淺議超聲波探傷技術(shù)在鍋爐壓力容器檢測(cè)中應(yīng)用

1、淺議超聲波探傷技術(shù)在鍋爐壓力容器檢測(cè)中應(yīng)用【摘要】超聲波探傷技術(shù)可以廣泛應(yīng)用于鍋爐和壓力容 器制造等領(lǐng)域。常規(guī)超聲波探傷的基本模式，即a型顯示的 脈沖回波法在檢測(cè)缺陷時(shí)，通過(guò)缺陷回波的輻值大小來(lái)判斷 缺陷是否應(yīng)該判為廢品。本文討論了超聲波探傷檢測(cè)相關(guān)技 術(shù)在鍋爐壓力容器檢測(cè)中的應(yīng)用，對(duì)影響定位定量的因素進(jìn) 行探討，在壓力容器超聲波探傷檢測(cè)技術(shù)發(fā)展層面上起到積 極的促進(jìn)作用?！娟P(guān)鍵詞】壓力容器檢測(cè)；超聲波探傷；缺陷定位分析; 缺陷定量分析1、鍋爐壓力容器超聲波探傷檢測(cè)作為無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的重要手段之一，超聲波檢測(cè)技術(shù)是 發(fā)展最快，應(yīng)用也最廣泛的領(lǐng)域。超聲波信號(hào)具有高頻特性，頻率在2-25khz之間。

2、從理 論上來(lái)說(shuō)，在無(wú)限大、均勻介質(zhì)中超聲波的傳播途徑是直線, 反之，若是非均勻的介質(zhì)（也包括從一種到另一種介質(zhì)中）, 聲阻抗的改變會(huì)使超聲波在不同聲阻抗的界面上產(chǎn)生折射、 投射和反射的光學(xué)物理現(xiàn)象。圖1是超聲波檢測(cè)儀器的工作 原理圖。對(duì)于超聲波儀器來(lái)說(shuō)，這些變化會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲂盘?hào), 指示受監(jiān)測(cè)的器具時(shí)都存在缺陷。超聲波檢測(cè)技術(shù)可以用來(lái) 評(píng)價(jià)器具固體材料的微觀組織，以及通過(guò)檢測(cè)相關(guān)力學(xué)性能 探究其微觀和宏觀不連續(xù)性。在超聲波檢測(cè)技術(shù)發(fā)展的早 期，對(duì)于大部分檢測(cè)設(shè)備來(lái)說(shuō)只含有a掃描形式。掃描形式 的單一導(dǎo)致應(yīng)用的范圍也很狹窄，僅用于模擬量信號(hào)的分 析，這種信號(hào)輸出需要富有經(jīng)驗(yàn)的檢測(cè)和分析人員，來(lái)進(jìn)行

3、 人工分析才能得出正確的結(jié)論。本文所探討的對(duì)象是鍋爐壓力容器，即鍋爐與壓力容 器，由于生產(chǎn)技術(shù)的限制，在這些特種設(shè)備的制造過(guò)程中不 可避免地會(huì)產(chǎn)生不同程度的缺陷。經(jīng)斷裂力學(xué)研究資料證 明，在特種設(shè)備的諸多缺陷中，危險(xiǎn)系數(shù)最大是帶有尖銳邊 緣的平面裂紋性質(zhì)的缺陷。在工業(yè)生產(chǎn)中焊接技術(shù)是經(jīng)常用 到的一種施工手段，毫不夸張地說(shuō)，含有金屬材料的工件大 都離不開(kāi)焊接。焊接的質(zhì)量亦可以通過(guò)無(wú)損的超聲波檢測(cè)技 術(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，避免將焊道切割進(jìn)行物理性的壓彎、拉伸等檢 測(cè)。圖2為超聲波檢測(cè)儀檢測(cè)焊接缺陷的原理。在我國(guó)現(xiàn)行 的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定對(duì)于工件中重要的焊道要全部進(jìn)行無(wú)損 檢測(cè)，確保產(chǎn)品的質(zhì)量安全。在超聲波檢測(cè)

4、技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)對(duì)工件進(jìn)行超聲 波無(wú)損探傷時(shí)，可能會(huì)由于探測(cè)角度的問(wèn)題，檢測(cè)儀對(duì)于工 件存在的某些缺陷（如裂紋、未熔合等），區(qū)分度不是太準(zhǔn) 確。對(duì)于一些工業(yè)使用的器具，如本文所探討的鍋爐壓力容 器，很有可能是由于一些小的缺陷而導(dǎo)致慘痛的災(zāi)難事件， 在帶來(lái)嚴(yán)重生產(chǎn)損失的同時(shí)也對(duì)人員的安全造成隱患1。 正因?yàn)槿绱?，我們有必要?duì)a型掃描回波波形進(jìn)行研究分析, 區(qū)分非缺陷波等結(jié)構(gòu)型回波，通過(guò)模式識(shí)別等方法來(lái)提高超 聲波檢測(cè)技術(shù)對(duì)工件缺陷的準(zhǔn)確識(shí)別。2. 影響缺陷定位定量的因素分析2.1影響缺陷定位的主要因素2. 1. 1儀器的影響在超聲波檢測(cè)中，儀器要保持水平線性。在檢測(cè)鍋爐壓 力容器，由于管道和

5、鍋爐表面的自然曲度，可能會(huì)造成儀器 水平線性不佳，從而導(dǎo)致缺陷定位誤差大。這種誤差是固定 存在的，在不能避免時(shí)我們只能借助不同角度的多次檢測(cè)來(lái) 減少誤差。儀器水平刻度精度也是影響缺陷定位的因素。調(diào) 節(jié)超聲波檢測(cè)儀器示波屏上水平刻度值可以對(duì)儀器的基線 比例進(jìn)行調(diào)整。2. 1.2探頭的影響超聲波檢測(cè)儀器探頭發(fā)出的實(shí)際聲束軸線，若與探頭幾 何中心軸線存在較大的偏離時(shí)，會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果的不準(zhǔn)確。 有些廠家使用的超聲波檢測(cè)儀器維護(hù)不足，長(zhǎng)時(shí)間使用后儀 器的探頭性能下降，有時(shí)甚至?xí)@示探頭雙峰的現(xiàn)象。兩個(gè) 主聲束均指示缺陷存在時(shí)，而不能準(zhǔn)確定位是哪個(gè)主聲束檢 測(cè)到的，從而也無(wú)法對(duì)缺陷進(jìn)行準(zhǔn)確定位2。探頭長(zhǎng)期

6、使 用必將引起磨損，對(duì)于探頭部位來(lái)說(shuō)最常見(jiàn)的就是斜楔。若 斜楔的前面磨損較大，相對(duì)于完整探頭的檢測(cè)結(jié)果來(lái)說(shuō)，探 頭檢測(cè)到的折射角會(huì)增大，探頭k值增大，同樣若是后面磨 損較大，情況正好相反。半擴(kuò)散角越小，探頭的指向性越好, 從而超聲波檢測(cè)儀器的缺陷定位誤差小，定位準(zhǔn)確度高。2. 1.3工件的影響就鍋爐壓力容器來(lái)說(shuō)，影響超聲波檢測(cè)儀器缺陷定位的 因素主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面。一是鍋爐壓力容器工件的表面粗糙度和形式。工件表面 粗糙，或者是正常設(shè)計(jì)得凹凸不平，在進(jìn)行無(wú)損探傷時(shí)可能 會(huì)造成耦合不良。另外聲波在工件中所經(jīng)過(guò)的路徑不同，所 耗費(fèi)的時(shí)間也不盡相同，在檢測(cè)儀的顯示屏上顯示差異化的 檢測(cè)信號(hào)。在工業(yè)實(shí)踐

7、中所檢測(cè)的工件大多具有曲面，探頭 的平面接觸曲面時(shí)，若操作人員的握持不當(dāng)，點(diǎn)線接觸不可 避免會(huì)引入誤差，由于不同角度探頭的折射角會(huì)發(fā)生明顯變 化，檢測(cè)的缺陷定位效果差。二是工件的材質(zhì)。在不同介質(zhì)超聲波的聲阻是不同的， 若鍋爐壓力容器材質(zhì)若不均勻會(huì)對(duì)聲束的傳播產(chǎn)生影響。工 件的材質(zhì)還會(huì)影響內(nèi)應(yīng)力。還有工件的材質(zhì)若極易造成探頭 的磨損，曲面的探頭斜楔探測(cè)到的折射角和聲束形狀都會(huì)對(duì) 缺陷定位產(chǎn)生影響。2.2影響缺陷定量的主要因素2.2. 1儀器性能超聲波檢測(cè)儀器在進(jìn)行無(wú)損探傷時(shí)，儀器的性能是影響 探測(cè)結(jié)果最重要的因素。如古語(yǔ)所言，工欲善其事必先利其 器。生產(chǎn)企業(yè)在選擇檢測(cè)儀器時(shí)，一定要廣泛調(diào)研，購(gòu)入

8、質(zhì) 量合格、經(jīng)久耐用的儀器。探頭是整個(gè)儀器中最容易磨損的 部位，檢測(cè)儀器還要做好平常的維護(hù)，保證檢測(cè)結(jié)果確實(shí)可 信。儀器的頻率、垂直線性、探頭形式、衰減器精度、折射 角大小、晶片尺寸等都會(huì)直接影響檢測(cè)儀器的回波高度，從 而對(duì)工件的缺陷定量檢測(cè)產(chǎn)生影響。2. 2.2耦合與衰減的影響對(duì)回波高參數(shù)來(lái)說(shuō)，耦合劑的聲阻抗和耦合層厚度都是 影響參數(shù)準(zhǔn)確性的因素。除此以外，對(duì)于表面粗糙，或者是 正常設(shè)計(jì)得凹凸不平的工件，在進(jìn)行無(wú)損探傷時(shí)可能會(huì)造成 耦合不良。要考慮到試塊或被探工件與檢測(cè)儀的表面耦合狀 態(tài)可能存在差異，在進(jìn)行靈敏度校準(zhǔn)時(shí)，要采取有效的方案 對(duì)耦合誤差進(jìn)行補(bǔ)償，減小定量誤差。對(duì)于某些工件應(yīng)該測(cè)

9、定材質(zhì)的2. 2. 3操作人員的影響在進(jìn)行超聲波無(wú)損檢測(cè)進(jìn)行缺陷定量時(shí)，操作人員也是不可忽略的因素之一 3。不同的操作者的操作習(xí)慣不同,力度也不一樣，斜鍥的磨損程度也不盡相同。在調(diào)節(jié)各種參 數(shù)時(shí)，如儀器時(shí)基線比例，通過(guò)試塊來(lái)進(jìn)行調(diào)準(zhǔn)。操作人員 若沒(méi)有將回波前沿對(duì)準(zhǔn)水平刻度，亦或是讀數(shù)時(shí)視線未與刻 度相平，都會(huì)造成缺陷定量結(jié)果不準(zhǔn)。對(duì)于不同形狀的工件 要及時(shí)調(diào)整缺陷定位的方法。就本文探討的鍋爐壓力容器大 多不能以平板工件來(lái)簡(jiǎn)單處理。3、結(jié)語(yǔ)現(xiàn)今，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展在工業(yè)生產(chǎn)中已有很多無(wú)損 檢測(cè)方法，如磁粉、滲透、超聲波和射線探傷等。相對(duì)于諸 多的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，對(duì)于鍋爐壓力容器超聲波還是有其不可

10、比擬的優(yōu)勢(shì)。在設(shè)備的缺陷監(jiān)測(cè)中有三個(gè)關(guān)鍵性數(shù)據(jù)，分別 為缺陷距表面距離、缺陷之間的距離、壁厚的徑向長(zhǎng)度。曾 有英國(guó)研究者對(duì)于容器的損害事件進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明由于 內(nèi)部裂紋的擴(kuò)展所引起的工件損害占總數(shù)的比例高達(dá) 89. 3%o超聲波可以對(duì)工件的內(nèi)部缺陷準(zhǔn)確定位，其對(duì)裂紋 等面積性缺陷敏感。超聲波的物理性質(zhì)決定了檢測(cè)性能，波 長(zhǎng)短，指向性好，對(duì)缺陷的分辨率高。通過(guò)超聲波無(wú)損檢測(cè) 技術(shù)可以及時(shí)準(zhǔn)確檢測(cè)工件的缺陷，確保工件的輸出質(zhì)量。在超聲波無(wú)損技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐中，尚存在很多影響檢測(cè) 質(zhì)量的因素。本文從超聲波技術(shù)的原理入手，通過(guò)對(duì)超聲波 無(wú)損探傷技術(shù)在鍋爐壓力容器檢測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)分析， 之后在分析的基礎(chǔ)上對(duì)影響超聲波檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，探 討工件的缺陷定位和定量影響因素。本文的研究對(duì)工業(yè)生產(chǎn) 中鍋爐壓力容器的質(zhì)量檢測(cè)有著重要的指導(dǎo)作用