超声无损检测在承压类设备检测中的应用

摘要：无损检测技术因其具有对检测对象无损伤，检测范围广、深度大，对人体无害，定位准确等优点，近年来在航空航天、电子、化工等许多重要领域得到了广泛应用。文章重点探讨了超声无损检测技术在承压类特种设备（锅炉、压力容器、压力管道）检测中的应用，并分析了存在的问题及其发展趋势。

关键词：承压类特种设备；无损检测；超声无损检测技术；焊缝检测

中图分类号：TG115 文献标识码：A文章编号：1009-2374（2012）03-0081-02

一、相关概念

所谓特种设备即那些与生命安全密切相关，具有较大危险性的设施，例如起重机械、锅炉、各种压力容器、电梯、大型游乐设施、压力管道等。其中承压类特种设备主要是指锅炉、压力容器和压力管道三

大类。

无损检测技术（NON-Destructive Testing，简称NDT），又称非破坏检查技术或非破坏性检测，是利用物质中因有缺陷或组织结构上的差异存在而会使其某些物理性质的物理量发生变化的现象，以不使被检查物使用性能及形态受到损伤为前提，通过一定的检测手段来检测或测量、显示和评估这些变化，从而了解和评价材料、产品、设备构件直至生物等的性质、状态或内部结构等。生动地讲，在我们日常生活中，中医用诊脉的方式为病人判断病情，顾客用手拍击西瓜判断其是否成熟，这便是最简单的“无损检测”。无损检测技术最突出的特点是“无损伤”，它是一门新兴的综合性技术，近年来在电子、化工航天航空、船舶、特种设备检测等领域均得到了广泛

应用。

工业上较常用的无损检测方法主要有五种：超声检测、渗透检测、射线探伤、涡流检测、磁粉检测。其中超声无损检测是利用反射器和接收器等电子仪器提取超声信息，然后进行分析和推断。超声检测技术具有适用范围广，检测深度大，方便快捷，对人体无害，成本低等许多优点，但因其是先提取后分析，所以检测结果具有间接性和统计性，即检出结果存在重复率、漏检率等问题。

二、超声无损检测技术在承压类特种设备焊缝检测中的应用

超声无损检测技术的工作原理，是将超声波应用于薄到厚、由表及里的缺陷信息采集，检查焊缝内部质量，若测得壁厚小于容器最小壁厚时，应重新进行强度校核，提出降压使用或修理措施。超声无损检测对缺陷定量评价迅速，现场检查容易、解析方便、自动化程度高，这一技术成为目前国内外应用最广泛、使用频率最高且发展较快的一种无损检测技术。超声检测适用于板材、复合板材、碳钢和低合金钢锻件、管材、棒材、奥氏体不锈钢锻件等锅炉、压力容器及压力管道原材料和零部件的检测；也适用于锅炉、压力容器及压力管道对接焊缝、T型焊缝、角焊缝以及堆焊层等的检测。本文仅以焊缝检测为例进行分析。

（一）超声检测的一般过程

超声检测一般分六个步骤进行：

1．准备阶段。按相关标准的规定来选择检测时机；确保检测面的被检部分能得到充分检查；去除影响超声检测效果的因素，如锈蚀，污物等。

2．检查探头，探头的扫查覆盖率应大于探头直径15%，以尽可能地扫查到工件的整个被查区域。

3．探头的扫查速度应保持在150mm/s以内，但如果采用自动报警装置则省去这一环节的工作。

4．对灵敏度进行扫查，应不得低于基准灵敏度。

5．选用机油、甘油等透生性好且安全的耦合剂。

6．灵敏度补偿。

（二）扫查探测和缺陷判别

一般采用锯齿型扫查方式在焊缝的两侧进行扫查，扫查齿距应小于晶片宽度的1/2。如有缺陷回波显示则前后左右进行转动，环绕缺陷对其进行准确定位、定量和定性。利用二次波对焊缝上部缺陷进行探测，利用一次波和三次波对焊缝下部缺陷进行探测。

缺陷位置的判定：

若壁厚小于15毫米，以缺陷的水平距离的位置判别缺陷。见表1：

2．若壁厚大于15毫米，按照常规的中厚板对接焊缝探伤方法进行缺陷判定。如下：

如果L≤LF≤L+a/2，则缺陷在靠近探头侧，如果L+a/2≤LF≤L+a，则在远离探头侧的焊缝中。如果LF≤L或者LF≥L+a，则缺陷没有在焊缝中，而可能是热影响区的裂纹。其中：L是入射点到焊缝边缘的距离；LF是缺陷的长度；a表示焊缝的宽度。

在检测过程中应注意的问题有：（1）为了减少厚度小于8mm的薄壁的几何形状对超声波的影响，提高检测准确率，要求探头前沿距离小，k值适当取大。（2）对于薄壁管，尽量选用高频大k值短前沿小径管探头，有利于减少探测时上下管壁的几何反射波，有利于提高超声波的指向性。（3）采用单面双侧一、二次波和三次波。这样是为了更有效地发现和检出缺陷。

三、承压类特种设备超声无损检测技术应用存在的问题及发展前景

如何提高检测结果的可靠性，更加精确地分析检测的可能性，这是超声检测技术应用中存在的最主要的问题。超声无损检测技术在发展趋势上包括以下几个方面：

首先，计算机控制自动超声检测系统的应用越来越普遍。随着工业技术的发展，对锅炉等设备的要求也越来越高，因而对无损检测技术提出了更高精度，更高速度以及更高分辨率等要求，由于人工因素的诸多限制性，超声检测设备的自动挂和仪器的计算机化就成为了主要发展方向。

其次，数字式和智能型超声探伤仪融合到仪器中。近年来研发的计算机插板式超声探伤仪，将探伤仪做成计算机插板，使通用的计算机成为超声检测仪器，提高性能价格比。目前所有的测量仪器均配备数字化功能，数字式仪器将超声信号处理的研究成果融合到仪器中，例如应用缺陷模式识别、模糊聚类技术等，逐步使超声检测向实现智能化迈进。

再次，超声成像技术的应用。超声成像检测以超声C扫描为主，同时还有B扫、P扫、准三维现实。超声成像通过图像显示检测结果，直观性好，检测精度也高。成像方式有超声综合孔径聚焦成像、振幅距离聚焦成像、超声计算机层析成像等各种成像设备。手动超声成像检测方法与技术由于有更大的机动性和适用性，已经日益受到重视。

最后，各种专业软件的应用。随着计算机软件的不断开发，超声检测系统融合了软件的计算功能，正在朝着通用型和实用型的方向发展，计算速度和精度逐渐得到提高。

四、结语

总的来说，无损检测技术应尽量实现自动化和智能化，尽可能减少人为因素；在检测时尽量不影响正常工作，减少辅助性工作；力求实现在线检测和评价。超声无损检测技术已经在承压类特种设备检验中做出了突出贡献，在工作实践中我们应不断加强对检验技术和方法的研究，不断提高其应用水平，促进承压类特种设备检验工作的发展。

作者简介：张金颖，男，江西万载人，供职于宜春市特种设备监督检验中心，研究方向：无损检测、承压类特种设备。

（责任编辑：赵秀娟）