压力容器超声检测系统功能研究

聂秀波 徐晓龙 卢振优

摘要：壓力容器在进行工作期间，如果能够通过无损检测技术对设备进行监控，就能够提前发现设备材质和焊接结构内存在的缺陷，在设备运行中及时检测出有无缺陷发生恶化、是否有新的裂纹出现，从而能够保证所有工作设备的安全运行。

关键词：压力容器;超声检测;研究分析

采用纵波信号来判断缺陷和通过纵波波速来计算缺陷的位置，就不易与速度较慢的横波信号相混淆，检测结果发生差错的几率几乎为零。

1.超声检测频率选择

超声波检测对缺陷的识别能力在很大程度上取决于超声波频率的选择，频率的选择至关重要，必须根据具体的检测环境合理的地选择。频率越高，波长越短，超声声束较窄，会减小扩张角，能量会集中，较高的频率能够增强超声波的穿透力和提高声束指向性，具有较高的分辨力，因而能够发现较小的缺陷，而且缺陷定位准确。但是频率越高，超声波的衰减越强，而且扫查范围比较小，只能检测出声束轴线周边的缺陷，因而降低了检测效率。对于粗糙的检测面，高频声波会发生较大的散射，散射过程引起的弹性波能量传播方向与入射波不重合，因此很难射入被检工件。当频率过高或金属晶粒太大时，超声波的波长会与晶粒大小相当甚至小于晶粒大小，此时超声能量衰减非常明显，超声波难以穿透被检工件。较低的频率又会降低系统对缺陷的识别能力。

超声检测中声束能量的衰减限制了超声频率的上限值;超声检测灵敏度，声束指向性和脉冲宽度等共同决定了超声频率的下限值，因此必须根据这些现有检测条件合理的选择检测频率。由于压力容器缺陷检测要求非常高，缺陷灵敏度一般低于0.5mm，因此需要选择较高的频率（选为15MHz）。

2.超声检测系统要求

在对压力容器进行超声检测时，为了实现高效率、高精度的检测结果，需要对整个超声检测系统进行一系列的技术控制，如下是超声检测时的几点通用要求：

2.1超声探头的要求

对曲面构件进行超声探伤时，由于超声信号的发射和接收过程比较麻烦，对超声探头的要求比规则平面高很多。工件结构形状容易造成超声波的散射或聚焦，这样信号会产生较大的衰减，超声探头主要包括增益、信噪比、探头晶片尺寸、超声探头的晶片等几个要素。在超声检测时，对于75mm以下的工件，材料是铁素体钢时可参照相关标准选择合适的探头，但奥氏体及其它有着高衰减性的材料，则需要加大晶片的尺寸以及减小探头的公称频率。对于75mm以上的工件则必须通过探头组合的方法进行检测。

2.2对工件型面的跟踪

在超声检测时，为了不发生漏检，需要对工件表面进行型面跟踪。如果被检工件的表面是平面或近似平面，探头检测路径较为简单，但工件表面形状较为复杂时，工件表面会造成超声声束的聚焦或发散。因此，在对压力容器进行超声检测时扫查器需要能够对工件型面进行跟踪。

2.3检测灵敏度的控制

在对工件进行超声检测之前，需要在标准试块上对系统的灵敏度进行调节，调节后的灵敏度用作工件检测的依据，但对于形状不是很规则的工件，因为工件上不同点间的声能量衰减不同，不应该使用相同的检测灵敏度。用脉冲反射法进行检测时，常用伪彩色表示检测结果，不同的幅值选用不同的颜色来表示，这样可以直接通过颜色的变化来获取声衰减信息。设置好调色板颜色后，通过颜色判断检测图像中人工缺陷的大小是否与真实缺陷大小一致，如果一致就可以用作检测灵敏度，如果检测缺陷尺寸比实际值大，则应该通过提高超声增益来改善灵敏度，反之亦然。

3.超声图像软件功能

整个超声扫描检测过程都是通过扫描软件来管理控制的，它是整个检测系统的中心，因此扫描软件管理功能的完善性直接决定了扫查系统的性能，好的扫描软件应该包含如下功能。

（1）数据采集，数据采集功能主要记录被检工件各个扫描点的超声波幅度值与渡越时间，为了对缺陷进行分析，还应该记录扫描点的A方式扫描波形。

（2）设置检测参数功能，其主要是根据不同需求对整个检测系统进行不同的参数设置，所需设置部分包括打印机、机械运动控制系统、高速超声信号采集卡、探伤仪检测等。

（3）数据库管理，该功能对数据的分析提供了很大方便，它主要是进行项目管理、数据检索、备份历史检测数据和操作的记录等。

（4）扫描波形处理，该功能主要是对扫描检测波形进行各种处理以方便识别，它主要包括噪声滤除功能、小波分析功能、波形几何变换功能、波形分析功能等等。

（5）图像处理，超声检测的核心就是图像处理，超声检测信号中含有多种噪声和缺陷信号，有时必须对检测图像进行各种复杂处理才能获得准确的缺陷信息，该功能主要包括A、B、C三种成像功能、调色板颜色设置功能、缺陷边缘锐化功能、声像组合和对图像进行各种几何处理等功能。

结论

综上所述，本文根据压力容器的特点选择了对其检测时所用的方法，重点对超声检测要求作了分析，分析如何选择超声探头和其检测位置。进而解决了超声检测方法中存在的检测精度低、检测效率低、劳动强度大等问题。

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（山东海洋环保设备有限公司）