超聲波探傷技術(shù)在鍋爐壓力容器檢測中的應(yīng)用

常英魁 齊孝杰 麻國棟 屈剛

海洋工程技術(shù)服務(wù)分公司 天津?yàn)I海 300450

1 超聲波探傷技術(shù)的基本介紹

1.1 超聲波探傷技術(shù)的檢測原理

超聲波的傳播遵循一定的規(guī)律和特點(diǎn)，在均勻介質(zhì)中超聲波的傳遞路徑為直線，而在非均勻介質(zhì)中超聲波與光傳播相似，能夠發(fā)生折射、反射或投射等現(xiàn)象，超聲波傳遞路徑也會發(fā)生顯著變化，通過相關(guān)的儀器收集超聲波的傳播信號，針對收集信息進(jìn)行處理分析，從而判斷鍋爐壓力容器存在的缺陷。

1.2 超聲波探傷方法

目前實(shí)際應(yīng)用中常見的超聲波探傷方法主要有脈沖反射法和共振法兩種，兩種超聲波探傷方法的檢測機(jī)制存在顯著的不同。脈沖反射法顧名思義，即針對鍋爐壓力容器利用超聲波發(fā)射極短時間的脈沖，收集反射回來的脈沖信號，處理分析后判斷鍋爐壓力容器中是否存在缺陷及缺陷的類型，及時實(shí)施針對有效的解決措施；與脈沖反射法相比，共振檢測方法的不足較為明顯，特異性和靈敏性也相對較低，共振法主要是通過分析鍋爐壓力容器與超聲波之間的共振頻率變化進(jìn)行檢測，超聲波能夠在鍋爐壓力容器內(nèi)部進(jìn)行傳播，而起本身的厚度能夠與超聲波產(chǎn)生共振，若鍋爐壓力容器完整性和密閉性良好，則共振頻率則為相同數(shù)值，當(dāng)共振頻率發(fā)生改變后則表明鍋爐壓力容器存在缺陷，此種檢測方法準(zhǔn)確性不高，而且并非所有的被檢測物體均能夠與超聲波產(chǎn)生共振，物體的厚度需大于超聲半波長的整數(shù)倍，因此共振法的應(yīng)用范圍較窄，與缺陷檢測相比更適用于檢測物件的厚度。

2 鍋爐壓力容器檢測中常見事故分析

2.1 鍋爐壓力容器設(shè)備設(shè)置問題

從檢測工作的結(jié)果來看，由于鍋爐壓力容器在高壓環(huán)境下運(yùn)行，因此相關(guān)結(jié)構(gòu)以及設(shè)備在設(shè)計(jì)方面，對強(qiáng)度、剛度進(jìn)行了調(diào)整，確保其符合實(shí)際的使用要求。鍋爐壓力容器設(shè)備類型多樣，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此在使用過程之中，極易發(fā)生鍋爐壓力容器強(qiáng)度不夠或者剛度不足的情況，影響了整改壓力容器的穩(wěn)定性，造成泄漏，對生產(chǎn)人員帶來了極大的人身威脅。

2.2 鍋爐壓力容器異物與輻射問題

在進(jìn)行鍋爐壓力容器檢驗(yàn)的過程之中，檢驗(yàn)人員需要使用管蓋對壓力容器的關(guān)口進(jìn)行密封處理。這是由于鍋爐壓力容器一旦出現(xiàn)密封性下降的問題，將會影響鍋爐的工作效率，對檢測效果的準(zhǔn)確性帶來不利的影響。同時鍋爐壓力容器的密封性如果遭到破壞，將會大大增加異物進(jìn)入壓力容器的機(jī)率，例如較為常見的爐渣、粉塵以及有毒物質(zhì)等，在進(jìn)入到鍋爐壓力容器之中，都會對相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行造成一定影響，帶來不必要的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失，甚至對生產(chǎn)人員的人身安全產(chǎn)生不利影響，造成安全事故的發(fā)生。

2.3 運(yùn)行環(huán)境缺陷與生產(chǎn)不規(guī)范

鍋爐作為一種能力傳遞裝置，在化工領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛，從實(shí)際使用情況來看，鍋爐壓力容器在運(yùn)行過程之中，會出現(xiàn)空間不足以及通風(fēng)不暢等諸多問題，造成鍋爐運(yùn)行環(huán)境的下降，無形之中，制約了鍋爐的生產(chǎn)能力，對于企業(yè)生產(chǎn)成本的調(diào)控帶來了極為不利的影響。

3 超聲波探傷技術(shù)在鍋爐壓力容器檢測中的應(yīng)用

鍋爐壓力容器的制造過程中，由于受到生產(chǎn)工藝與生產(chǎn)技術(shù)等因素的限制，難免會出現(xiàn)一定程度的缺陷，這些缺陷的存在將給鍋爐壓力容器的使用安全留下隱患。鍋爐壓力容器在運(yùn)行的過程中本身承受一定的壓力，如果鍋爐壓力容器存在缺陷（包括制造遺留缺陷和使用過程中產(chǎn)生的缺陷），在應(yīng)力的作用下，缺陷便會擴(kuò)展，最終導(dǎo)致設(shè)備損壞，造成十分嚴(yán)重的后果，因此對在用鍋爐壓力容器進(jìn)行探傷檢測是必要的。

3.1 焊接接頭超聲波檢測

在鍋爐壓力容器中，焊接連接是最為主要的連接形式，在焊接過程中受到各種因素的影響，難免產(chǎn)生缺陷，因此對焊接接頭進(jìn)行探傷檢測十分重要。探傷檢測的過程中，檢測人員應(yīng)該做到細(xì)致而全面，焊接接頭探傷檢測方法主要有深度定位法與水平定位法等。首先，需要選擇適當(dāng)?shù)奶筋^，接管一側(cè)采用一次反射發(fā)和直射法，同時為了保證小管徑內(nèi)壁發(fā)射波的靈敏度和分辨率能夠達(dá)到相應(yīng)的探測條件，需要結(jié)合實(shí)際情況，對于不同壁厚的接管，采用具有針對性的焦距參數(shù)探頭。其次，需要對探傷面進(jìn)行確定。在進(jìn)行橫波檢測之前，應(yīng)當(dāng)對區(qū)域極值進(jìn)行一定程度上的估算，并據(jù)此畫出相應(yīng)的區(qū)域分界圖，然后參照矢量加減法法則，先找到一側(cè)反射探頭移動距離的基準(zhǔn)線，再確定基準(zhǔn)線之后，再對兩倍跨距以內(nèi)的焊接接頭區(qū)域進(jìn)行探測。

3.2 板材超聲波檢測

首先是縱波檢測，所選用的探頭為直徑 2cm 的2.5MHz 直探頭，將其設(shè)置于外圓面，然后運(yùn)用直接接觸法進(jìn)行軸向和周向檢測。其次便是進(jìn)行環(huán)形缺陷橫波檢測，檢測主要選用 K1、K3兩種探頭，分別運(yùn)用這兩種探頭進(jìn)行掃描，將掃描結(jié)果進(jìn)行相互驗(yàn)證。當(dāng)內(nèi)壁之中存在裂紋時，經(jīng)過超聲波探測之后顯示器上便會顯示端角反射曲線，且其沿著壁厚深度方向，其波高接近于實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)備好的試塊參數(shù)。K1與 K3探頭的探測重點(diǎn)具有一定的差異性，K1探頭主要以定性掃描為主，主要作用是探測內(nèi)壁中是否有開口的現(xiàn)象。K1探頭也存在著一定的缺陷，它對裂紋深度的定量測評并不是十分理想；K3探頭的主要作用是對管座進(jìn)行掃描，且以縱向掃描為主。

總之，超聲波探傷技術(shù)是目前廣泛用于檢測鍋爐壓力容器安全性的方法，效果顯著具有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢，超聲波探傷技術(shù)具有分辨率高、定位準(zhǔn)確的特點(diǎn)，能夠快速、精準(zhǔn)地檢測出鍋爐壓力容器的缺陷，方便快捷且操作簡單；但是就實(shí)際檢測操作而言，往往受到多種因素的困擾，進(jìn)而影響最終的檢測質(zhì)量。超聲波檢測技術(shù)作為一種無損檢測技術(shù)，已經(jīng)在工業(yè)領(lǐng)域得到有效推廣應(yīng)用，具體來說，該技術(shù)的優(yōu)勢是傳統(tǒng)檢測手段不能夠比擬的，具有消耗成本低以及掃描精度高等優(yōu)勢。隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，超聲波檢測技術(shù)將會表現(xiàn)出更為強(qiáng)大的生命力。