電站鍋爐管道彎頭超聲波相控陣檢測

余道國

(機(jī)械工業(yè)第六設(shè)計(jì)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(shù)的難點(diǎn)，近年來，隨著超聲波衍射時(shí)差法 TOFD(Time of Flight Diffraction Technique)檢測技術(shù)和超聲波相控陣檢測技術(shù)不斷發(fā)展，對于缺陷定性定量檢測提供了更多的手段，為現(xiàn)場檢測中的缺陷性質(zhì)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(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)省煤器至汽包聯(lián)絡(luò)管彎頭存在超標(biāo)反射信號，通過傳統(tǒng)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(dá)19.7 MPa，管道彎頭是否存在超標(biāo)缺陷，關(guān)系到機(jī)組的安全運(yùn)行和此次大修的檢修工期，因此，使用TOFD檢測技術(shù)對該缺陷進(jìn)行了復(fù)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(jìn)行復(fù)檢可清晰地檢測出缺陷并能對缺陷做出準(zhǔn)確判斷。下面詳細(xì)分析A型脈沖反射回波法、TOFD檢測技術(shù)、相控陣檢測技術(shù)對缺陷的檢測結(jié)果，圖1為被檢測彎頭及其現(xiàn)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(guī)A型脈沖反射回波法對該彎頭正弧面進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)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(jié)果

3處缺陷反射回波的對側(cè)反射強(qiáng)度很低，約下降了14 dB。據(jù)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(nèi)表面由于制造原因產(chǎn)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(shí)差法(TOFD)檢測

采用TOFD檢測方法對該區(qū)域檢測，未發(fā)現(xiàn)明顯的缺陷波。TOFD檢測儀器有一部分?jǐn)?shù)據(jù)沒有記錄完全，這主要是由于檢測現(xiàn)場條件比較差，無法很好地實(shí)現(xiàn)TOFD探頭架的掃查，現(xiàn)場條件不是很適合TOFD檢測，從掃查圖像中未發(fā)現(xiàn)明顯的缺陷，該缺陷很有可能處于TOFD檢測的盲區(qū)中，這一點(diǎn)得到了相控陣檢測結(jié)果的驗(yàn)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(shí)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(nèi)部缺陷，有利于缺陷的定性判斷［2］。

對缺陷相控陣復(fù)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(qiáng)度與位置分析，缺陷為內(nèi)表面開口缺陷，45°超聲波入射得到的反射信號最強(qiáng)，相控陣左、右移動，發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)缺陷信號一直顯示且一直往上表面發(fā)展，檢測到缺陷的最強(qiáng)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(tài)顯示出來的缺陷信號。根據(jù)缺陷顯示圖像，可判斷缺陷為彎頭內(nèi)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(jié)果圖

圖4 探頭在不同位置時(shí)的缺陷動態(tài)顯示圖

從以上分析的檢測結(jié)果來看，A型脈沖反射法檢測時(shí)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(jìn)行檢測時(shí)，缺陷回波信號并不穩(wěn)定，很容易誤判為單個缺陷，而相控陣探傷儀能同時(shí)顯示各角度的回波信號，因而能顯示穩(wěn)定缺陷信號。缺陷下端為下表面而上端點(diǎn)接近上表面，均在TOFD檢測的盲區(qū)范圍內(nèi)，因而通過TOFD檢測時(shí)無明顯的缺陷信號。

4 結(jié)束語

從相控陣探傷儀對汽包聯(lián)絡(luò)管彎頭檢測的結(jié)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(shí)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(shí)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(zhǔn)確性與可靠性。

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

［2］劉長福.超聲波相控陣技術(shù)原理及特點(diǎn)［J］.河北電力技術(shù)，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(shù)，2009，31(11):30 －31.