电站锅炉管道弯头超声波相控阵检测

余道国

(机械工业第六设计研究院，河南 郑州 450007)

1 问题的提出

缺陷定性定量检测一直是超声波技术的难点，近年来，随着超声波衍射时差法 TOFD(Time of Flight Diffraction Technique)检测技术和超声波相控阵检测技术不断发展，对于缺陷定性定量检测提供了更多的手段，为现场检测中的缺陷性质的判定、缺陷大小位置的确定提供了更为可靠的检测手段。

2009年4月，在某300 MW电站锅炉定期检验过程中，发现省煤器至汽包联络管弯头存在超标反射信号，通过传统的A型脉冲反射回波法检测，不能完全确定缺陷的存在。鉴于此管道工作压力高达19.7 MPa，管道弯头是否存在超标缺陷，关系到机组的安全运行和此次大修的检修工期，因此，使用TOFD检测技术对该缺陷进行了复检，通过TOFD检测后，也无法检测出缺陷。最后使用相控阵探伤仪进行复检可清晰地检测出缺陷并能对缺陷做出准确判断。下面详细分析A型脉冲反射回波法、TOFD检测技术、相控阵检测技术对缺陷的检测结果，图1为被检测弯头及其现场情况。

图1 被检测的弯头

2 A型脉冲反射回波法检测

采用常规A型脉冲反射回波法对该弯头正弧面进行检测，发现共有3处回波反射，回波游动范围较大，回波深度定位如图2所示。

图2 A扫描检测推测结果

3处缺陷反射回波的对侧反射强度很低，约下降了14 dB。据此推测有2种可能:一是该缺陷具有一定角度，并非垂直于底面;二是弯头内表面由于制造原因产生一个小倾斜台阶，类似焊缝中的错口，不能完全确定缺陷的情况。

3 超声波衍射时差法(TOFD)检测

采用TOFD检测方法对该区域检测，未发现明显的缺陷波。TOFD检测仪器有一部分数据没有记录完全，这主要是由于检测现场条件比较差，无法很好地实现TOFD探头架的扫查，现场条件不是很适合TOFD检测，从扫查图像中未发现明显的缺陷，该缺陷很有可能处于TOFD检测的盲区中，这一点得到了相控阵检测结果的验证。

4 超声波相控阵检测

超声波相控阵探伤仪通过电子的方式控制超声波入射角度，使超声波以扇形面的形式入射到被检测工件中，这样，能极大地提高超声波在工件中的覆盖面。相控阵探伤仪能够同时显示各角度超声回波信号［1］，通过分析各角度超声回波信号，综合分析工件的内部缺陷，有利于缺陷的定性判断［2］。

对缺陷相控阵复检用的仪器为GE检测科技公司的相控阵探伤仪Phasor XS，探头为16晶片相控阵探头，扇形扫查角度范围为40°～70°。

通过相控阵探伤仪扫查，能很快找到A型脉冲反射法要找的缺陷，显示的缺陷信号如图3所示。从图3中可以看出，缺陷位于工件下表面，从信号的强度与位置分析，缺陷为内表面开口缺陷，45°超声波入射得到的反射信号最强，相控阵左、右移动，发现该缺陷的长度为6～8 mm。为了得到更多缺陷信息，相控阵探头往后移动，发现缺陷信号一直显示且一直往上表面发展，检测到缺陷的最强超声波信号角度为42°～52°，图4为探头在向后移动过程不同位置动态显示出来的缺陷信号。根据缺陷显示图像，可判断缺陷为弯头内表面开口且一直向外表面延伸，有一定倾角的面积状缺陷，倾斜角度为42°～52°，长度为6～8 mm，缺陷自身高度大于20 mm，缺陷上端接近外表面。

图3 相控阵检测结果图

图4 探头在不同位置时的缺陷动态显示图

从以上分析的检测结果来看，A型脉冲反射法检测时有3个回波信号，主要是该面状缺陷并非为一固定倾斜角度，因此，用一固定角度的探头进行检测时，缺陷回波信号并不稳定，很容易误判为单个缺陷，而相控阵探伤仪能同时显示各角度的回波信号，因而能显示稳定缺陷信号。缺陷下端为下表面而上端点接近上表面，均在TOFD检测的盲区范围内，因而通过TOFD检测时无明显的缺陷信号。

4 结束语

从相控阵探伤仪对汽包联络管弯头检测的结果可以看出，相控阵探伤仪以扇形声束入射，并以图像的形式同时显示各角度超声回波信息，可极大地提高检测效率。更为重要的是，它能同时显示各角度超声回波信息非常有助于对缺陷的判断，提高缺陷判断准确性与可靠性。

［1］李衍.相控阵超声检测国际动态［J］.无损检测，2009，31(1):56－60.

［2］刘长福.超声波相控阵技术原理及特点［J］.河北电力技术，2008(3):29－31.

［3］王新阳.小径管焊接接头超声波检测分析［J］.华电技术，2009，31(11):30 －31.