壓力容器超聲檢測系統功能研究

聶秀波 徐曉龍 盧振優

摘要：壓力容器在進行工作期間，如果能夠通過無損檢測技術對設備進行監控，就能夠提前發現設備材質和焊接結構內存在的缺陷，在設備運行中及時檢測出有無缺陷發生惡化、是否有新的裂紋出現，從而能夠保證所有工作設備的安全運行。

關鍵詞：壓力容器;超聲檢測;研究分析

采用縱波信號來判斷缺陷和通過縱波波速來計算缺陷的位置，就不易與速度較慢的橫波信號相混淆，檢測結果發生差錯的幾率幾乎為零。

1.超聲檢測頻率選擇

超聲波檢測對缺陷的識別能力在很大程度上取決于超聲波頻率的選擇，頻率的選擇至關重要，必須根據具體的檢測環境合理的地選擇。頻率越高，波長越短，超聲聲束較窄，會減小擴張角，能量會集中，較高的頻率能夠增強超聲波的穿透力和提高聲束指向性，具有較高的分辨力，因而能夠發現較小的缺陷，而且缺陷定位準確。但是頻率越高，超聲波的衰減越強，而且掃查范圍比較小，只能檢測出聲束軸線周邊的缺陷，因而降低了檢測效率。對于粗糙的檢測面，高頻聲波會發生較大的散射，散射過程引起的彈性波能量傳播方向與入射波不重合，因此很難射入被檢工件。當頻率過高或金屬晶粒太大時，超聲波的波長會與晶粒大小相當甚至小于晶粒大小，此時超聲能量衰減非常明顯，超聲波難以穿透被檢工件。較低的頻率又會降低系統對缺陷的識別能力。

超聲檢測中聲束能量的衰減限制了超聲頻率的上限值;超聲檢測靈敏度，聲束指向性和脈沖寬度等共同決定了超聲頻率的下限值，因此必須根據這些現有檢測條件合理的選擇檢測頻率。由于壓力容器缺陷檢測要求非常高，缺陷靈敏度一般低于0.5mm，因此需要選擇較高的頻率（選為15MHz）。

2.超聲檢測系統要求

在對壓力容器進行超聲檢測時，為了實現高效率、高精度的檢測結果，需要對整個超聲檢測系統進行一系列的技術控制，如下是超聲檢測時的幾點通用要求：

2.1超聲探頭的要求

對曲面構件進行超聲探傷時，由于超聲信號的發射和接收過程比較麻煩，對超聲探頭的要求比規則平面高很多。工件結構形狀容易造成超聲波的散射或聚焦，這樣信號會產生較大的衰減，超聲探頭主要包括增益、信噪比、探頭晶片尺寸、超聲探頭的晶片等幾個要素。在超聲檢測時，對于75mm以下的工件，材料是鐵素體鋼時可參照相關標準選擇合適的探頭，但奧氏體及其它有著高衰減性的材料，則需要加大晶片的尺寸以及減小探頭的公稱頻率。對于75mm以上的工件則必須通過探頭組合的方法進行檢測。

2.2對工件型面的跟蹤

在超聲檢測時，為了不發生漏檢，需要對工件表面進行型面跟蹤。如果被檢工件的表面是平面或近似平面，探頭檢測路徑較為簡單，但工件表面形狀較為復雜時，工件表面會造成超聲聲束的聚焦或發散。因此，在對壓力容器進行超聲檢測時掃查器需要能夠對工件型面進行跟蹤。

2.3檢測靈敏度的控制

在對工件進行超聲檢測之前，需要在標準試塊上對系統的靈敏度進行調節，調節后的靈敏度用作工件檢測的依據，但對于形狀不是很規則的工件，因為工件上不同點間的聲能量衰減不同，不應該使用相同的檢測靈敏度。用脈沖反射法進行檢測時，常用偽彩色表示檢測結果，不同的幅值選用不同的顏色來表示，這樣可以直接通過顏色的變化來獲取聲衰減信息。設置好調色板顏色后，通過顏色判斷檢測圖像中人工缺陷的大小是否與真實缺陷大小一致，如果一致就可以用作檢測靈敏度，如果檢測缺陷尺寸比實際值大，則應該通過提高超聲增益來改善靈敏度，反之亦然。

3.超聲圖像軟件功能

整個超聲掃描檢測過程都是通過掃描軟件來管理控制的，它是整個檢測系統的中心，因此掃描軟件管理功能的完善性直接決定了掃查系統的性能，好的掃描軟件應該包含如下功能。

（1）數據采集，數據采集功能主要記錄被檢工件各個掃描點的超聲波幅度值與渡越時間，為了對缺陷進行分析，還應該記錄掃描點的A方式掃描波形。

（2）設置檢測參數功能，其主要是根據不同需求對整個檢測系統進行不同的參數設置，所需設置部分包括打印機、機械運動控制系統、高速超聲信號采集卡、探傷儀檢測等。

（3）數據庫管理，該功能對數據的分析提供了很大方便，它主要是進行項目管理、數據檢索、備份歷史檢測數據和操作的記錄等。

（4）掃描波形處理，該功能主要是對掃描檢測波形進行各種處理以方便識別，它主要包括噪聲濾除功能、小波分析功能、波形幾何變換功能、波形分析功能等等。

（5）圖像處理，超聲檢測的核心就是圖像處理，超聲檢測信號中含有多種噪聲和缺陷信號，有時必須對檢測圖像進行各種復雜處理才能獲得準確的缺陷信息，該功能主要包括A、B、C三種成像功能、調色板顏色設置功能、缺陷邊緣銳化功能、聲像組合和對圖像進行各種幾何處理等功能。

結論

綜上所述，本文根據壓力容器的特點選擇了對其檢測時所用的方法，重點對超聲檢測要求作了分析，分析如何選擇超聲探頭和其檢測位置。進而解決了超聲檢測方法中存在的檢測精度低、檢測效率低、勞動強度大等問題。

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（山東海洋環保設備有限公司）