鍋爐制造焊縫相控陣新技術(shù)的應(yīng)用分析

焦瑞華

（太原鍋爐集團(tuán)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(duì)鍋爐后期安全與平穩(wěn)運(yùn)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(wèn)題，無(wú)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(cè)效率，并對(duì)及時(shí)處理焊縫缺陷，確保鍋爐安全運(yùn)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(gè)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(lái)調(diào)節(jié)陣元相位以及超聲波的實(shí)際強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)焦點(diǎn)位置以及聚焦方向等動(dòng)態(tài)化調(diào)節(jié)目標(biāo)，進(jìn)行聚焦式相控；接受相控主要就是發(fā)射相控的逆過(guò)程，與發(fā)射相控相同，均是利用較為先進(jìn)的電子技術(shù)，從而對(duì)加工后的信號(hào)進(jìn)行相控處理，準(zhǔn)確獲取到信號(hào)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(duì)焊縫或某一物體進(jìn)行成像，因此要求檢測(cè)設(shè)備具有聲束掃描的功能。現(xiàn)階段被廣泛應(yīng)用到的掃描技術(shù)分為機(jī)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(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，通過(guò)一定控制換能裝置以及其中陣元激勵(lì)，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(dá)到聚焦點(diǎn)以及聲束變化方向的實(shí)時(shí)檢測(cè)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(shí)間可隨著時(shí)間的推移出現(xiàn)一定的動(dòng)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(dòng)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(shí)間上的變化，用以控制及延遲實(shí)際偏移角度與焦點(diǎn)。同時(shí)，在焊縫相控陣新技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，焦點(diǎn)的轉(zhuǎn)移也可實(shí)現(xiàn)二維成像。因此為更好的進(jìn)行動(dòng)態(tài)聚焦，焊縫相控陣裝置就需依照波束聚特征，針對(duì)不同陣元發(fā)射信號(hào)，以此達(dá)到延遲控制方向的目的。鍋爐制造中各陣元信號(hào)經(jīng)過(guò)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(cè)圖像的實(shí)際分辨力，保障鍋爐焊接作業(yè)的精準(zhǔn)性。

3 鍋爐制造焊縫相控陣新技術(shù)的實(shí)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(lì)均由計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)控制。其中，壓電復(fù)合晶片在接觸到激勵(lì)作用時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的超聲聚焦波束，而此波束內(nèi)的各項(xiàng)參數(shù)也可由計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行直接的調(diào)控。由此可見(jiàn)，焊縫相控陣檢測(cè)質(zhì)量及效率與常規(guī)檢測(cè)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(huì)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(cè)技術(shù)難以做到對(duì)焊縫的全面檢測(cè)。而應(yīng)用焊縫相控陣新技術(shù)對(duì)復(fù)雜焊縫進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，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(zhǔn)確的觀測(cè)到焊縫具體情況與其在實(shí)際焊接過(guò)程中存在的問(wèn)題，對(duì)鍋爐制造的焊接進(jìn)行輔助識(shí)別以及缺陷信號(hào)的處理及分析，對(duì)原有檢測(cè)方式進(jìn)行優(yōu)化及完善，找尋出探頭形狀以及最優(yōu)延遲法則，進(jìn)而從根本上提升焊縫相控陣新技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中的高效性。

3.2 焊縫相控陣檢測(cè)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(dòng)及相控陣波束方向組合成了其特殊的掃查方式。由此可見(jiàn)，在鍋爐制作期間選擇適當(dāng)?shù)膾卟榉绞娇蓸O大程度上檢測(cè)缺陷，并對(duì)其進(jìn)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(duì)焊縫進(jìn)行進(jìn)一步掃描，將所有數(shù)據(jù)均沿著單一的軸進(jìn)行匯總時(shí)，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(shí)際內(nèi)容調(diào)節(jié)其掃差速度、掃查軸以及編碼裝置的實(shí)際分辨率。

舉例而言，在對(duì)某一亞臨界機(jī)組鍋爐焊縫進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，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(cè)上，并對(duì)所發(fā)現(xiàn)的缺陷部位進(jìn)行及時(shí)記錄以及全面分析，基于實(shí)際檢測(cè)結(jié)果及其具體成像情況，對(duì)焊縫缺陷處進(jìn)行及時(shí)的維護(hù)。

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

在鍋爐制造焊接過(guò)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(shí)際運(yùn)行期間會(huì)產(chǎn)生一定的交變應(yīng)力作用，因此在實(shí)際焊接期間會(huì)因焊接疲勞而產(chǎn)生擴(kuò)展效應(yīng)。隨著鍋爐運(yùn)行時(shí)間的逐漸延長(zhǎng)，擴(kuò)展效應(yīng)也會(huì)逐漸演變?yōu)殚_(kāi)裂甚至是裂縫，大大提升了鍋爐的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)性。但就目前來(lái)看，對(duì)于鍋爐制造中擴(kuò)展效應(yīng)的檢測(cè)依然是一個(gè)難點(diǎn)。原有檢測(cè)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中檢測(cè)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(diǎn)。

4.1 鍋爐制造焊縫常規(guī)檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用局限性

在鍋爐制造焊縫的常規(guī)檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用期間無(wú)法準(zhǔn)確的檢測(cè)較為復(fù)雜的焊縫結(jié)構(gòu)，同時(shí)受到結(jié)構(gòu)曲壁、壁厚等因素的影響，其在實(shí)際檢測(cè)期間也會(huì)出現(xiàn)信號(hào)識(shí)別難度較大，缺陷位置定位較為困難等問(wèn)題，難以從根本上保障焊縫的質(zhì)量，造成鍋爐后期運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)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(cè)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(shì)：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(cè)技術(shù)中覆蓋不到的位置，其實(shí)際的檢測(cè)盲區(qū)較小；第二，鍋爐制造焊縫相控陣新技術(shù)可對(duì)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(cè)效率，并以此實(shí)現(xiàn)點(diǎn)面聚焦。

與此同時(shí)，在鍋爐制造焊縫相控陣新技術(shù)中也實(shí)現(xiàn)了超聲波聲束角度、焦距以及焦點(diǎn)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(cè)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(jìn)行復(fù)雜鍋爐結(jié)構(gòu)以及盲區(qū)缺陷的檢測(cè)；第二，基于局部晶片可對(duì)焊接過(guò)程中聲場(chǎng)進(jìn)行全方位控制，并可有效提升電子掃描的效率，實(shí)現(xiàn)對(duì)裂縫的高速以及全方位檢測(cè)；第三，通過(guò)同一脈沖電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)陣列單元，其聲場(chǎng)強(qiáng)度也遠(yuǎn)超過(guò)了常規(guī)焊縫檢測(cè)技術(shù)，切實(shí)提升了檢測(cè)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(cè)精度高、缺陷成像分辨率高以及定位準(zhǔn)確等優(yōu)勢(shì)，因此被大量應(yīng)用在復(fù)雜焊縫的實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中，對(duì)提高設(shè)備的無(wú)損檢測(cè)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(cè)中，諸如小管徑焊縫檢測(cè)及縱向型葉根檢測(cè)等。其中，鍋爐制造焊縫相控陣新技術(shù)可小徑管道進(jìn)行高效的無(wú)損害檢測(cè)，降低漏檢效率，實(shí)現(xiàn)各類檢測(cè)信息的存儲(chǔ)。而縱樹(shù)型檢測(cè)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(jìn)行高效的扇形掃查，提升實(shí)際檢測(cè)效率。

6 結(jié)語(yǔ)

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(cè)結(jié)果的準(zhǔn)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(cè)各類直徑及厚度的鍋爐，為保障鍋爐平穩(wěn)運(yùn)行，提升鍋爐使用年限奠定了堅(jiān)實(shí)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(rèn)清該項(xiàng)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用期間的難點(diǎn)及注意事項(xiàng)，結(jié)合鍋爐制造的具體要求，提升焊縫相控陣技術(shù)在實(shí)施期間的經(jīng)濟(jì)效益及安全效益。