高德志

（湖南省特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)研究院湘潭分院，湖南 湘潭 411100）

數(shù)字超聲波探傷掃描技術(shù)在鍋爐檢測(cè)中的應(yīng)用

高德志

（湖南省特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)研究院湘潭分院，湖南 湘潭 411100）

鍋爐檢測(cè)直接關(guān)系到鍋爐的使用安全，隨著經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，越來越多的無損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用到鍋爐檢測(cè)中，其中數(shù)字超聲波探傷掃描技術(shù)作為五大常規(guī)無損檢測(cè)技術(shù)之一能夠?qū)Ρ粰z測(cè)的鍋爐二維信息和三維空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行顯示，從而成為鍋爐檢測(cè)的重要技術(shù)手段之一。本文主要結(jié)合筆者多年工作經(jīng)驗(yàn)，闡述了數(shù)字超聲波探傷掃描技術(shù)在鍋爐檢測(cè)中的應(yīng)用。

數(shù)字超聲波探傷掃描；鍋爐檢測(cè)

鍋爐容器在生產(chǎn)過程中如果受到損傷，很容易導(dǎo)致燃燒、爆炸事件的產(chǎn)生，導(dǎo)致人員安全、設(shè)備和財(cái)產(chǎn)安全受到嚴(yán)重的影響，因而必須采取有效的無損檢測(cè)技術(shù)，保證鍋爐生產(chǎn)安全。數(shù)字超聲波探傷掃描技術(shù)是工業(yè)上五大常規(guī)無損檢測(cè)技術(shù)之一，在工業(yè)檢測(cè)中被廣泛的應(yīng)用，將該技術(shù)應(yīng)用于鍋爐檢測(cè)中可以有效的保證鍋爐安全，進(jìn)而保證人員和設(shè)備安全。

1 數(shù)字超聲波探傷掃描技術(shù)原理

數(shù)字超聲波探傷掃描技術(shù)是將超聲波和計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，利用超聲波在物體中的傳播、反射等特性檢測(cè)被檢測(cè)物體存在的缺陷，之后通過計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，將信號(hào)中的噪聲進(jìn)行取出，之后對(duì)去除之后的信號(hào)進(jìn)行再一次的處理。該技術(shù)也被稱為超聲波檢驗(yàn)。超聲波探傷法的原理是利用超聲波探傷儀換能器發(fā)射的脈沖超聲波，通過良好的耦合方式使超聲波入射至被檢工件內(nèi)，超聲波在工件內(nèi)傳播遇到異質(zhì)界面產(chǎn)生反射，反射波被換能器所接收并傳至超聲波探傷儀示波器。通過試塊或工件底面作為反射體調(diào)節(jié)時(shí)基線以確定缺陷反射回波的位置，調(diào)整檢測(cè)靈敏度以確定缺陷的當(dāng)量大小。根據(jù)缺陷顯示方式的不同，能夠?qū)?shù)字超聲波探傷掃描技術(shù)分成四種，即A型、B型、C型和3D型顯示超聲波探傷等。

1.1 A型顯示超聲波探傷原理

A型顯示超聲波探傷技術(shù)在實(shí)施過程中，將探傷儀通電之后，同步電路產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖同一時(shí)間加到掃描電路和發(fā)射電路。通過查看反射波幅度的高低將鍋爐缺陷的大小進(jìn)行間接的反映出來，所以能夠?qū)﹀仩t的缺陷進(jìn)行有效的評(píng)價(jià)。結(jié)合目前的現(xiàn)狀來看，A型脈沖反射法超聲波探傷是應(yīng)用最為廣泛的。（圖1）

圖1 A型脈沖反射式超聲波探傷儀電路框圖

1.2 B型顯示超聲波探傷基本原理

該技術(shù)主要是利用脈沖回波平面成像，成像方式利用的是輝度調(diào)制，所成的圖像顯示的是被檢測(cè)物體的二維超聲斷層圖。當(dāng)一幀掃描完成之后，就能夠得到一幅垂直平面二維超聲斷層圖像。橫坐標(biāo)代表的是探頭的水平位置，縱坐標(biāo)代表的是傳播的時(shí)間，該圖像是由超聲聲束掃描方向決定的。B型顯示超聲波探傷在應(yīng)用過程中，探頭只需實(shí)現(xiàn)一維掃描即可成像。如圖2為B型顯示原理框圖。

圖2 B型顯示超聲波探傷儀原理框圖

1.3 C型顯示超聲波探傷基本原理

該技術(shù)與B型類似，在水平x方向采用的是與B型相同的電子掃描方式，但是在水平y(tǒng)方向是采用機(jī)械的方式使得探頭移動(dòng)。在該技術(shù)應(yīng)用中，要想獲得圖像更加深入，應(yīng)當(dāng)在接收回路上設(shè)計(jì)一個(gè)選擇開關(guān)，通過對(duì)選擇開關(guān)的控制來控制開通時(shí)間。C型顯示超聲波探傷雖然能夠?qū)﹀仩t缺陷的長(zhǎng)度以及寬度檢測(cè)出來，但是卻無法檢測(cè)出來缺陷的埋藏深度。面對(duì)該問題，可以將其改為應(yīng)用彩色熒光對(duì)信號(hào)進(jìn)行顯示，根據(jù)顏色的不同來對(duì)缺陷埋藏的深度進(jìn)行表示。如圖3為C型顯示原理框圖。

圖3 C型顯示超聲波探傷儀原理框圖

1.4 3D顯示超聲波探傷基本原理

B型和C型顯示這兩種方法都無法一次記錄成像鍋爐缺陷的深度和空間，但是3D顯示超聲波探傷技術(shù)能夠?qū)型以及C型顯示的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行結(jié)合從而產(chǎn)出一個(gè)準(zhǔn)三維的投影圖像，將缺陷的空間特征和缺陷的深度同時(shí)表現(xiàn)出來。為此，必須研究用成像平面的二維圖像來表示出三維空間的坐標(biāo)關(guān)系，可通過使被檢工件的三維空間坐標(biāo)x、y、z作適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)變換來達(dá)到。

2 數(shù)字超聲波探傷掃描技術(shù)在鍋爐檢測(cè)中的應(yīng)用

2.1 在鍋爐隱蔽角焊縫中的檢測(cè)

鍋爐壓力容器及一些鋼結(jié)構(gòu)件主要是采用焊接加工成形的，焊縫中主要存在氣孔、未焊透、未熔合、夾渣、裂紋等缺陷，裂紋、未熔合和未焊透均為平面型缺陷，應(yīng)力集中程度高，易造成焊接接頭破壞，因此危害性較大。而氣孔和夾渣是體積型缺陷應(yīng)力集中程度較低，危害性較小。在焊縫缺陷檢測(cè)中應(yīng)用超聲波探傷掃描技術(shù)分為A、B、C三個(gè)檢測(cè)級(jí)別。原則上根據(jù)承壓設(shè)備產(chǎn)品的重要程度決定。檢出概率大小是不同的。A級(jí)通常適合用于檢測(cè)承壓設(shè)備有關(guān)的支承件和結(jié)構(gòu)件焊接接頭；B級(jí)一般適用于檢測(cè)承壓設(shè)備對(duì)接焊接接頭；C級(jí)通常適合檢測(cè)重要承壓設(shè)備對(duì)接焊接接頭。檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)缺陷，找到最大反射波以后，應(yīng)根據(jù)探頭位置及熒光屏上缺陷波的位置來確定缺陷在實(shí)際焊縫中的位置。檢測(cè)步驟如下：第一是需要以鍋爐厚度為依據(jù)選擇合適大小的探頭；第二是在檢測(cè)橫波之前需要將估算計(jì)算出來，確定區(qū)域分界線，以此為基礎(chǔ)對(duì)矢量加減過程進(jìn)行利用使得探頭移動(dòng)的基準(zhǔn)線被讓出；第三是將使用曲面屏蔽孔掃描線的位置為依據(jù)對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，在進(jìn)行這一步驟的同時(shí)需要對(duì)其進(jìn)行靈敏度的檢查，從而能夠確保避免后續(xù)數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤差；最后一步是識(shí)別波形，做好接管與筒體外壁回?fù)苤g的分別，以免出現(xiàn)漏檢或者是錯(cuò)誤判斷的情況。

2.2 在鍋爐內(nèi)壁裂紋檢測(cè)中的應(yīng)用

在檢測(cè)過程中，要根據(jù)鍋爐實(shí)際情況選擇合適的探頭進(jìn)行檢測(cè)，通常直徑應(yīng)當(dāng)控制在2cm左右。在鍋爐內(nèi)壁裂紋檢測(cè)中，主要方法就是將選擇好的探頭放置在被檢測(cè)的鍋爐內(nèi)壁的外緣面，然后開始檢測(cè)，通過得到的圖像和數(shù)據(jù)將裂紋大小、形狀、深度等情況進(jìn)行反映。所以，以裂紋反射波為依據(jù)定量分析裂紋深度顯得更加的容易，能有效的將工作效率提高。

3 結(jié)語

鍋爐無損檢測(cè)在鍋爐檢驗(yàn)中占據(jù)著十分重要的位置，能夠檢測(cè)出鍋爐原件及其焊接接頭表面、內(nèi)部的多種缺陷。數(shù)字超聲波探傷掃描技術(shù)主要類型根據(jù)缺陷顯示方式的不同，能夠?qū)?shù)字超聲波探傷掃描技術(shù)分成四種，即A型、B型、C型和3D型顯示超聲波探傷等四種。在實(shí)際檢測(cè)過程中，需要根據(jù)實(shí)際情況，選擇合理的檢測(cè)技術(shù)，并且綜合考慮各種影響因素，從而保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

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