陜西省鍋爐壓力容器檢驗(yàn)所 李 棟 王景仁

在承壓特種設(shè)備檢驗(yàn)中，無損檢測是決定檢驗(yàn)工作質(zhì)量的重要工作之一。超聲波檢測由于成本低、速度快，檢出率高等優(yōu)點(diǎn)，已成為應(yīng)用最為廣泛的無損檢測方法。本為，筆者結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，主要介紹了在役超高壓水晶釜檢驗(yàn)技術(shù)，。

一、超高壓水晶釜基本情況

超高壓水晶釜是在高溫、高壓工況下人工合成的一種超高壓容器。通常超高壓水晶釜主體材質(zhì)為PCrNi3MoVA的鍛鋼（經(jīng)機(jī)械加工內(nèi)外壁，底部用堵底螺絲封堵，上端用卡箍和堵塞進(jìn)行密封），設(shè)計(jì)壓力為151 MPa，設(shè)計(jì)溫度為400℃。

二、超高壓水晶釜容器特點(diǎn)

1.內(nèi)徑小、壁厚大應(yīng)力復(fù)雜（三向應(yīng)力），且應(yīng)力分布不均勻。內(nèi)壁承受周向應(yīng)力最大，外壁最小。以內(nèi)蒙二機(jī)生產(chǎn)的超高壓水晶釜為例，內(nèi)外壁周向應(yīng)力相差達(dá)到98%。

2.外部電加熱內(nèi)壁受到拉應(yīng)力，使內(nèi)壁綜合應(yīng)力狀況惡化。

3.超高壓水晶釜在運(yùn)行時(shí)，由于進(jìn)出物料及水晶種掛架、鏟料很容易在內(nèi)壁產(chǎn)生使用缺陷，特別是縱向裂紋、刮痕、劃傷等缺陷。

由以上分析可知，超高壓水晶釜的危險(xiǎn)點(diǎn)主要在內(nèi)壁表面及其近表面。這也是超高壓容器制造和檢驗(yàn)驗(yàn)收內(nèi)壁比外壁嚴(yán)格的主要原因，是定期檢驗(yàn)的重點(diǎn)。由于內(nèi)徑小、長徑比大，內(nèi)表面探傷非常困難，所以首選超聲波檢測。但是，國家質(zhì)監(jiān)總局2005年11月8日頒布的《超高壓容器安全監(jiān)察規(guī)程》TSG R0002-2005 第58 條（四）款中關(guān)于定期檢驗(yàn)超聲波檢測及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，仍然按照《規(guī)程》第34 條制造要求規(guī)定。在役超高壓水晶釜應(yīng)以是否存在有應(yīng)力腐蝕裂紋、疲勞裂紋等裂紋類缺陷為主，這類缺陷最有效的檢測方法是橫波檢測。但超高壓水晶釜進(jìn)行橫波檢測存在空白，降低了超聲波檢測最終結(jié)論的準(zhǔn)確度。本文，筆者就超高壓水晶釜橫波檢測工藝進(jìn)行了探討，以期對同行有所參考。

三、橫波超聲波檢測工藝條件

1.探頭選擇。專用橫波斜探頭為2.5P13×13 斜探頭。由于有機(jī)玻璃/鋼界面第一臨界角αⅠ＝27.6°，為了保證釜體中純橫波探傷，故探頭選擇入射角選為28.5°，以保證探頭能夠用橫波一次聲程掃查到釜體內(nèi)壁。探頭耦合面與水晶釜外徑相同，利于入射點(diǎn)與釜體周向耦合。

2.對比試塊。材料及尺寸應(yīng)與超高壓水晶釜釜體相同。

3.檢驗(yàn)方法。用2.5P13×13K0.68（入射角α＝28.5°）的斜探頭沿著釜體做周向雙向掃查，檢查與軸線平行是否有徑向缺陷。

4.靈敏度調(diào)節(jié)。將探頭曲面楔塊置于專用試塊的一個(gè)棱角上。前后移動探頭，棱角反射波最高時(shí)，試塊棱角與探頭曲面楔塊的接觸點(diǎn)即為探頭的入射點(diǎn)，在探頭相應(yīng)位置作出標(biāo)記。

儀器橫波掃描速度通過聲程調(diào)節(jié)法調(diào)節(jié)。

一次聲程S1計(jì)算公式如下。

式（1）中，β＝arcsin（（Cs2/CL1）sin28.5°）＝34.4°，β1＝arcsin（sin34.4°/（250/436））＝77.2°。

將上述數(shù)據(jù)代入式（1），可得S1＝152 mm，則二次聲程S2＝2S1＝304 mm。

將試塊內(nèi)壁人工缺陷一次回波和外壁人工缺陷回波分別對準(zhǔn)水平刻度的第5 格和第10 格，此時(shí)掃描比例為聲程約為1∶3（水平刻度）。距離-波幅曲線制作方法同橫波斜探頭

5.缺陷定位。發(fā)現(xiàn)的缺陷波應(yīng)確定其埋藏深度和缺陷在外圓弧面上的位置，計(jì)算原理如圖1所示。

圖1 計(jì)算原理

（1）缺陷深度（h）的確定。圖1中，有

式（3）中，β＝34.4°。

（2）缺陷到探頭入射點(diǎn)的表面距離的確定。計(jì)算過程如下。

6.缺陷記錄。對示波屏上缺陷波應(yīng)先估判是否為裂紋類缺陷，特別是距離內(nèi)壁20 mm 范圍內(nèi)的缺陷波顯示。對裂紋類缺陷波或缺陷波超過距離-波幅曲線者應(yīng)判廢，對低于距離波幅曲線的缺陷波應(yīng)測量記錄波幅大小、缺陷長度和缺陷位置。缺陷測長采用6 dB 法或端點(diǎn)6 dB 法。

四、結(jié)論

實(shí)踐表明，超聲波檢驗(yàn)方法在實(shí)際檢測過程中發(fā)揮了重要作用，其驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)雖然嚴(yán)于《超高壓容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的要求，但符合《超高壓容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》第34 條規(guī)定。也符合“內(nèi)嚴(yán)外寬”的精神，能夠保證超高壓水晶釜的安全運(yùn)行。