超声波检测技术在船舶通海阀门等修理中的应用

陈刚

摘 要：船舶管路系统中存在着大量的各类阀门，而通海阀通常作为冷却水、压载水及消防水等系统的吸入或排出阀门。在这些系统中，阀门种类主要有截止阀、蝶阀、闸阀等。考虑到系统吸入等因素，前述吸入阀（通常称之为海底阀）通常位于船底或较低位置以保证船舶在运行过程中在最少吃水情况下仍能深没于水中，保持系统工作正常。而这样一个特性造成海底阀常年沉于水中，处于水线之下而不能在船舶浮态下进行正常保养或修理。其修理一般是在船舶浮出水面后的坞内进行。按照船舶规范，坞修一般是两年至五年进行一次，不仅周期长且费用高。因此，海底阀及通海阀的修理质量确保对船舶运行安全及成本控制显得尤为重重。

关键词：超声波；检测；船舶；通海阀门

中图分类号： U664 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）28-191-2

0 引言

在船舶修理的坞修工程中，通海阀修理是必修工程。通常的修理是将阀门拆解后，按照修理工艺进行检修后再安装至原位置。由于时间等原因，通常80%的阀门在现场进行修理，再通过下水后进行现场检查是否存在泄漏的情况。这种检验方法原始且效率低，特别是在最后的下水阶段才能进行有效的检验，一旦发现阀门由于修理、安装等各种原因产生泄漏时，为确保安全，只能重新抬坞，将故障阀门抬高至水面1米以上才能排查，进而延长了坞修周期。

因此，对阀门在修理后进行及时且必要的检验，是保证坞修周期的条件之一。目前的常规检验方法有：①拆卸进车间修理的情况下，可以在车间内通过试压的办法进行检验。②因阀门通径较大（一般大于350mm）而原地修理的，一般通过渗水或肉眼望光等办法进行简单的检查。也可以通过加工或焊接封板的办法进行试压检验，该办法有效但施工周期长，成本高。有时，还会遇到因邻近油舱而无法施工的情况。③本文所论述的运用超声波检测方法，对被检测阀门进行有效检测。该方法简单可靠，成本低，劳动强度大大减小。同时，还可以有效检测出阀门与管路连接的法兰处是否有泄漏。

方法一一般只能应用在小通径的阀修理，且仅对阀门本身进行检验，安装后的法兰等处无法得到有效的检验；方法二的检验受客观原因影响只能进行较为原始且不可靠的方法进行简单检验或导致成本高昂、周期长；方法三则有着相对成本低、效率高、查漏率高等优势。因此，推荐采用第三种方法进行有效的检验，本文就该方法的原理及实际操作予以介绍。

1 超声波特性

1.1 超声波的吸收特性

对于一个频率一定的声波，在气体中传播时吸收最厉害，在液体中传播时吸收比较弱，在固体中传播时吸收最小。声波在各种物质中传播时，随着传播距离的增加，强度会逐渐减弱，这是在传播过程中产生的能量损耗。

1.2 超声波的束射特性

根据研究也实践分析，超声波的一些特性与光波类似。如传播特性中，超声波也有典型的反射、折射现象。且当超声波在平面表面上的反射角等于入射角。当超声波在两种不同的物质间传播时，两样会产生折射，且两种物质的密度差别越大，则折射角也就越大。

而对于同一物质，声波的频率越高，吸收越强。超声波的频率较高，因此，这一特性较为明显。由于这一特点，可以利用信号源与接收器之间的位置、距离做出不同的判断。

1.3 超声波的能量传递特性

超声波所以往各个工业部门中有广泛的应用，主要之点还在于可以比声波具有更大的功率。

我们知道，通过声波产生的功率大小直接与频率相关。当振幅一定时，频率越高则功率越大。而超声波通常比可闻声波高数倍乃至数百倍，因此在其他条件相同的情况下，超声波能产生更大的功率。

同样的道理，在所需的功率一定的情况下，通过换能器，运用超声波作为能量传递，则可以将换能器更加趋于小型化，有利于设备体积的减小并降低成本。

1.4 超声波具有较好的指向性——频率越高，指向性就越强

这在探伤和水下声通讯等应用场合是主要的考虑因素。同时，指向性结合束射性可以作为测距与障碍检查的应用介质。

1.5 超声波频率范围超出人类的听觉范围之外

超声波用起来很安静，人们听不到它，这一点在高强度工作场合尤为重要。可是这些高强度的工作用可闻频率的声波来完成时往往更有效，然而遗憾的是，可闻声波工作时所产生的噪声令人难以忍受，有时甚至是对人体有害的。同时，在我们的工作环境中，噪音源特别多，而超声波的这一特点正好因频段的不同而规避了噪音的干扰。

1.6 波长与频率成反比

当超声波的频率变高时，相应地波长将变短，因此波长可以与传播超声波的试验材料的尺寸相比拟，甚至波长可远远小于试样材料的尺寸。这在厚度尺寸很小的测量应用中以及在高分辨率的探伤应用中是非常重要的。而且所用的频率越高，波长越短，则检测精度越高，但是也需要对谐波做出合理的处理。

1.7 超声波的声压特性

当声波传播进某物体时，由于声波产生的振动使物质分子产生压缩和稀疏的作用，将使物质内部所受的压力产生变化。由于声波振动引起附加压力现象叫声压作用。由于超声波所具有的能量很大，就有可能使物质分子产生显著的声压作用。

超声波的声压特性在液体中的表现更加突出。当足够能量的超声波作用在液体中（例如水中）时，由于声压作用给分子之间产生压缩与稀疏作用。产生稀疏时，分子间会产生向外散开的拉力。当拉力达到一定程度时，会在液体中产生空泡作用。而空泡的产生是瞬间短时的，在这样的瞬时的空泡形成与消失过程中，特别是空泡消失时的闭合作用会给在液体中的悬浮物体表面产生巨大的破坏作用，这种巨大的破坏作用数位于大气压力产生的拉力。

利用这一特性可以做超声波清洗一类的应用将附着于物体表面的污垢剥离达到清洁的目的。

2 解决方案

2.1 设备仪器

超声波泄漏检测仪JY-EM282是采用先进的超声传感技术，专门用于检测气体，液体等泄露隐患情况。产品具有体积小，重量轻，准确可靠，操作方便，实用等优点，是一台实用的便携式检测仪器。该仪器能再现场迅速，准确，直观地找出各类压力或真空整体系统的气体，液体泄露故障，还能检测船舶，汽车座舱，冰箱，容器等密闭零件的密封程度。

技术参数：具有“LEAK”指示灯及耳机信号进行声光报警指示、使用温度范围为0℃-40℃、使用湿度范围<80%相对湿度、.频率响应为40kHz±2kHz，采用9V 6F22电池为电源，最大工作电流仅35mA。

2.2 操作方法

①首先，将拾波器与信号发生器打开，在无隔离的状态下对拾波器与信号发生器的工作状态完好进行检测。当拾波器的听筒（耳机）能清晰听到“嘟嘟嘟”声时，表示工作正常。反之，须检查信号发生器与拾波器的完好性。当关闭信号发生器时，拾波器的听筒（耳机）应随之无声间发出。

②将超声波发生器放置于等检验阀门外端（通海侧）并打开电源开关，使发生器发出预设的超声波供拾波器进行检查。在另一端通过拾波器进行检测。当阀门有泄漏时，发生器发出的超声波将通过绕射、反射或直接传播而到达检测端被拾波器收集到。

在被检测阀门得到有效检验的同时，如保持信号发生器仍正常工作，开启阀门，还可以检查阀门前端一定距离（1～2米）的管路是否存在泄漏。

3 使用推广

在实际检测使用中，通过适当的调节信号发生器（超声波）的功率大小，可以达到检测阀门是否泄漏的目的。同时，还可以将此检测方法运用到船舶修理过程中的舷窗玻璃更换、水密箱修理等工程的密封性能检测中，该检测手段大大提高了发现工程中可能存在密性缺陷的及时性，为缩短施工周期节约成本提供有力保障，甚至在一些场合下能完美替代压力试验、冲水试验等传统检验方法。

3.1 舷窗等玻璃修理检漏

传统的舷窗或驾驶台玻璃或框的更换修理后的检验，通过采用肉眼观察或压粉线的方式检查是不是存在泄漏，少量位置条件较好的采用人工冲水的方式检查泄漏与否。

肉眼观察方法原始，对于小的泄漏根本无法检查。压粉线只能针对可以开关的窗进行检查，而像驾驶台玻璃是固定安装在窗框上的且在高空也很难用冲水等传统方法检漏。若在船舶出厂后的航行过程中发现泄漏，将会给船方带来损失，同时给厂方声誉产生负面影响。

上述类似无法采用有效的传统检验方法确保无泄漏的，可采用本文所论述的超声波检漏方法进行必要而有效的检查，将可能存在的泄漏在船舶出厂前发现并消除。

3.2 水密门、水密箱等修理检漏

方法基本与舷窗等玻璃修理检漏类似，不同之处是信号发生器的放置位置有少许区别。因水密门或水密箱的内外两侧人均可以接触到，因此，在检测时，将信号发生器放置在水密门一侧或水密箱内部即可。