杜火根

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗研究院吳江分院，江蘇 蘇州 215200）

超聲波探傷技術(shù)在鍋爐壓力容器檢測中的應(yīng)用

杜火根

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗研究院吳江分院，江蘇 蘇州 215200）

鍋爐壓力容器是指使用過程中承載一定壓力的密閉設(shè)備，受其特殊性質(zhì)影響，對設(shè)備完整性和制造質(zhì)量有著較高且嚴(yán)苛的要求。超聲波探傷是一種無損探傷技術(shù)，以超聲波的機械波特性為基本原理，通過監(jiān)測其振動頻率及波動的變化情況，判斷目標(biāo)物體的缺陷情況，在壓力容器探傷中應(yīng)用廣泛。從超聲波探傷技術(shù)入手，就其檢測質(zhì)量影響因素和問題解決措施，提出建議。

超聲波探傷技術(shù)；鍋爐；壓力容器；檢測；應(yīng)用

鍋爐壓力容器是一種較為常見的壓力設(shè)備，廣泛應(yīng)用于石油化工、電力等領(lǐng)域，受設(shè)備特殊性影響，鍋爐壓力容器在使用過程中，需定期接受探傷檢查，以及時了解其缺陷情況，防止安全事故的發(fā)生。超聲波探傷技術(shù)在壓力容器探傷檢測中應(yīng)用廣泛，具有缺陷分辨率高、定位精準(zhǔn)等優(yōu)點。但就超聲波探傷實際應(yīng)用操作而言，仍存在一定的檢測質(zhì)量干擾因素，如不加以注意，就可能降低檢測質(zhì)量，甚至引發(fā)嚴(yán)重后果。本文從超聲波探傷技術(shù)入手，就其各種質(zhì)量干擾因素進(jìn)行了分析，并相應(yīng)提出了幾點應(yīng)用建議，具體內(nèi)容如下。

1 超聲波探傷檢測概述

檢測原理。超聲波信號頻率范圍為2～25kHz，屬于高頻信號。但就理論而言，超聲波在均勻介質(zhì)中以直線形成傳播，而在非均勻介質(zhì)中，受聲阻抗變化影響，超聲波在傳播過程中會在不同聲阻抗界面上發(fā)生折射、反射和投射，通過相關(guān)儀器收集、處理此類信號，即可判斷壓力容器的缺陷情況，實際檢測過程如圖1所示。

圖1 超聲波探傷檢測原理示意圖

受容器生產(chǎn)工藝和技術(shù)限制，在壓力設(shè)備制造過程中，不可避免地存在不同程度的質(zhì)量缺陷。相關(guān)力學(xué)研究表明，以具有尖銳邊緣的平面裂紋缺陷最為危險。同時超聲波探傷也可用于金屬材料的焊接檢測中，以檢驗焊接質(zhì)量，根據(jù)我國相關(guān)質(zhì)量檢測規(guī)定，壓力容器中所有重要焊道都需要使用無損檢測技術(shù)進(jìn)行質(zhì)量檢測，以確保產(chǎn)品使用安全。

一般來說，超聲波探傷技術(shù)分為脈沖反射法和共振法兩種。前者是指發(fā)射一段極短時間的脈沖信號，通過分析反射波信息判斷物體缺陷的方法，如缺陷回波法等；后者則是利用超聲波波長與被測物體厚度間的聯(lián)系使二者發(fā)生共振，通過檢測共振頻率判斷缺陷的方法。

2 超聲波探傷檢測常見干擾因素分析

鍋爐壓力容器在使用過程中需承擔(dān)相應(yīng)的壓力，任何一種微小的缺陷都可能導(dǎo)致嚴(yán)重的不良后果，故而對探傷檢測有著較為嚴(yán)苛的要求。就超聲波探傷檢測而言，程序較為復(fù)雜，質(zhì)量干擾因素眾多，大致可分為定位因素和定量因素兩種。

2.1 定位因素

（1）波束方向偏離干擾。在超聲波探傷檢測過程中，如波束方向偏離探頭既定輻射方向，就會導(dǎo)致定位精度降低問題，進(jìn)而產(chǎn)生誤差。探頭存在質(zhì)量問題是導(dǎo)致這一問題的主要原因，其次目標(biāo)物體狀態(tài)、目標(biāo)物體材質(zhì)以及目標(biāo)物體內(nèi)應(yīng)力等因素，也會導(dǎo)致波束方向偏離問題。

目標(biāo)物體狀態(tài)干擾主要是指由于物體表面過于粗糙，導(dǎo)致探頭接觸不良造成的誤差；材質(zhì)差異干擾是指目標(biāo)物體存在巨大材質(zhì)差異，且判定不精確造成的誤差；目標(biāo)物體內(nèi)應(yīng)力也是影響定位精度的主要因素，當(dāng)物體內(nèi)應(yīng)力較高時，即可能改變超聲波的方向和速度，導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生。此外，現(xiàn)場檢測環(huán)境和操作人員操作欠規(guī)范也可能導(dǎo)致超聲波波束方向偏離問題。

（2）數(shù)據(jù)讀取偏差干擾。超聲波探傷檢測主要依靠相關(guān)儀器完成數(shù)據(jù)的測量，如儀器本身存在缺陷，無法讀取準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，就會對檢測質(zhì)量造成直接的不良影響，其中視差是造成測距失準(zhǔn)的主要原因。此外，如在超聲波檢測前，未能做好相應(yīng)的儀器調(diào)試及校準(zhǔn)工作，導(dǎo)致儀器水平線存在偏差也會造成檢測失準(zhǔn)問題。

2.2 定量因素

（1）性能干擾因素。性能干擾主要是就檢測儀器和探頭而言。超聲波檢測儀器內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，且由于檢測精度要求較高，任何微小的偏差都能影響檢測結(jié)果，具體包括儀器垂直線性、衰減器的頻率、精密度、折射角度、晶片尺寸以及探頭形式等。

（2）耦合及衰減干擾。就回波高參數(shù)而言，耦合層厚度及耦合劑對應(yīng)的超聲波阻抗能力，均會對探傷檢測結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。如檢測儀器耦合狀態(tài)與目標(biāo)物體間存在差異，就可能導(dǎo)致定位精度偏離問題，應(yīng)引起相關(guān)人員的注意。另一方面，如目標(biāo)物體表面較為粗糙，也可能導(dǎo)致耦合不良問題，進(jìn)而影響檢測質(zhì)量。

此外，在實際檢測過程中，相關(guān)人員還應(yīng)注意介質(zhì)衰減對于檢測質(zhì)量的影響，如檢測精度要求較高或工程量相對較大，應(yīng)對介質(zhì)衰減系數(shù)進(jìn)行測定，并在數(shù)據(jù)計算過程中，引入衰減因素，以提高檢測精準(zhǔn)度。

（3）操作人員干擾。探傷檢測人員作為超聲波探傷的執(zhí)行者和實踐者，其操作行為直接影響著探傷檢測結(jié)果質(zhì)量。雖然超聲波探傷檢測操作流程相同，但由于操作者不同，其操作習(xí)慣存在較大差異，在實際操作過程中，應(yīng)做好相應(yīng)的準(zhǔn)備和校準(zhǔn)工作，保障各項要求符合相關(guān)檢測標(biāo)準(zhǔn)，以提高探傷檢測精準(zhǔn)度。

3 超聲筆探傷技術(shù)的實際應(yīng)用分析

就鍋爐壓力容器超聲波探傷而言，主要包含板材探傷、鍛件探傷、管材探傷、焊縫探傷和鑄鋼件探傷五部分內(nèi)容。

3.1 板材探傷應(yīng)用分析

應(yīng)用于鍋爐壓力容器的板材種類較多，以鋼板為主，并且鋼板在常見板材中應(yīng)用也最為廣泛。因此，本文以鋼板為例，就超聲波探傷的實際應(yīng)用進(jìn)行探究。

就鋼板而言，分層、白點以及折疊缺陷較為常見。分層缺陷是指鋼板存在較為明顯的分離層，折疊缺陷則是指在鋼板某一位置出現(xiàn)雙層鋼板，這兩種缺陷主要產(chǎn)生于鋼板的軋制過程。白點缺陷具體是指鋼板上的細(xì)小裂紋。通常情況下，采用垂直探傷發(fā)、充水偶合法以及底面多次回波法等方法進(jìn)行板材的探傷檢測。

3.2 鍛件探傷應(yīng)用分析

一般情況下，鍛件包含鑄造、鍛造、熱處理以及機械加工四道工序。不同的工序產(chǎn)生的缺陷不同，具體包括鍛造缺陷、鑄造缺陷及熱處理缺陷三種缺陷。鍛造缺陷具體指白點、裂紋、折疊等缺陷；鑄造缺陷主要包含裂紋和夾雜等缺陷；熱處理缺陷則以裂紋缺陷為主。針對這部分檢測內(nèi)容，通常選擇使用垂直探傷法或接觸法進(jìn)行檢測。

3.3 管材探傷應(yīng)用分析

就管材探傷而言，通常會依據(jù)管材口徑差異，分為小口徑管材和大口徑管材兩種。前者存在的缺陷主要包括夾雜、重皮、分層以及裂紋等；后者則以白點、折疊以及重皮等缺陷為主。前者多使用水浸聚焦法進(jìn)行探傷檢測，后者則以接觸法為主。

3.4 焊縫及鑄鋼件探傷應(yīng)用分析

焊接連接是鍋爐壓力容器的主要連接形式，受焊接工藝技術(shù)限制，在焊接過程中，易出現(xiàn)焊接不到位或焊接裂紋等問題影響壓力容器綜合性能。因此，相關(guān)人員在進(jìn)行焊縫探傷檢測時，應(yīng)格外細(xì)致、注意，常用方法包括深度定位法、聲程定位法以及水平定位法等。

鑄鋼件缺陷以氣孔、裂紋、縮孔和夾渣為主，通常使用單晶探頭、焊縫寬度法等方法進(jìn)行探傷。

4 結(jié) 語

綜上所述，鍋爐壓力容器作為一種常見的壓力容器，在多個領(lǐng)域有著較為廣泛的應(yīng)用。由于壓力容器在使用過程中需承受相應(yīng)的壓力，故而對容器密封性和完整性有著較高且嚴(yán)苛的要求。超聲波探傷技術(shù)是利用超聲波傳播特性完成物體缺陷檢測的一種無損探傷技術(shù)。在其實際應(yīng)用過程中，相關(guān)人員應(yīng)著重注意各項檢測干擾因素，針對不同的檢測物件，選取不同的檢測方法，以提高檢測精度，確保壓力容器使用安全。

[1]李永贊.超聲波探傷技術(shù)在鍋爐壓力容器檢測中的應(yīng)用討論[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2016(17).

[2]孫若瑜,趙予龍.超聲波探傷技術(shù)在鍋爐壓力容器檢測中的應(yīng)用[J].化工設(shè)計通訊,2016(07).

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