電站鍋爐管道彎頭超聲波相控陣檢測

余道國

(機械工業第六設計研究院，河南 鄭州 450007)

1 問題的提出

缺陷定性定量檢測一直是超聲波技術的難點，近年來，隨著超聲波衍射時差法 TOFD(Time of Flight Diffraction Technique)檢測技術和超聲波相控陣檢測技術不斷發展，對于缺陷定性定量檢測提供了更多的手段，為現場檢測中的缺陷性質的判定、缺陷大小位置的確定提供了更為可靠的檢測手段。

2009年4月，在某300 MW電站鍋爐定期檢驗過程中，發現省煤器至汽包聯絡管彎頭存在超標反射信號，通過傳統的A型脈沖反射回波法檢測，不能完全確定缺陷的存在。鑒于此管道工作壓力高達19.7 MPa，管道彎頭是否存在超標缺陷，關系到機組的安全運行和此次大修的檢修工期，因此，使用TOFD檢測技術對該缺陷進行了復檢，通過TOFD檢測后，也無法檢測出缺陷。最后使用相控陣探傷儀進行復檢可清晰地檢測出缺陷并能對缺陷做出準確判斷。下面詳細分析A型脈沖反射回波法、TOFD檢測技術、相控陣檢測技術對缺陷的檢測結果，圖1為被檢測彎頭及其現場情況。

圖1 被檢測的彎頭

2 A型脈沖反射回波法檢測

采用常規A型脈沖反射回波法對該彎頭正弧面進行檢測，發現共有3處回波反射，回波游動范圍較大，回波深度定位如圖2所示。

圖2 A掃描檢測推測結果

3處缺陷反射回波的對側反射強度很低，約下降了14 dB。據此推測有2種可能:一是該缺陷具有一定角度，并非垂直于底面;二是彎頭內表面由于制造原因產生一個小傾斜臺階，類似焊縫中的錯口，不能完全確定缺陷的情況。

3 超聲波衍射時差法(TOFD)檢測

采用TOFD檢測方法對該區域檢測，未發現明顯的缺陷波。TOFD檢測儀器有一部分數據沒有記錄完全，這主要是由于檢測現場條件比較差，無法很好地實現TOFD探頭架的掃查，現場條件不是很適合TOFD檢測，從掃查圖像中未發現明顯的缺陷，該缺陷很有可能處于TOFD檢測的盲區中，這一點得到了相控陣檢測結果的驗證。

4 超聲波相控陣檢測

超聲波相控陣探傷儀通過電子的方式控制超聲波入射角度，使超聲波以扇形面的形式入射到被檢測工件中，這樣，能極大地提高超聲波在工件中的覆蓋面。相控陣探傷儀能夠同時顯示各角度超聲回波信號［1］，通過分析各角度超聲回波信號，綜合分析工件的內部缺陷，有利于缺陷的定性判斷［2］。

對缺陷相控陣復檢用的儀器為GE檢測科技公司的相控陣探傷儀Phasor XS，探頭為16晶片相控陣探頭，扇形掃查角度范圍為40°～70°。

通過相控陣探傷儀掃查，能很快找到A型脈沖反射法要找的缺陷，顯示的缺陷信號如圖3所示。從圖3中可以看出，缺陷位于工件下表面，從信號的強度與位置分析，缺陷為內表面開口缺陷，45°超聲波入射得到的反射信號最強，相控陣左、右移動，發現該缺陷的長度為6～8 mm。為了得到更多缺陷信息，相控陣探頭往后移動，發現缺陷信號一直顯示且一直往上表面發展，檢測到缺陷的最強超聲波信號角度為42°～52°，圖4為探頭在向后移動過程不同位置動態顯示出來的缺陷信號。根據缺陷顯示圖像，可判斷缺陷為彎頭內表面開口且一直向外表面延伸，有一定傾角的面積狀缺陷，傾斜角度為42°～52°，長度為6～8 mm，缺陷自身高度大于20 mm，缺陷上端接近外表面。

圖3 相控陣檢測結果圖

圖4 探頭在不同位置時的缺陷動態顯示圖

從以上分析的檢測結果來看，A型脈沖反射法檢測時有3個回波信號，主要是該面狀缺陷并非為一固定傾斜角度，因此，用一固定角度的探頭進行檢測時，缺陷回波信號并不穩定，很容易誤判為單個缺陷，而相控陣探傷儀能同時顯示各角度的回波信號，因而能顯示穩定缺陷信號。缺陷下端為下表面而上端點接近上表面，均在TOFD檢測的盲區范圍內，因而通過TOFD檢測時無明顯的缺陷信號。

4 結束語

從相控陣探傷儀對汽包聯絡管彎頭檢測的結果可以看出，相控陣探傷儀以扇形聲束入射，并以圖像的形式同時顯示各角度超聲回波信息，可極大地提高檢測效率。更為重要的是，它能同時顯示各角度超聲回波信息非常有助于對缺陷的判斷，提高缺陷判斷準確性與可靠性。

［1］李衍.相控陣超聲檢測國際動態［J］.無損檢測，2009，31(1):56－60.

［2］劉長福.超聲波相控陣技術原理及特點［J］.河北電力技術，2008(3):29－31.

［3］王新陽.小徑管焊接接頭超聲波檢測分析［J］.華電技術，2009，31(11):30 －31.