焦瑞華

（太原鍋爐集團有限公司，山西 太原 030008）

在鍋爐制造及安裝期間需應(yīng)用到大量的焊接工藝，因此焊縫對鍋爐后期安全與平穩(wěn)運行具有直接的影響。其中，鍋爐不同焊縫結(jié)構(gòu)具有明顯差異性，因焊接厚度較大往往出現(xiàn)未熔合或裂縫等問題，無法從根本上保障焊縫質(zhì)量。隨著焊接工藝的快速發(fā)展，焊縫相控陣新技術(shù)也被大量應(yīng)用鍋爐制造中，從根本上提升了焊縫檢測效率，并對及時處理焊縫缺陷，確保鍋爐安全運行具有重要的意義。

1 鍋爐制造焊縫相控陣新技術(shù)原理

鍋爐制造焊縫相控陣主要由發(fā)射相控及接收相控兩個部分構(gòu)成。其中，發(fā)射相控主要就是指利用電子技術(shù)來調(diào)節(jié)陣元相位以及超聲波的實際強度，從而實現(xiàn)焦點位置以及聚焦方向等動態(tài)化調(diào)節(jié)目標，進行聚焦式相控；接受相控主要就是發(fā)射相控的逆過程，與發(fā)射相控相同，均是利用較為先進的電子技術(shù)，從而對加工后的信號進行相控處理，準確獲取到信號的位置以及具體特征。

2 鍋爐制造焊縫相控陣成像技術(shù)特征

在鍋爐制造焊縫相控陣成像技術(shù)中，需對焊縫或某一物體進行成像，因此要求檢測設(shè)備具有聲束掃描的功能?，F(xiàn)階段被廣泛應(yīng)用到的掃描技術(shù)分為機械掃描及電子掃描兩種，而焊縫相控陣新技術(shù)則是將此兩種掃描技術(shù)進行有機的結(jié)合，通過一定控制換能裝置以及其中陣元激勵，改變陣元發(fā)射聲波以及其與物體之間所存在著的相位關(guān)系，并以此達到聚焦點以及聲束變化方向的實時檢測目的，形成完整的焊縫相控陣行為。

由于焊縫相控陣內(nèi)的延遲時間可隨著時間的推移出現(xiàn)一定的動態(tài)變化，因此在應(yīng)用焊縫相控陣期間的探頭裝置也采用了其聲束角度以及動態(tài)聚焦的特征。其中，焊縫相控陣技術(shù)內(nèi)不同陣元受到脈沖影響而出現(xiàn)不同延遲時間上的變化，用以控制及延遲實際偏移角度與焦點。同時，在焊縫相控陣新技術(shù)的實際應(yīng)用過程中，焦點的轉(zhuǎn)移也可實現(xiàn)二維成像。因此為更好的進行動態(tài)聚焦，焊縫相控陣裝置就需依照波束聚特征，針對不同陣元發(fā)射信號，以此達到延遲控制方向的目的。鍋爐制造中各陣元信號經(jīng)過相互延遲及疊加，形成特定方向的反射回波，并以此從根本上提升檢測圖像的實際分辨力，保障鍋爐焊接作業(yè)的精準性。

3 鍋爐制造焊縫相控陣新技術(shù)的實際應(yīng)用

在鍋爐制造焊縫相控陣新技術(shù)中，多晶片探頭以及其他晶片的激勵均由計算機處理系統(tǒng)控制。其中，壓電復(fù)合晶片在接觸到激勵作用時會產(chǎn)生一定的超聲聚焦波束，而此波束內(nèi)的各項參數(shù)也可由計算機軟件進行直接的調(diào)控。由此可見，焊縫相控陣檢測質(zhì)量及效率與常規(guī)檢測技術(shù)相比較高。

3.1 焊縫相控陣模擬仿真軟件

在鍋爐制造焊接期間，經(jīng)常會遇到諸如管座接頭等較為復(fù)雜的焊接工藝，因此應(yīng)用傳統(tǒng)檢測技術(shù)難以做到對焊縫的全面檢測。而應(yīng)用焊縫相控陣新技術(shù)對復(fù)雜焊縫進行檢測時，可應(yīng)用到焊縫相控陣仿真軟件，提升超聲波傳播路徑的可視化程度，并使相關(guān)工作人員能夠更加清楚以及準確的觀測到焊縫具體情況與其在實際焊接過程中存在的問題，對鍋爐制造的焊接進行輔助識別以及缺陷信號的處理及分析，對原有檢測方式進行優(yōu)化及完善，找尋出探頭形狀以及最優(yōu)延遲法則，進而從根本上提升焊縫相控陣新技術(shù)在實際應(yīng)用過程中的高效性。

3.2 焊縫相控陣檢測及視圖

鍋爐制造焊縫相控陣新技術(shù)內(nèi)部掃查裝置的移動及相控陣波束方向組合成了其特殊的掃查方式。由此可見，在鍋爐制作期間選擇適當?shù)膾卟榉绞娇蓸O大程度上檢測缺陷，并對其進行定量。在焊縫相控陣新技術(shù)中，主要采用線性掃描方式，依照一條線性路徑對焊縫進行進一步掃描，將所有數(shù)據(jù)均沿著單一的軸進行匯總時，需使用相應(yīng)的掃描編碼裝置。值得注意的是，線性掃查裝置應(yīng)結(jié)合鍋爐制造要求及焊接工藝的實際內(nèi)容調(diào)節(jié)其掃差速度、掃查軸以及編碼裝置的實際分辨率。

舉例而言，在對某一亞臨界機組鍋爐焊縫進行檢測時，可將鍋爐制造焊縫相控陣新技術(shù)應(yīng)用在鍋爐內(nèi)汽包安全閥、蒸汽管道以及再熱管道的焊縫檢測上，并對所發(fā)現(xiàn)的缺陷部位進行及時記錄以及全面分析，基于實際檢測結(jié)果及其具體成像情況，對焊縫缺陷處進行及時的維護。

4 鍋爐制造焊縫相控陣新技術(shù)與常規(guī)技術(shù)的對比分析

在鍋爐制造焊接過程中，焊縫可具有多種結(jié)構(gòu)特征，由于部分焊縫在鍋爐實際運行期間會產(chǎn)生一定的交變應(yīng)力作用，因此在實際焊接期間會因焊接疲勞而產(chǎn)生擴展效應(yīng)。隨著鍋爐運行時間的逐漸延長，擴展效應(yīng)也會逐漸演變?yōu)殚_裂甚至是裂縫，大大提升了鍋爐的運行風險性。但就目前來看，對于鍋爐制造中擴展效應(yīng)的檢測依然是一個難點。原有檢測技術(shù)在實際應(yīng)用過程中檢測手段較為復(fù)雜，因此應(yīng)用焊縫相控陣新技術(shù)已然成為相關(guān)工作人員關(guān)注的重點。

4.1 鍋爐制造焊縫常規(guī)檢測技術(shù)應(yīng)用局限性

在鍋爐制造焊縫的常規(guī)檢測技術(shù)應(yīng)用期間無法準確的檢測較為復(fù)雜的焊縫結(jié)構(gòu)，同時受到結(jié)構(gòu)曲壁、壁厚等因素的影響，其在實際檢測期間也會出現(xiàn)信號識別難度較大，缺陷位置定位較為困難等問題，難以從根本上保障焊縫的質(zhì)量，造成鍋爐后期運行風險性較高。

4.2 鍋爐制造焊縫相控陣新技術(shù)的優(yōu)質(zhì)

相較于常規(guī)焊縫檢測技術(shù)相比，鍋爐制造焊縫相控陣新技術(shù)主要具有以下優(yōu)勢：第一，具有更大的掃描范圍以及多角度的選擇，并可覆蓋到常規(guī)檢測技術(shù)中覆蓋不到的位置，其實際的檢測盲區(qū)較??；第二，鍋爐制造焊縫相控陣新技術(shù)可對缺陷部位成像，并可清楚的看到缺陷信息位置以及圖像特征，從而更好的判斷出缺陷類型以及成因；第三，利用鍋爐制造焊縫相控陣新技術(shù)內(nèi)部的分層聚焦方式或特定部位聚焦方式，也可在原有基礎(chǔ)上提升焊縫缺陷檢測效率，并以此實現(xiàn)點面聚焦。

與此同時，在鍋爐制造焊縫相控陣新技術(shù)中也實現(xiàn)了超聲波聲束角度、焦距以及焦點的尺寸控制，因此從一定角度而言，鍋爐制造焊縫相控陣新技術(shù)與常規(guī)檢測技術(shù)相比，具有以下特征。

鍋爐制造焊縫相控陣新技術(shù)下所生成的聲束角度以及聚焦深度調(diào)控，可更好的進行復(fù)雜鍋爐結(jié)構(gòu)以及盲區(qū)缺陷的檢測；第二，基于局部晶片可對焊接過程中聲場進行全方位控制，并可有效提升電子掃描的效率，實現(xiàn)對裂縫的高速以及全方位檢測；第三，通過同一脈沖電壓來驅(qū)動陣列單元，其聲場強度也遠超過了常規(guī)焊縫檢測技術(shù)，切實提升了檢測頻率。

5 鍋爐制造焊縫相控陣新技術(shù)前景分析

鍋爐制造焊縫相控陣新技術(shù)具有檢測精度高、缺陷成像分辨率高以及定位準確等優(yōu)勢，因此被大量應(yīng)用在復(fù)雜焊縫的實際檢測過程中，對提高設(shè)備的無損檢測具有重要的意義。現(xiàn)階段鍋爐制造焊縫相控陣新技術(shù)也可被應(yīng)用在其他設(shè)備的檢測中，諸如小管徑焊縫檢測及縱向型葉根檢測等。其中，鍋爐制造焊縫相控陣新技術(shù)可小徑管道進行高效的無損害檢測，降低漏檢效率，實現(xiàn)各類檢測信息的存儲。而縱樹型檢測則基于葉根及葉神的變化，將鍋爐制造焊縫相控陣探頭放置與葉片的相應(yīng)位置，從而進行高效的扇形掃查，提升實際檢測效率。

6 結(jié)語

總而言之，鍋爐制造中焊縫相控陣新技術(shù)能夠依據(jù)波束方向以及焦距的變換，提升焊縫檢測結(jié)果的準確性以及自適應(yīng)性。其中，焊縫相控陣新技術(shù)也可有效檢測各類直徑及厚度的鍋爐，為保障鍋爐平穩(wěn)運行，提升鍋爐使用年限奠定了堅實的基礎(chǔ)。因此為充分發(fā)揮出焊縫相控陣新技術(shù)的積極作用，要求相關(guān)工作人員能夠認清該項技術(shù)在實際應(yīng)用期間的難點及注意事項，結(jié)合鍋爐制造的具體要求，提升焊縫相控陣技術(shù)在實施期間的經(jīng)濟效益及安全效益。