李 飛，王占富，范雪松（哈爾濱鍋爐廠有限責任公司，哈爾濱 150046）

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電站鍋爐小直徑厚壁管內壁裂紋超聲波檢測

李 飛，王占富，范雪松
（哈爾濱鍋爐廠有限責任公司，哈爾濱 150046）

摘 要：為了滿足電廠用戶對小直徑厚壁管內壁現(xiàn)場無損檢測的要求，現(xiàn)利用超聲波縱波斜射法檢測其內壁表面是否有裂紋信號顯示。介紹縱波斜射法檢測電站鍋爐小直徑厚壁管內壁裂紋的方法；重點闡述小直徑厚壁管內壁裂紋超聲波檢測探頭的選擇原則，對比試塊的制作，靈敏度的選擇，驗收標準的確定等。以過熱器集箱管為例，通過對其內壁超聲波檢測實驗，觀察缺陷波形，檢測缺陷位置、當量，為電廠鍋爐安全運行排除隱患。

關鍵詞：超聲波檢測；探頭；小直徑厚壁管；內壁缺陷

0　引言

某電廠機組為2×1000MW超超臨界鍋爐機組，機組為超超臨界參數(shù)變壓直流爐、全鋼構架、全懸吊結構塔式鍋爐。集箱是鍋爐的重要組成部件，承受的載荷較為復雜。為了減少鍋爐非計劃停運，提高鍋爐運行的可靠性和經(jīng)濟性，有必要對鍋爐重點部位小徑管內壁缺陷進行檢測。

1　儀器和探頭的選擇

此次現(xiàn)場取樣二級過熱器出口集箱管，材質為SA-213T91，規(guī)格為?44.5×12.5mm。正確選擇儀器和探頭對于有效的發(fā)現(xiàn)缺陷，并對缺陷定位、定量和定性是至關重要的。

儀器選用由奧林巴斯公司生產(chǎn)、型號為EPOCH4-PLUS的A型脈沖反射式數(shù)字超聲探傷儀。該儀器性能穩(wěn)定、重復性好、可靠性高，盲區(qū)、分辨力、信噪比滿足要求。

根據(jù)檢測要求和現(xiàn)場條件，選擇手工接觸法檢測小口徑管，這種方法設備簡單，操作方便，機動靈活性強。由于其管徑小、曲率大、常規(guī)探頭與管材接觸面小、耦合不良，檢測過程中波束有一定擴散，靈敏度降低，同時無法像水侵法消除表面盲區(qū)。因而試驗所用探頭應具備外形尺寸小、信噪比高、靈敏度高、擴散角小、盲區(qū)小的特點。

因樣管厚度與外徑比大于0.2，橫波聲束無法到達管材內壁，因此用橫波實現(xiàn)實現(xiàn)整個管壁橫截面的檢測是很困難的，在被檢管材尺寸使變形橫波檢測法也難以采用的情況下，為保證100%檢測到內壁缺陷，采用縱波斜射法。選擇第一臨界角以下的小角度入射，進入管壁的超聲波型既有縱波也有橫波，但后者輕度很弱，檢測主要以縱波為主?？v波斜射法的缺點是檢測時顯示的除折射縱波外，還存在折射橫波在內壁上產(chǎn)生的多次反射回波，波形比較復雜。

定制雙晶縱波聚焦斜探頭，頻率：5MHz，晶片尺寸：2（6×6）mm，折射角23°，聚焦F30，探頭有機玻璃層加工成與管材表面相吻合的曲面（見圖1）。

圖1　探頭

2　對比試塊

采用現(xiàn)場取樣管材無缺陷部分，用于檢測校準以及評估缺陷的當量尺寸，以及將所檢出的不連續(xù)信號與試塊中已知反射體產(chǎn)生的信號相比較。為了盡可能與需檢測的缺陷特征接近，模擬具有表面開口的線性缺陷的特點，用線切割方法在內壁加工不同深度的矩形槽，寬度為0.2mm，深度分比為：0.2mm、0.5mm、1.0mm、1.5mm，具體實物如圖2所示。

圖2　對比試塊

3　靈敏度和評定標準

靈敏度評定：0.2mm深人工缺陷回波一次反射信號最大波幅處的50%波高為基礎靈敏度；在基礎靈敏度的基礎上提高6dB作為掃查靈敏度；0.5mm深人工缺陷回波一次反射信號最大波幅為判廢靈敏度。評定標準：當發(fā)現(xiàn)缺陷時，單個缺陷信號回波幅值超過判廢靈敏度即判廢。

4　管材內壁缺陷的檢測

此次管材檢測最重要的目的是檢測內壁的縱向裂紋，此受檢管子的同一斷面，探頭分別按順時針和逆時針做兩次全周向掃查，兩個相鄰斷面的檢測重疊區(qū)應為大于10%探頭寬度。

當波束與內壁縱向裂紋垂直時，缺陷波形明顯、尖銳、波峰陡峭；探頭前后移動時，波幅隨裂紋延伸方向有一定程度的改變，探頭繼續(xù)移動，波幅衰減明顯，直至消失。

圖3　集箱管內壁裂紋滲透顯示

5　結語

實驗證明，該檢測方法對小直徑厚壁管內壁裂紋檢測有較高的檢出率，與滲透檢測發(fā)現(xiàn)內壁裂紋的位置基本吻合，在現(xiàn)場實際檢測環(huán)境下，能夠快速準確的發(fā)現(xiàn)內壁缺陷信號顯示，及時發(fā)現(xiàn)安全隱患，為鍋爐安全運行提供支持。

參考文獻：

［1］電站鍋爐小徑管內壁裂紋超聲波檢測［J］.中國電力，2014，47（12）.

［2］鄭暉，林樹青.超聲檢測［M］.北京：中國勞動社會保障出版社，2008.

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.13.059

作者簡介：李飛（1986-），男，黑龍江哈爾濱人，本科，研究方向：無損檢測。