數(shù)字超聲波探傷掃描技術(shù)在鍋爐檢測中的應(yīng)用

熊能

摘 要：鍋爐在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用非常普遍，多用于高溫高壓的條件下，其質(zhì)量可靠性關(guān)系到生產(chǎn)的安全性和工作人員的生命，所以鍋爐的質(zhì)量檢測工作在鍋爐生產(chǎn)和檢修中是非常重要的。本文對數(shù)字超聲波探傷掃描技術(shù)進(jìn)行了簡單的介紹，然后簡要說明了該技術(shù)在鍋爐探傷檢測中的具體應(yīng)用方法，最后根據(jù)在實(shí)際生產(chǎn)中的表現(xiàn)狀況總結(jié)了數(shù)字超聲波探傷掃描在鍋爐探傷檢測中的優(yōu)勢和不足之處。

關(guān)鍵詞：超聲波；探傷掃描；鍋爐檢測

數(shù)字式超聲波探傷儀是一種便攜式工業(yè)無損探傷儀器，它能夠快速、便捷、無損傷、準(zhǔn)確地進(jìn)行工件內(nèi)部多種缺陷（裂紋、疏松、氣孔、夾雜等）的檢測、定位、評(píng)估和診斷。既可以用于實(shí)驗(yàn)室，也可以用于工程現(xiàn)場。廣泛應(yīng)用在鍋爐、壓力容器、航天、航空[ 1 ]。

一、超聲波探傷技術(shù)的原理

數(shù)字超聲波探傷掃描技術(shù)包括5種不同類型的探測方法：A型超聲波掃描、B型超聲波掃描、C型超聲波掃描、D型超聲波掃描、衍射時(shí)差法。每種方法的基本檢測原理都有不同之處，下面分別做些介紹。

（一）A 型超聲波掃描

A型數(shù)字超聲波探傷掃描技術(shù)主要應(yīng)用了調(diào)幅技術(shù)。該方法的目的是輸出檢測目標(biāo)的二維剖面圖，探傷掃描設(shè)備向被檢測對象發(fā)生超聲波，然后接收其反射波，對反射波進(jìn)行調(diào)幅后顯示在檢測設(shè)備的顯示器上，顯示器有兩個(gè)相互垂直的坐標(biāo)，橫坐標(biāo)代表了鍋爐的深度，縱坐標(biāo)顯示了反射波的振幅。

如果被檢測對象存在缺陷，顯示器上的縱坐標(biāo)就會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的波動(dòng)，然后技術(shù)人員就可以根據(jù)圖像資料進(jìn)行分析得到反射波的一系列性質(zhì)進(jìn)而推斷出被檢測物體的缺陷類型。

（二）B 型超聲波掃描

B型數(shù)字超聲波探傷掃描方法是利用了弧度調(diào)制原理，它的數(shù)據(jù)輸出形式是剖面圖。此剖面圖是由一幀幀的掃描測出的反射波信號(hào)經(jīng)過后期處理得到的，在探測深度方向上鍋爐的內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息都能被超聲波反射出來，探測儀在鍋爐的表面做快速的平行移動(dòng)，以得到不同位置的物體內(nèi)部信息。后期處理即將每一幀反射波信號(hào)進(jìn)行整合得到完整的剖面圖。

（三）C 型超聲波掃描

C型數(shù)字超聲波探傷掃描應(yīng)用的技術(shù)原理是多元線陣掃描。C型超聲波掃描需要有特定的自動(dòng)控制系統(tǒng)，因?yàn)樗怯蒟和Y兩個(gè)方向的檢測組合而成，并且兩個(gè)方向應(yīng)用的測量原理是不同的，X方向的基本原理與B型相同，Y方向則是采用機(jī)械裝置帶動(dòng)檢測探頭移動(dòng)。因此此測量方法需要在接收端設(shè)置專用的控制系統(tǒng)來控制方向選擇開關(guān)。C型超聲波掃描技術(shù)可以直接得到各個(gè)深度的反射波圖像。

（四）D 型超聲波掃描

D型數(shù)字超聲波探傷掃描的測量結(jié)果輸出方式也是剖面圖，但是與B型超聲波掃描不同的是D型輸出的剖面圖是鍋爐的側(cè)面剖面圖。產(chǎn)生這種效果的原理是D型超聲波掃描方法將反射波與發(fā)射波疊加了，因此得到了鍋爐的側(cè)面圖，將B、D兩種掃描方法結(jié)合使用可以得到鍋爐更為全面的信息。

（五）衍射時(shí)差法

相對于前4種掃描方法，衍射時(shí)差法是一種新型的測量方法，基本原理是超聲波的衍射，產(chǎn)生衍射的兩列波是由超聲波脈沖散射得到的。由物理光學(xué)的常識(shí)可以知道光的衍射常用來檢測物體的測量，超聲波衍射同樣也可以用于檢測鍋爐結(jié)構(gòu)缺陷。其表現(xiàn)形式是衍射時(shí)差圖。

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

（一）檢測鍋爐隱蔽角焊縫

影響鍋爐強(qiáng)度的重要因素之一是焊接質(zhì)量，所以要應(yīng)用數(shù)字超聲波探傷掃描技術(shù)對焊縫進(jìn)行精密檢測。檢測過程可以分為四個(gè)部分。首先，根據(jù)鍋爐的體積壁厚等參數(shù)選擇合適的檢測探頭。然后在鍋爐焊接區(qū)域規(guī)劃出探頭移動(dòng)路徑，并在控制系統(tǒng)中輸入路徑控制信息。然后執(zhí)行檢測，檢測過程中注意鍋爐曲面的變化，在不同精度要求區(qū)域選擇適當(dāng)?shù)撵`敏度。最后將得到的檢測波形分析整合，得到鍋爐焊縫不同深度位置的焊接質(zhì)量情況。

（二）內(nèi)壁裂紋檢測

影響鍋爐強(qiáng)度質(zhì)量的另一個(gè)重要因素是爐體內(nèi)部裂紋。焊接和熱處理都可能導(dǎo)致爐體產(chǎn)生細(xì)微裂紋，這些裂紋在高溫高壓環(huán)境中會(huì)加速生長，如果不及時(shí)發(fā)現(xiàn)會(huì)造成嚴(yán)重的事故。超聲波探傷掃描技術(shù)可以對裂紋進(jìn)行全面的檢測，檢測時(shí)采用K1、K3探頭，K1探頭主要用于裂紋的定性檢測，掃描路徑上存在裂紋的話示波器上就會(huì)出現(xiàn)斷交反射曲線。然后使用K3探頭對裂紋處進(jìn)行定量分析，K3探頭可以得到裂紋根部的詳細(xì)數(shù)據(jù)情況，進(jìn)而得到裂紋深度。

三、數(shù)字超聲波探傷技術(shù)相關(guān)問題

（一）數(shù)字超聲波探傷技術(shù)的特點(diǎn)

數(shù)字超聲波探傷掃描具有一些不同于普通檢測方法的特點(diǎn)。

首先，就其應(yīng)用原理來說如果鍋爐裂紋或內(nèi)部缺陷尺寸小于超聲波的波長則檢測就會(huì)失效。

其次，超聲波的方向性很強(qiáng)，且頻率越高方向性越強(qiáng)，在確認(rèn)鍋爐缺陷位置時(shí)能發(fā)揮出高精度。

最后，超聲波能夠高效的傳遞能量，其頻率是普通聲波的1000倍，能量傳播能力是普通聲波的10000倍。

（二）超聲波探傷的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)方面包括兩個(gè)方面。

一是數(shù)字超聲波探傷掃描技術(shù)的靈敏度很高，檢測效率高，因此能夠相對于傳統(tǒng)低效的檢測方法降低了成本[ 2 ]。

二是這種檢測方法對檢測操作人員的負(fù)面影響較小，不會(huì)造成身體損傷。

缺點(diǎn)也包括兩個(gè)方面。

一是數(shù)字超聲波探傷掃描技術(shù)對鍋爐的爐壁平滑度要求較高，一般在檢測之前要對鍋爐檢測區(qū)域表面進(jìn)行專門處理。

二是此方法的檢測輸出結(jié)果不夠直觀，需要具備一定專業(yè)知識(shí)的人員才能看懂波形或者剖面數(shù)據(jù)。

四、總結(jié)

當(dāng)前鍋爐生產(chǎn)要求不斷提高，使用條件更加惡劣，所以鍋爐的缺陷檢測成為質(zhì)量檢測的重要環(huán)節(jié)，數(shù)字超聲波探傷掃描技術(shù)由于其高靈敏度高效率已經(jīng)在鍋爐檢測中廣泛應(yīng)用，將數(shù)字超聲波探傷技術(shù)的五種檢測方法結(jié)合使用能夠更加全面準(zhǔn)確的得到鍋爐內(nèi)部缺陷的詳細(xì)信息，對于指導(dǎo)鍋爐生產(chǎn)維護(hù)具有重大意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 朱磊，王鳳琴.數(shù)字超聲波探傷掃描技術(shù)在鍋爐檢測中的應(yīng)用[J]. 河南科技，2014（06）：42.

[2] 李述亭.鋼材內(nèi)部缺陷超聲波檢測定性分析研究[D].浙江工業(yè)大學(xué)，2013.