓穩(wěn)定性、密封性能極易受到外界因素的影響，以致燃燒、爆炸等安全事故層出不窮，嚴(yán)重威脅著人民的生命及財(cái)產(chǎn)安全。此外，鍋爐安全事故不利于生態(tài)環(huán)境建設(shè)。當(dāng)前，很多國(guó)家已加大了對(duì)鍋爐檢測(cè)的重視、投入力度，以提高其使用的安全性。超聲波檢測(cè)技術(shù)屬于無(wú)損檢測(cè)技術(shù)范疇，其在工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。超聲波檢測(cè)技術(shù)在檢測(cè)中存有不可比擬的優(yōu)勢(shì)：耗費(fèi)成本低、掃描精度高。科學(xué)、信息技術(shù)迅猛發(fā)展背景下，超聲波檢測(cè)技術(shù)表現(xiàn)出了極強(qiáng)的生命力。

一、鍋爐壓力容器超聲波探傷檢測(cè)

超聲波探傷檢測(cè)技術(shù)實(shí)是無(wú)損檢測(cè)檢測(cè)技術(shù)不可或缺的組成部分，其具有良好的發(fā)展前景。超聲波信號(hào)在特性方面表現(xiàn)為高頻，其的頻率通常在2khz～25khz范圍內(nèi)波動(dòng)?；诶碚摶A(chǔ)之上，超聲波于均勻、無(wú)限大介質(zhì)中傳遞時(shí)，其的傳播途徑主要表現(xiàn)為直線。當(dāng)超聲波于非均勻介質(zhì)（同種介質(zhì)非均勻及不同的介質(zhì)）中傳遞時(shí)，由于聲阻抗發(fā)生變化，會(huì)形成不同的界面，此時(shí)超聲波會(huì)出現(xiàn)很多光學(xué)物理現(xiàn)象，例如：反射、投射、折射。從超聲波設(shè)備角度來(lái)看，聲阻抗辯護(hù)會(huì)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的輸出信號(hào)，能夠表明其所檢測(cè)的器具存有一定的缺陷。超聲波檢測(cè)技術(shù)可對(duì)物體材料的微觀組織進(jìn)行評(píng)價(jià)，并在相關(guān)檢測(cè)基礎(chǔ)上能夠?qū)ξ矬w材料的宏觀間斷性及微觀間斷性進(jìn)行探究。超聲波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)包括4種：A型掃描技術(shù)，B型掃描技術(shù)，C型掃描技術(shù)、TOFD超聲攤上技術(shù)。超聲波檢測(cè)技術(shù)開始興起時(shí)，很多超聲波檢測(cè)儀器所支持的掃描形式只有一種——A掃描形式。由于超聲波掃描形式過(guò)于單一，在很大程度上限制了其應(yīng)用。初期階段，超聲波檢測(cè)儀器僅能分析模擬量信號(hào)。在輸出此種信號(hào)過(guò)程中，須安排經(jīng)驗(yàn)豐富、專業(yè)知識(shí)高的人員負(fù)責(zé)檢測(cè)及分析工作。唯有通過(guò)人工分析，才能獲得最終結(jié)果。

鍋爐壓力容器，顧名思義，鍋爐及壓力容器。眾所周知，我國(guó)工業(yè)發(fā)展起步較晚，在生產(chǎn)技術(shù)方面存有很多的不足。生產(chǎn)技術(shù)的滯后，使得制造出的設(shè)備多多少少都存有一定的缺陷。鍋爐壓力容器常見缺陷有裂紋、未熔合及未焊透。其中，裂紋：由現(xiàn)行的行業(yè)規(guī)定及標(biāo)準(zhǔn)可知，一旦壓力容器出現(xiàn)裂紋，則其將會(huì)被歸為劣質(zhì)產(chǎn)品范疇。在眾多內(nèi)動(dòng)驅(qū)力的作用下，裂紋應(yīng)運(yùn)而生，且表現(xiàn)出繁雜的形成機(jī)理。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況及生產(chǎn)條件，可將裂紋分為4類：冷裂紋、再熱裂紋、層狀撕裂及熱裂紋。裂紋導(dǎo)向性較強(qiáng)，某些產(chǎn)生的回波較大，某些產(chǎn)生的回波較小，不同的探頭其K值不容，入射及方向存有差異性，所獲得的回波較大；未熔合：進(jìn)行焊接時(shí)，外界環(huán)境及焊接工藝極有可能導(dǎo)致其出現(xiàn)融合不佳現(xiàn)象，也就是說(shuō)，焊接發(fā)生未熔合。工件所有位置皆可能出現(xiàn)未熔合，根部、層間及坡口未熔合較為常見。在對(duì)該缺陷進(jìn)行判斷時(shí)，除了考慮位置，還應(yīng)考慮面狀分布特點(diǎn)及其方向性。K值與反射當(dāng)量呈線性關(guān)系，換句話說(shuō)，反射當(dāng)量隨著K值的變化而變化；未焊透：對(duì)于該種缺陷，其分布部位為工件的根部及中部。當(dāng)未焊透位于根部時(shí)，回波汽博速度極快，反射當(dāng)量較大。于焊縫兩端，反射振幅相似。根據(jù)相關(guān)資料顯示，平面裂紋是危險(xiǎn)系數(shù)最大的缺陷，其邊緣呈現(xiàn)出尖銳的特點(diǎn)。焊接技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中使用的頻次較高，幾乎所有的件數(shù)材料都需要利用焊接技術(shù)。在對(duì)焊接的質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)及評(píng)價(jià)時(shí)，亦可采用超聲波探傷技術(shù)。實(shí)踐證明，超聲波探傷技術(shù)檢測(cè)無(wú)需切割、拉伸、壓彎焊道等。目前，現(xiàn)行的有關(guān)技術(shù)規(guī)定及標(biāo)準(zhǔn)要求全無(wú)損檢測(cè)某些發(fā)揮著關(guān)鍵作用的焊道，以提升產(chǎn)品的質(zhì)量及使用安全性。

實(shí)際工作中，超聲波探傷技術(shù)檢測(cè)工件時(shí)，在探測(cè)角度方面極有可能遇到問題。此種情況下，檢測(cè)儀器無(wú)法有效識(shí)別工件存有的缺陷及區(qū)分缺陷。就某些工業(yè)所采用的器具來(lái)講，如果其存有某些小缺陷，則極有可能引發(fā)不可估量的后果，進(jìn)而對(duì)人民生命及財(cái)產(chǎn)安全造成嚴(yán)重的危害。因此，分析、研究A型掃描回波波形尤為必要。加大對(duì)結(jié)構(gòu)型回波加以區(qū)分的力度，采用可行性方法（模式識(shí)別）以促使超聲波探傷檢測(cè)技術(shù)識(shí)別工件缺陷的準(zhǔn)確度大大提升。

二、超聲波檢測(cè)儀器缺陷定位定量的影響因素

1.缺陷定位的影響因素

其一，缺陷定位的影響因素之儀器。在進(jìn)行超聲波探傷檢測(cè)時(shí)，工作人員無(wú)必要保證儀器在水平線性方面達(dá)標(biāo)。鍋爐壓力容器進(jìn)行檢測(cè)過(guò)程中，受其自然曲度（鍋爐表面的自然曲度、管道的自然曲度）的影響，儀器水平線性極有可能發(fā)生不符合要求現(xiàn)象，致使缺陷定位出現(xiàn)誤差。值得注意的是，超聲波檢測(cè)儀器的水平刻度精度也會(huì)隨缺陷定位造成不可小覷的影響。對(duì)水平刻度值進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，超聲波檢測(cè)儀器的基線比例會(huì)隨著其的變化而變化。

其二，缺陷定位的影響因素之探頭。在實(shí)際操作中，實(shí)際聲束軸線會(huì)從該檢測(cè)儀器中發(fā)出，如果其與幾何中心相距較遠(yuǎn)，則會(huì)降低檢測(cè)結(jié)果的有效性。在實(shí)際調(diào)查中，筆者發(fā)現(xiàn)某些工業(yè)企業(yè)在維護(hù)超聲波檢測(cè)儀器方面的意識(shí)較為淡薄。長(zhǎng)期使用情況下，探頭的性能會(huì)有所降低。即便主要的聲束可證明設(shè)備存有缺陷，但不曉得哪個(gè)聲束檢測(cè)出了缺陷，更無(wú)法準(zhǔn)確定位缺陷。多次使用之后，探頭必然會(huì)遭受磨損。斜楔部位時(shí)常出現(xiàn)磨損現(xiàn)象，如果其前面遭受到嚴(yán)重的磨損，檢測(cè)過(guò)程中會(huì)增大探頭K值及折射角；如果其后面遭受到嚴(yán)重磨損，檢測(cè)過(guò)程中會(huì)減小K值及折射角。

其三，缺陷定位的影響因素之工件。工件對(duì)缺陷定位的影響主要包括兩個(gè)方面：一方面，工件的外觀（形式及粗糙程度）。當(dāng)鍋爐壓力容器工件外觀呈凹凸裝、表面過(guò)于粗糙時(shí)，超聲波無(wú)損探傷過(guò)程中發(fā)生偶和不良現(xiàn)象的概率極大。與此同時(shí)，于不同工件中聲波的傳遞路徑、傳遞時(shí)間存有差異性。當(dāng)聲波轉(zhuǎn)化成輸出信號(hào)，并在顯示屏上顯示時(shí)，其也存有差異性?，F(xiàn)實(shí)中，超聲波檢測(cè)儀器檢測(cè)內(nèi)容通常包含很多曲面。當(dāng)曲面與探頭平面兩者相接觸時(shí)，如果操作人員出現(xiàn)失誤，則極易造成檢測(cè)誤差。此外，探頭所處的角度不同，檢測(cè)中的折射角自然也不同，從而降低了缺陷定位工作的質(zhì)量；另一方面，鍋爐壓力容器工件材料的質(zhì)量。聲阻在非均勻介質(zhì)中其的傳遞、形成的界面等皆存有很大的區(qū)別。如果在生產(chǎn)、制造鍋爐壓力容器時(shí)所采用的材料不均勻，則會(huì)影響到超聲波檢測(cè)儀器發(fā)出的聲束。此外，鍋爐壓力容器工件的材料質(zhì)量對(duì)內(nèi)應(yīng)力具有一定的影響。不均勻的工件材料極易磨損探頭，影響到探頭的K值及折射角［5］，進(jìn)而使得缺陷定位出現(xiàn)誤差。

2.缺陷定量的影響因素

缺陷定量的影響因素之儀器性能。在無(wú)損探傷過(guò)程中，儀器性能對(duì)檢測(cè)結(jié)果具有很大的影響。因此，在選擇儀器時(shí)，工業(yè)企業(yè)應(yīng)注重其的耐用性、質(zhì)量。就超聲波檢測(cè)儀器來(lái)講，其最易磨損的部位是探頭。此外，應(yīng)注重維護(hù)儀器，以保證儀器的使用性能，進(jìn)而提升檢測(cè)結(jié)果的可靠性。與此同時(shí)，儀器的回波高度會(huì)受到晶片尺寸、垂直線性、衰減器精度、探頭形式等因素的影響。

缺陷定量的影響因素之操作人員。在缺陷定量過(guò)程中，其極易受到操作人員因素的影響。操作人員存在主體性，即不同操作人員，其在工作方式、習(xí)慣等方面存有區(qū)別，磨損探頭的程度也存有區(qū)別。對(duì)于基線比例等參數(shù)的調(diào)整末，操作人員的處理方式也不同。此外，工作人員的專業(yè)知識(shí)與技能不同，對(duì)待工作的態(tài)度也不同。

缺陷定量的影響因素之耦合與衰減。實(shí)踐證明，耦合層厚度及耦合劑的聲阻抗對(duì)回波高參數(shù)的精度具有影響。另外，工件外觀凹凸不平、較為粗糙情況下，時(shí)常發(fā)生耦合不良現(xiàn)象。因此，須將檢測(cè)對(duì)象表面的耦合狀態(tài)實(shí)際情況納入考慮范疇。在校準(zhǔn)靈敏度過(guò)程中，應(yīng)補(bǔ)償與減小耦合誤差。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，將超聲波探傷技術(shù)應(yīng)用于鍋爐壓力容器檢測(cè)中，對(duì)降低檢測(cè)成本、提高檢測(cè)效果等具有積極的意義。在具體應(yīng)用中，超聲波探傷技術(shù)還存有很多的不足之處，嚴(yán)重影響著檢測(cè)的有效性。本文論述了鍋爐壓力容器超聲波探傷檢測(cè)，并在此基礎(chǔ)上分析了影響缺陷定位及定量的因素，具有理論及現(xiàn)實(shí)意義。

［1］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（21）：232+234.

［2］何鋼.淺析超聲波技術(shù)在鍋爐壓力容器檢測(cè)中的應(yīng)用［J］.化工管理，2012（S1）：61-62.

［3］劉傳良.綜述壓力容器超聲波探傷檢測(cè)的技術(shù)問題［J］.廣東科技，2011（22）：56+58.

［4］崔勇.壓力容器超聲波探傷檢測(cè)相關(guān)技術(shù)問題［J］.黑龍江科技信息，2010（19）：39.

［5］寇威.超聲波檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用及檢出缺陷的對(duì)比研究［D］.西北大學(xué)，2015.

［6］何鋼.淺析超聲波技術(shù)在鍋爐壓力容器檢測(cè)中的應(yīng)用［J］.化工管理，2012（S1）：61-62.

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