超声波检测技术在锅炉压力容器缺陷检测中的应用

张文华

（新疆维吾尔自治区特种设备检验研究院，新疆 乌鲁木齐 830011）

超声波检测技术在锅炉压力容器缺陷检测中的应用

张文华

（新疆维吾尔自治区特种设备检验研究院，新疆 乌鲁木齐 830011）

超声波探伤技术在实际应用中，监测速度较高，并且监测结果拥有较高的精确性，波形也十分稳定。超声波探伤技术能够在多种材料内应用，发现材料自身所存在的漏洞，其应用在钢铁等合金上面，能够有效监测出这些材料所具有的气孔或者是未融合等等问题。其在航空航天及石油化工等领域广泛应用，能够有效保证设备的安全性能，延长设备使用时间。本文以锅炉压力容器所进行的缺陷检测作为研究对象，对超声波检测技术进行分析全面了解。

锅炉压力容器；超声波检测技术；缺陷检测；缺陷定位分析

现阶段，我国所拥有的锅炉压力容器在实际运行过程中都存在一定的缺陷，具有较大的安全隐患。将超声波检测技术应用在锅炉压力容器缺陷检测过程中，能够有效发现锅炉压力容器在运行过程中所存在的漏洞，进而制定针对性解决措施，提高锅炉压力容器安全性能，真正发挥出锅炉压力容器所具有的作用。

1 超声波检测技术原理

超声波检测主要是按照超声波材料在传播过程中所具有的特点，利用超声波与缺陷二者相互作用的原理，对于设备进行检测。从理论角度分析，超声波要是在无限大均匀介质内能够按照直线形式传播，但是任何介质都是具有一定大小的，超声波在非均匀介质内传播过程中，或者是在两种介质之间进行传播，都会受到介质变化的影响，超声波在声阻抗的影响之下，会在分界面上形成反射或者是折射等等问题，进而对于检测物品是否存在缺陷问题进行检测。

现阶段，超声波检测技术在实际应用中主要使用的设备就是A型显示脉冲检测仪。超声波检测技术在长时间对于各种材料及制造工艺全面了解研究，同时将在检测过程中所发现的缺陷进行分析验证，在长时间经验积累上面，显示屏上面就能够呈现出缺陷所具有的回波动态及静态波形，按照波形的变化，缺陷回波所具有的位置，回波次数，同时在利用检测过程中缺陷分布状态及延伸情况，对于检测物所存在的缺陷系统全面性分析。超声波检测技术在应用锅炉压力容器缺陷检测过程中，所具有的优势十分显著，首先，超声波检测技术具有良好的指向性，进而在显示屏内所具有的波束十分模明显；其次波长较短，锅炉压力容器内所存在的细小缺陷也能够反射出来；最后就是回波距离辨别十分容易，缺陷发展机率较高。正是由于缺陷对于锅炉压力容器运行具有重要意义，因此利用超声波检测技术对于锅炉压力容器缺陷进行检测，能够有效发现锅炉压力容器所存在的缺陷，保证锅炉压力容器运行质量。

2 锅炉压力容器常见缺陷

2.1 裂纹

锅炉压力容器在实际运行过程中危险系数最高的一种缺陷就是裂纹，我国有关标准明确规定，锅炉压力容器要是具有一点裂纹，就表示锅炉压力容器生产质量不合格。造成锅炉压力容器出现裂纹的机理十分复杂，要是从形成条件及时机角度分析，主要可以分为四种，分别是热裂纹、再热裂纹、冷裂纹及层状撕裂。裂纹具有十分显著的方向性，超声波检测技术在实际检测过程中，所得到回波可能较大也可能较小，要是按照不同K值探头进行检查，从多个角度射入，就能够找到最大回波。

2.2 未熔合

未熔合主要表示金属与目标金属在焊缝存在缺陷，或者是金属与金属之间的焊接没有完善，进而造成锅炉压力容器存在缺陷。要是从未熔合位置角度对于锅炉压力容器缺陷进行划分，主要可以将其分为三种类别，分别是坡口未熔合、层间未熔合与根部未熔合。未熔合不仅仅能够从位置方面进行判定，还能够从方向角度进行判定，主要原因是由于未熔合属于面状缺陷。所以，不同K值在对于未熔合检测过程中，所得到回波数量存在较大的差异。

2.3 未焊透

未焊透主要分为两种，分别是中间未焊透及根部未焊透，在这两种未焊透形成中，检测回波起伏较大的是根部未焊透，回波现象十分显著，现象明显，之之在对于焊缝两侧检测的时候，都能够发现根部未焊透缺陷，回波幅度十分显著。

3 锅炉压力容器缺陷检测中超声波检测技术的应用

3.1 锅炉压力容器角焊缝超声波检测技术

超声波检测技术在对于角焊接位置进行系统检测过程中，主要通过两种方式检测，分别是双晶直探头与斜探头。双晶直探头检测方法在实际应用过程中，主要是将探头位于接管内壁，进而对于筒体斜坡口位置是否存在未熔合问题，这种检测方式无法对于焊缝根部所具有的未焊透缺陷进行检测。双晶直探头所无法检测的区域，就需要应用斜探头检测方式检测。

（1）探头选择。超声波检测技术在对于角焊接检测中正常情况下都是在接管侧通过直射法与一次反射法，为了能够让超声波在经小经管内部上面具有良好的反射能够，保证检测的灵敏性及分辨率，可以按照接管厚度实际情况，生产针对性小景观线斜探头。

（2）探伤面的确定。由于锅炉压力容器结构的影响，在对于角焊缝进行横波检测过程中，只能够应用单面探伤，在筒板内外进行检测。横波检测之前，需要利用一次反射法的数学函数，将探头所检测的区域计算出来，角焊缝周围余高及热影响都会对于缺陷检测造成影响，所以就需要在计算数值上添加角焊缝腰高及影响区域。按照三角函数关系原理，探头在移动过程中遵循一次反射法原理，对于角焊缝区域进行检测，要在对于根部未焊透缺陷检测中，探头界面基准为22.5mm。

（3）波形识别。探头在对于接管内部检测过程中，焊缝金属边缘也就是角焊接盖面位置，能够正常收到接管及外部在检测过程中所产生的回波，要是不仔细分析，就会出现检测漏洞或者是错误分析情况。所以，探头在移动过程中，还需要对于底波情况进行分析，进而对于焊缝与母材金属之间的交接位置确定，这样探头就能够在接管内来回移动。探头与标记位置在重合之后，底波要是还是较大，接管侧就很有可能出现未焊透或者是未熔合缺陷。

3.2 锅炉压力容器内壁裂纹超声波检测

超声波检测技术在对锅炉压力容器内部裂纹检测过程中，根据原有检修设置，按照锅炉压力容器所具有的规格及形状，用两种K值斜探头进行检测，进而判断锅炉压力容器内壁是否存在裂纹缺陷。

（1）纵波检测。在对于锅炉压力容器纵波裂纹缺陷检测过程中，所应用探头规格为2.5mhz、20mm，主要是锅炉压力容器之外，与外圆直接接触，进行轴向性检测。这种检测方式主要能够对于直径超过2mm的裂纹检测。

（2）环向缺陷的横波检测。在对于锅炉压力容器缺陷检测过程中，主要利用两种不同K值探头进行检测，进而将检测结果进行对比，这两个K值，分别为K1、K3。K1探头在检测过程中，主要是对于管座进行纵向及周向上的检测，这种检测方试很难发现容器是否具有良好的耦合性，主要还是以轴向检测为主。K1探头检测主要目的就是判断容器内壁是否存在开口缺陷，对于裂纹深度无法进行精准测量，显示屏上回波幅度最高的位置也就是容器裂纹最深的地方，探头在不断移动过程中，回波也不断出现。K3探头在对于管座检测过程中，主要进行纵向检测，周向检测受到容器结构的限制，回波特点及位置难以精确分析，进而也就无法找到容器内部裂纹的具体位置。容器内壁裂纹深度在不断增加过程中，所得到回波也逐渐呈现直线状态，信号最为显著，显示屏内主要回波主要表示裂纹根部的情况。裂纹分布要是十分密集，探头在移动过程中，由于受到不同裂纹回波的影响，反射波会逐渐消失。与此同时，裂纹根部回波在反射到显示屏上面之后，能够对于裂纹深度进行检测。

（3）缺陷的定量测定与评定。在检测过程中要是发现缺陷波，主要是通过探头的前后移动，找到缺陷波最高值，然后再利用不同K值探头对于缺陷深度进行测量。K1与L3斜探头在共同应用之后，能够将裂纹位置及深度显示出来。

4 结语

现阶段，部分锅炉压力容器内所具有的缺陷无法通过传统检测方法检测处理，这样就造成锅炉压力容器在实际运行过程中存在较大的安全隐患。应用超声波检测技术，能够有效发现缺陷，进而有效解决缺陷，对延长锅炉压力容器使用寿命具有重要意义。

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TG115.28+5

A

1671-0711（2016）12（下）-0067-02