超聲無損檢測在承壓類設備檢測中的應用

摘要：無損檢測技術因其具有對檢測對象無損傷，檢測范圍廣、深度大，對人體無害，定位準確等優點，近年來在航空航天、電子、化工等許多重要領域得到了廣泛應用。文章重點探討了超聲無損檢測技術在承壓類特種設備（鍋爐、壓力容器、壓力管道）檢測中的應用，并分析了存在的問題及其發展趨勢。

關鍵詞：承壓類特種設備；無損檢測；超聲無損檢測技術；焊縫檢測

中圖分類號：TG115 文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2012）03-0081-02

一、相關概念

所謂特種設備即那些與生命安全密切相關，具有較大危險性的設施，例如起重機械、鍋爐、各種壓力容器、電梯、大型游樂設施、壓力管道等。其中承壓類特種設備主要是指鍋爐、壓力容器和壓力管道三

大類。

無損檢測技術（NON-Destructive Testing，簡稱NDT），又稱非破壞檢查技術或非破壞性檢測，是利用物質中因有缺陷或組織結構上的差異存在而會使其某些物理性質的物理量發生變化的現象，以不使被檢查物使用性能及形態受到損傷為前提，通過一定的檢測手段來檢測或測量、顯示和評估這些變化，從而了解和評價材料、產品、設備構件直至生物等的性質、狀態或內部結構等。生動地講，在我們日常生活中，中醫用診脈的方式為病人判斷病情，顧客用手拍擊西瓜判斷其是否成熟，這便是最簡單的“無損檢測”。無損檢測技術最突出的特點是“無損傷”，它是一門新興的綜合性技術，近年來在電子、化工航天航空、船舶、特種設備檢測等領域均得到了廣泛

應用。

工業上較常用的無損檢測方法主要有五種：超聲檢測、滲透檢測、射線探傷、渦流檢測、磁粉檢測。其中超聲無損檢測是利用反射器和接收器等電子儀器提取超聲信息，然后進行分析和推斷。超聲檢測技術具有適用范圍廣，檢測深度大，方便快捷，對人體無害，成本低等許多優點，但因其是先提取后分析，所以檢測結果具有間接性和統計性，即檢出結果存在重復率、漏檢率等問題。

二、超聲無損檢測技術在承壓類特種設備焊縫檢測中的應用

超聲無損檢測技術的工作原理，是將超聲波應用于薄到厚、由表及里的缺陷信息采集，檢查焊縫內部質量，若測得壁厚小于容器最小壁厚時，應重新進行強度校核，提出降壓使用或修理措施。超聲無損檢測對缺陷定量評價迅速，現場檢查容易、解析方便、自動化程度高，這一技術成為目前國內外應用最廣泛、使用頻率最高且發展較快的一種無損檢測技術。超聲檢測適用于板材、復合板材、碳鋼和低合金鋼鍛件、管材、棒材、奧氏體不銹鋼鍛件等鍋爐、壓力容器及壓力管道原材料和零部件的檢測；也適用于鍋爐、壓力容器及壓力管道對接焊縫、T型焊縫、角焊縫以及堆焊層等的檢測。本文僅以焊縫檢測為例進行分析。

（一）超聲檢測的一般過程

超聲檢測一般分六個步驟進行：

1．準備階段。按相關標準的規定來選擇檢測時機；確保檢測面的被檢部分能得到充分檢查；去除影響超聲檢測效果的因素，如銹蝕，污物等。

2．檢查探頭，探頭的掃查覆蓋率應大于探頭直徑15%，以盡可能地掃查到工件的整個被查區域。

3．探頭的掃查速度應保持在150mm/s以內，但如果采用自動報警裝置則省去這一環節的工作。

4．對靈敏度進行掃查，應不得低于基準靈敏度。

5．選用機油、甘油等透生性好且安全的耦合劑。

6．靈敏度補償。

（二）掃查探測和缺陷判別

一般采用鋸齒型掃查方式在焊縫的兩側進行掃查，掃查齒距應小于晶片寬度的1/2。如有缺陷回波顯示則前后左右進行轉動，環繞缺陷對其進行準確定位、定量和定性。利用二次波對焊縫上部缺陷進行探測，利用一次波和三次波對焊縫下部缺陷進行探測。

缺陷位置的判定：

若壁厚小于15毫米，以缺陷的水平距離的位置判別缺陷。見表1：

2．若壁厚大于15毫米，按照常規的中厚板對接焊縫探傷方法進行缺陷判定。如下：

如果L≤LF≤L+a/2，則缺陷在靠近探頭側，如果L+a/2≤LF≤L+a，則在遠離探頭側的焊縫中。如果LF≤L或者LF≥L+a，則缺陷沒有在焊縫中，而可能是熱影響區的裂紋。其中：L是入射點到焊縫邊緣的距離；LF是缺陷的長度；a表示焊縫的寬度。

在檢測過程中應注意的問題有：（1）為了減少厚度小于8mm的薄壁的幾何形狀對超聲波的影響，提高檢測準確率，要求探頭前沿距離小，k值適當取大。（2）對于薄壁管，盡量選用高頻大k值短前沿小徑管探頭，有利于減少探測時上下管壁的幾何反射波，有利于提高超聲波的指向性。（3）采用單面雙側一、二次波和三次波。這樣是為了更有效地發現和檢出缺陷。

三、承壓類特種設備超聲無損檢測技術應用存在的問題及發展前景

如何提高檢測結果的可靠性，更加精確地分析檢測的可能性，這是超聲檢測技術應用中存在的最主要的問題。超聲無損檢測技術在發展趨勢上包括以下幾個方面：

首先，計算機控制自動超聲檢測系統的應用越來越普遍。隨著工業技術的發展，對鍋爐等設備的要求也越來越高，因而對無損檢測技術提出了更高精度，更高速度以及更高分辨率等要求，由于人工因素的諸多限制性，超聲檢測設備的自動掛和儀器的計算機化就成為了主要發展方向。

其次，數字式和智能型超聲探傷儀融合到儀器中。近年來研發的計算機插板式超聲探傷儀，將探傷儀做成計算機插板，使通用的計算機成為超聲檢測儀器，提高性能價格比。目前所有的測量儀器均配備數字化功能，數字式儀器將超聲信號處理的研究成果融合到儀器中，例如應用缺陷模式識別、模糊聚類技術等，逐步使超聲檢測向實現智能化邁進。

再次，超聲成像技術的應用。超聲成像檢測以超聲C掃描為主，同時還有B掃、P掃、準三維現實。超聲成像通過圖像顯示檢測結果，直觀性好，檢測精度也高。成像方式有超聲綜合孔徑聚焦成像、振幅距離聚焦成像、超聲計算機層析成像等各種成像設備。手動超聲成像檢測方法與技術由于有更大的機動性和適用性，已經日益受到重視。

最后，各種專業軟件的應用。隨著計算機軟件的不斷開發，超聲檢測系統融合了軟件的計算功能，正在朝著通用型和實用型的方向發展，計算速度和精度逐漸得到提高。

四、結語

總的來說，無損檢測技術應盡量實現自動化和智能化，盡可能減少人為因素；在檢測時盡量不影響正常工作，減少輔助性工作；力求實現在線檢測和評價。超聲無損檢測技術已經在承壓類特種設備檢驗中做出了突出貢獻，在工作實踐中我們應不斷加強對檢驗技術和方法的研究，不斷提高其應用水平，促進承壓類特種設備檢驗工作的發展。

作者簡介：張金穎，男，江西萬載人，供職于宜春市特種設備監督檢驗中心，研究方向：無損檢測、承壓類特種設備。

（責任編輯：趙秀娟）