超声波探伤技术在锅炉压力容器检测中的应用讨论

2016-11-30李永赞

中国新技术新产品 2016年17期

关键词：超声波工件裂纹

李永赞

（河南省锅炉压力容器安全检测研究院，河南郑州 450000）

超声波探伤技术在锅炉压力容器检测中的应用讨论

李永赞

（河南省锅炉压力容器安全检测研究院，河南郑州 450000）

锅炉压力容器检测方法有外观目测法、灯光检测法、锤击检测法、白粉煤油检测法、拉线检测法、超声波探伤仪器检测法等。最近几年，超声波探伤技术在锅炉压力容器检测中得到了广泛地应用。本文结合实际，从锅炉压力容器超声波探伤检测、影响缺陷定位及定量的因素两个角度进行了论述，旨在丰富有关理论。

超声波探伤技术；锅炉压力容器；检测；应用

锅炉在国民经济支柱部门（动力研究所、能源产业、石化企业等）中占据着举足轻重的位置，对其的发展具有积极的意义。众所周知，锅炉作业的环境一般较为恶劣，其的承压稳定性、密封性能极易受到外界因素的影响，以致燃烧、爆炸等安全事故层出不穷，严重威胁着人民的生命及财产安全。此外，锅炉安全事故不利于生态环境建设。当前，很多国家已加大了对锅炉检测的重视、投入力度，以提高其使用的安全性。超声波检测技术属于无损检测技术范畴，其在工业中得到了广泛的应用。超声波检测技术在检测中存有不可比拟的优势：耗费成本低、扫描精度高。科学、信息技术迅猛发展背景下，超声波检测技术表现出了极强的生命力。

一、锅炉压力容器超声波探伤检测

超声波探伤检测技术实是无损检测检测技术不可或缺的组成部分，其具有良好的发展前景。超声波信号在特性方面表现为高频，其的频率通常在2khz～25khz范围内波动。基于理论基础之上，超声波于均匀、无限大介质中传递时，其的传播途径主要表现为直线。当超声波于非均匀介质（同种介质非均匀及不同的介质）中传递时，由于声阻抗发生变化，会形成不同的界面，此时超声波会出现很多光学物理现象，例如：反射、投射、折射。从超声波设备角度来看，声阻抗辩护会转化为相应的输出信号，能够表明其所检测的器具存有一定的缺陷。超声波检测技术可对物体材料的微观组织进行评价，并在相关检测基础上能够对物体材料的宏观间断性及微观间断性进行探究。超声波无损检测技术包括4种：A型扫描技术，B型扫描技术，C型扫描技术、TOFD超声摊上技术。超声波检测技术开始兴起时，很多超声波检测仪器所支持的扫描形式只有一种——A扫描形式。由于超声波扫描形式过于单一，在很大程度上限制了其应用。初期阶段，超声波检测仪器仅能分析模拟量信号。在输出此种信号过程中，须安排经验丰富、专业知识高的人员负责检测及分析工作。唯有通过人工分析，才能获得最终结果。

锅炉压力容器，顾名思义，锅炉及压力容器。众所周知，我国工业发展起步较晚，在生产技术方面存有很多的不足。生产技术的滞后，使得制造出的设备多多少少都存有一定的缺陷。锅炉压力容器常见缺陷有裂纹、未熔合及未焊透。其中，裂纹：由现行的行业规定及标准可知，一旦压力容器出现裂纹，则其将会被归为劣质产品范畴。在众多内动驱力的作用下，裂纹应运而生，且表现出繁杂的形成机理。根据实际生产情况及生产条件，可将裂纹分为4类：冷裂纹、再热裂纹、层状撕裂及热裂纹。裂纹导向性较强，某些产生的回波较大，某些产生的回波较小，不同的探头其K值不容，入射及方向存有差异性，所获得的回波较大；未熔合：进行焊接时，外界环境及焊接工艺极有可能导致其出现融合不佳现象，也就是说，焊接发生未熔合。工件所有位置皆可能出现未熔合，根部、层间及坡口未熔合较为常见。在对该缺陷进行判断时，除了考虑位置，还应考虑面状分布特点及其方向性。K值与反射当量呈线性关系，换句话说，反射当量随着K值的变化而变化；未焊透：对于该种缺陷，其分布部位为工件的根部及中部。当未焊透位于根部时，回波汽博速度极快，反射当量较大。于焊缝两端，反射振幅相似。根据相关资料显示，平面裂纹是危险系数最大的缺陷，其边缘呈现出尖锐的特点。焊接技术在工业生产中使用的频次较高，几乎所有的件数材料都需要利用焊接技术。在对焊接的质量进行检测及评价时，亦可采用超声波探伤技术。实践证明，超声波探伤技术检测无需切割、拉伸、压弯焊道等。目前，现行的有关技术规定及标准要求全无损检测某些发挥着关键作用的焊道，以提升产品的质量及使用安全性。

实际工作中，超声波探伤技术检测工件时，在探测角度方面极有可能遇到问题。此种情况下，检测仪器无法有效识别工件存有的缺陷及区分缺陷。就某些工业所采用的器具来讲，如果其存有某些小缺陷，则极有可能引发不可估量的后果，进而对人民生命及财产安全造成严重的危害。因此，分析、研究A型扫描回波波形尤为必要。加大对结构型回波加以区分的力度，采用可行性方法（模式识别）以促使超声波探伤检测技术识别工件缺陷的准确度大大提升。

二、超声波检测仪器缺陷定位定量的影响因素

1.缺陷定位的影响因素

其一，缺陷定位的影响因素之仪器。在进行超声波探伤检测时，工作人员无必要保证仪器在水平线性方面达标。锅炉压力容器进行检测过程中，受其自然曲度（锅炉表面的自然曲度、管道的自然曲度）的影响，仪器水平线性极有可能发生不符合要求现象，致使缺陷定位出现误差。值得注意的是，超声波检测仪器的水平刻度精度也会随缺陷定位造成不可小觑的影响。对水平刻度值进行调节时，超声波检测仪器的基线比例会随着其的变化而变化。

其二，缺陷定位的影响因素之探头。在实际操作中，实际声束轴线会从该检测仪器中发出，如果其与几何中心相距较远，则会降低检测结果的有效性。在实际调查中，笔者发现某些工业企业在维护超声波检测仪器方面的意识较为淡薄。长期使用情况下，探头的性能会有所降低。即便主要的声束可证明设备存有缺陷，但不晓得哪个声束检测出了缺陷，更无法准确定位缺陷。多次使用之后，探头必然会遭受磨损。斜楔部位时常出现磨损现象，如果其前面遭受到严重的磨损，检测过程中会增大探头K值及折射角；如果其后面遭受到严重磨损，检测过程中会减小K值及折射角。

其三，缺陷定位的影响因素之工件。工件对缺陷定位的影响主要包括两个方面：一方面，工件的外观（形式及粗糙程度）。当锅炉压力容器工件外观呈凹凸装、表面过于粗糙时，超声波无损探伤过程中发生偶和不良现象的概率极大。与此同时，于不同工件中声波的传递路径、传递时间存有差异性。当声波转化成输出信号，并在显示屏上显示时，其也存有差异性。现实中，超声波检测仪器检测内容通常包含很多曲面。当曲面与探头平面两者相接触时，如果操作人员出现失误，则极易造成检测误差。此外，探头所处的角度不同，检测中的折射角自然也不同，从而降低了缺陷定位工作的质量；另一方面，锅炉压力容器工件材料的质量。声阻在非均匀介质中其的传递、形成的界面等皆存有很大的区别。如果在生产、制造锅炉压力容器时所采用的材料不均匀，则会影响到超声波检测仪器发出的声束。此外，锅炉压力容器工件的材料质量对内应力具有一定的影响。不均匀的工件材料极易磨损探头，影响到探头的K值及折射角［5］，进而使得缺陷定位出现误差。

2.缺陷定量的影响因素

缺陷定量的影响因素之仪器性能。在无损探伤过程中，仪器性能对检测结果具有很大的影响。因此，在选择仪器时，工业企业应注重其的耐用性、质量。就超声波检测仪器来讲，其最易磨损的部位是探头。此外，应注重维护仪器，以保证仪器的使用性能，进而提升检测结果的可靠性。与此同时，仪器的回波高度会受到晶片尺寸、垂直线性、衰减器精度、探头形式等因素的影响。

缺陷定量的影响因素之操作人员。在缺陷定量过程中，其极易受到操作人员因素的影响。操作人员存在主体性，即不同操作人员，其在工作方式、习惯等方面存有区别，磨损探头的程度也存有区别。对于基线比例等参数的调整末，操作人员的处理方式也不同。此外，工作人员的专业知识与技能不同，对待工作的态度也不同。

缺陷定量的影响因素之耦合与衰减。实践证明，耦合层厚度及耦合剂的声阻抗对回波高参数的精度具有影响。另外，工件外观凹凸不平、较为粗糙情况下，时常发生耦合不良现象。因此，须将检测对象表面的耦合状态实际情况纳入考虑范畴。在校准灵敏度过程中，应补偿与减小耦合误差。