壓力容器檢驗(yàn)中超聲衍射時(shí)差成像檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

廖偉強(qiáng)

摘 要：本文主要針對(duì)壓力容器檢驗(yàn)中超聲衍射時(shí)差成像檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行分析，結(jié)合當(dāng)下壓力容器檢驗(yàn)發(fā)展現(xiàn)狀為根據(jù)，從超聲衍射時(shí)差成像檢測(cè)技術(shù)、超聲衍射時(shí)差成像檢測(cè)、數(shù)據(jù)信息分析方面進(jìn)行深入的研究與探索，主要目的在于更好地推動(dòng)壓力容器檢驗(yàn)的發(fā)展與進(jìn)步。

關(guān)鍵詞：壓力容器；超聲波；衍射時(shí)差法

中圖分類號(hào)：TH49 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

在現(xiàn)代技術(shù)快速發(fā)展的影響下，人們對(duì)各種設(shè)備運(yùn)行安全需求逐漸增加，各種全新的技術(shù)在特種設(shè)備檢驗(yàn)中得到較為廣泛的使用，其中超聲衍射時(shí)差成像檢測(cè)技術(shù)在壓力容器檢驗(yàn)中屬于較為重要的檢測(cè)技術(shù)之一。這種技術(shù)主要通過(guò)超聲波與存在問題部分之間形成作用發(fā)出的衍射波對(duì)問題進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)還應(yīng)對(duì)其進(jìn)行定量，在壁厚度較高的壓力容器檢驗(yàn)中具有更好的作用與效果。

1 超聲衍射時(shí)差成像檢測(cè)技術(shù)

超聲衍射時(shí)差成像檢測(cè)技術(shù)又被稱之為TOFD成像檢測(cè)技術(shù)，其主要是在20世紀(jì)70年代由英國(guó)無(wú)損檢測(cè)機(jī)構(gòu)提出。超聲波在接觸到檢驗(yàn)設(shè)備線形損傷時(shí)，損傷兩端除常見反射波還會(huì)形成相應(yīng)的衍射波，其中衍射波可在較大范圍與角度中進(jìn)行快速良好的傳播，以這一現(xiàn)象為基礎(chǔ)，超聲衍射時(shí)差成像檢測(cè)技術(shù)主要使用發(fā)射與接收兩個(gè)探頭，發(fā)射探頭發(fā)出相應(yīng)的橫向波，接收探頭接收沿檢測(cè)設(shè)備表面?zhèn)鬟f的聲波與其背面鏡面反射波，產(chǎn)生就有較為良好的固定參考數(shù)據(jù)信息，焊接縫中存在的橫向縱波在接觸到損傷部位時(shí)會(huì)在損傷尖端形成相應(yīng)的衍射波，其中損傷在具有相應(yīng)高度時(shí)，損傷兩端信號(hào)在時(shí)間的作用下可較好地進(jìn)行鑒別，以衍射信息數(shù)據(jù)傳播時(shí)差可較好地明確其損傷高度量值。

2 超聲衍射時(shí)差成像檢測(cè)

2.1 檢驗(yàn)設(shè)備需求

工作人員應(yīng)將被檢驗(yàn)設(shè)備檢測(cè)位置中存在的涂層、附著物等對(duì)探頭移動(dòng)、耦合以及聲波傳輸產(chǎn)生影響的因素進(jìn)行清除，使用高效以及與充分符合被檢設(shè)備介質(zhì)為耦合試劑，通常情況下主要為水、潤(rùn)滑脂以及油等物質(zhì)。想要更好的優(yōu)化耦合并對(duì)被檢設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，可對(duì)環(huán)保濕潤(rùn)試劑等水添加劑進(jìn)行使用。若被檢設(shè)備溫度在0℃以下時(shí)，工作人員可利用CH3OH以及其相似物為檢測(cè)介質(zhì)。被檢設(shè)備溫度相對(duì)較高時(shí)，則應(yīng)對(duì)被檢設(shè)備以及探頭等進(jìn)行降溫冷卻處理或?qū)ο鄳?yīng)的高溫耦合試劑進(jìn)行使用。使用的耦合介質(zhì)應(yīng)在相應(yīng)的溫度中較好的確保超聲衍射時(shí)差成像檢測(cè)的穩(wěn)定性與精確性。

2.2 檢驗(yàn)設(shè)備

超聲衍射時(shí)差成像檢測(cè)平臺(tái)主要是由相應(yīng)的電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、探頭與其支架設(shè)備、軟件等共同組合而成，為了更好地對(duì)后壁壓力容器設(shè)備進(jìn)行檢驗(yàn)，通常具有較多的通道，促進(jìn)探頭類型與其型號(hào)的充分結(jié)合。在超聲衍射時(shí)差成像檢測(cè)期間，工作人員通常以被檢設(shè)備材料以及壁厚度等選擇相應(yīng)的探頭種類、型號(hào)以及結(jié)合模式。

在明確探頭期間，厚度小于75mm的被檢設(shè)備同時(shí)利用單探頭進(jìn)行掃描，可根據(jù)表1選擇相應(yīng)的探頭對(duì)鐵素體鋼進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)各種微波衰減材料以及Austenite材料進(jìn)行檢測(cè)，則應(yīng)降低探頭的公稱頻率并提高晶片的大小。

表1 設(shè)備探后選擇數(shù)據(jù)信息

公稱厚度（mm） 公稱頻率（MHz） 晶片大小（mm） 角度（°）

15以下 15～20 3～7 64～75

15～40 10～15 3～7 55～75

40～75 3～6 7～13 50～70

被檢設(shè)備厚度在大于75mm時(shí)，其探頭結(jié)合模式見表2。

表2

厚度分區(qū)（mm） 公稱頻率（MHz） 晶片大?。╩m） 角度（°）

30以下 10～15 3～7 55～75

30～110 3～7.6 7～13 50～65

110～310 3～7.6 7～13 50～65

工作人員在對(duì)探頭中心距進(jìn)行調(diào)整過(guò)程中，應(yīng)結(jié)合實(shí)際需求對(duì)超聲衍射時(shí)差成像檢測(cè)探頭間距進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)與規(guī)劃，更好地獲得較為完善的深度損傷檢測(cè)數(shù)據(jù)信息，其中最為合理的探頭間距公式主要為PCS=2dtgθ。在這一計(jì)算公式中，d主要代表?yè)p傷的深度。

2.3 校對(duì)設(shè)備

在校對(duì)設(shè)備期間主要分為兩個(gè)方面：其一，增益調(diào)整。超聲衍射時(shí)差成像檢測(cè)技術(shù)雖不僅根據(jù)波幅方法進(jìn)行相應(yīng)的檢測(cè)以及定量，但增益對(duì)檢測(cè)的靈活性具有較為重要的作用，因此應(yīng)利用較為完善的增益保證在實(shí)際掃描期間充分的發(fā)現(xiàn)被檢設(shè)備存在的損傷。通常一個(gè)超聲衍射時(shí)差成像檢測(cè)探頭增益調(diào)整主要是提高表面波波高，使其為滿屏波高的45%～85%。其二，聲波速度與探頭角度的優(yōu)化。在各種材料中聲音的傳播速度具有較大的差距，因此在檢驗(yàn)期間應(yīng)調(diào)整聲音速度，同時(shí)在實(shí)際檢驗(yàn)期間，探頭楔塊經(jīng)常出現(xiàn)相應(yīng)的損傷致使探頭角度發(fā)生改變，所以在檢驗(yàn)時(shí)還應(yīng)對(duì)探頭進(jìn)行科學(xué)的校準(zhǔn)，通常情況下其可利用橫通孔試塊進(jìn)行調(diào)整。

2.4 硬件與軟件

在對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢驗(yàn)前工作人員還應(yīng)調(diào)增硬件與軟件的相應(yīng)參數(shù)，其通常為檢測(cè)距離、檢測(cè)速度以及采樣率。檢測(cè)距離主要是結(jié)合被檢測(cè)設(shè)備的大小與超聲衍射時(shí)差檢測(cè)設(shè)備存儲(chǔ)值進(jìn)行明確的。較為科學(xué)的檢測(cè)掃描設(shè)備通常是提高檢測(cè)質(zhì)量的同時(shí)保證各種掃描數(shù)據(jù)信息的完整性。根據(jù)耦合介質(zhì)提供的耦合水平以及系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)水平等明確檢測(cè)速度，通常情況下丟失的數(shù)據(jù)信息應(yīng)小于整體檢測(cè)數(shù)量的5%，其中不能出現(xiàn)持續(xù)丟失現(xiàn)象。采樣率主要為：壁厚在50mm以下時(shí)，檢測(cè)信號(hào)最大采樣間距應(yīng)為1mm，壁厚度相對(duì)較大時(shí)，檢測(cè)信號(hào)最大采樣間距應(yīng)為2mm。

2.5 檢驗(yàn)

工作人員應(yīng)分別將接收探頭與發(fā)射探頭安置在焊縫兩端，先根據(jù)焊接縫進(jìn)行B掃描檢測(cè)，其在沒有損傷時(shí)，工作人員將接收兩個(gè)信號(hào)，分別為被檢測(cè)設(shè)備表面超聲波形成的脈沖以及鏡面反射形成的脈沖，同時(shí)其對(duì)應(yīng)兩個(gè)探頭間較長(zhǎng)與較短聲程。將其為參考數(shù)據(jù)信息，在焊接縫出現(xiàn)相應(yīng)問題時(shí)，超聲波在接觸到相應(yīng)問題時(shí)大多數(shù)能量將出現(xiàn)反射現(xiàn)象，剩余能量則將在問題兩側(cè)出現(xiàn)相應(yīng)的衍射波，并被接收探頭所接收。由于B掃描不能較好的明確探頭與問題中心線的主要位置，因此在檢測(cè)后還應(yīng)利用D掃描對(duì)問題發(fā)生的實(shí)際位置進(jìn)行明確，并記錄各種檢測(cè)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行深入的分析與研究。

3 信息數(shù)據(jù)分析

超聲衍射時(shí)差成像檢測(cè)技術(shù)通常是根據(jù)數(shù)據(jù)信息圖像的大小以及形狀等為依據(jù)分析各種數(shù)據(jù)信息，首先應(yīng)先進(jìn)行定性數(shù)據(jù)分析，明確損傷的實(shí)際性質(zhì)，根據(jù)損傷數(shù)據(jù)圖像明確損傷定性。其次還應(yīng)進(jìn)行較為完善的定量分析，對(duì)損傷的大小以及位置等進(jìn)行明確；并根據(jù)損傷兩端衍射波時(shí)間差明確損傷高度；結(jié)合數(shù)據(jù)成像長(zhǎng)度明確損傷長(zhǎng)度；根據(jù)損傷上端衍射波與表面波時(shí)間差等明確損傷深度；結(jié)合D掃描數(shù)據(jù)信息明確損傷與探頭的中心線。在數(shù)據(jù)分析結(jié)束時(shí)以相關(guān)規(guī)范制度為以及明確設(shè)備損傷等級(jí)。

4 實(shí)例分析

我國(guó)某企業(yè)在各因素影響下應(yīng)對(duì)某壓力容器進(jìn)行檢驗(yàn)，其制作材質(zhì)主要為3.35Cr1Mo，壁厚為39mm，在其壁厚的影響下，以往檢驗(yàn)方法效率相對(duì)較弱，因此需要使用超聲衍射時(shí)差成像檢測(cè)技術(shù)，根據(jù)相應(yīng)數(shù)據(jù)信息明確探頭晶片大小為10mm，公稱頻率主要為6MHz，探頭角度為65°，在校正設(shè)備后進(jìn)行科學(xué)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其存在大量的氣孔以及雜質(zhì)，結(jié)合相應(yīng)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)其主要為超標(biāo)問題，在加工期間傳統(tǒng)方法沒有發(fā)現(xiàn)其問題，因此兩者進(jìn)行比較，超聲衍射時(shí)差成像檢測(cè)效率相對(duì)較高。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著人們對(duì)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)需求的逐漸提高，各種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)得到較為廣泛的使用，其中超聲衍射時(shí)差成像檢測(cè)技術(shù)在壓力容器檢驗(yàn)中有著重要作用。因此通過(guò)檢驗(yàn)設(shè)備需求、檢驗(yàn)設(shè)備以及校對(duì)設(shè)備等方面對(duì)超聲衍射時(shí)差成像檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)精準(zhǔn)性與穩(wěn)定性快速提升，在促進(jìn)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，更好地滿足人們的相關(guān)需求。

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