以规格Φ32×4mm为例对锅炉管子轧制缺陷超声波检测的研究_新闻_

以规格φ32*4mm为例对锅炉管子轧制缺陷超声波检测的研究-子宫畸形的超声诊断

[摘要]本文主要对规格为Φ32×4mm锅炉管子的轧制缺陷超声波检测进行探讨，特别是对于锅炉管子的轧制缺陷采用直通波超声波检测方法进行详细介绍，它将是有效快速可靠地对批量的锅炉管子轧制缺陷进行超声波检测的新方法，为电站锅炉受热面管子的安装及大修改造提供质量保证，也为提高锅炉受热面管子的安全经济运行起到一定的作用。

[关键词]锅炉管子；轧制缺陷；超声检测

中图分类号：TH878 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）30-0353-02

一、概述

锅炉受热面管是电站锅炉的一个重要组成部分，锅炉受热面管在加工制作前的一项重要检验内容，但锅炉管子轧制缺陷一般很难用常规的射线、渗透、磁粉等检测手段来进行检测。目前普遍采用的探侧方法是单晶直探头水侵法或双晶直探头水侵法，采用这种方法有以下缺点：一是探测工艺复杂，在役运行的管排无法实现进行水浸探伤，探测灵敏度低。为此，通过理论分析并进行了大量的模拟实验，试验结果表明：采用直接接触式双晶探头直通波来检测锅炉管子轧制缺陷可以克服传统探测方法的缺点。

二、原理

要实现直接接触式双晶探头直通波来检测锅炉管子轧制缺陷需要首先考虑三个问题：一是探头与管子表面的耦合要好；二是要有效判别管子有无轧制缺陷；三是能判别管子轧制缺陷当量大小。

根据管子轧制缺陷的特点，采用一收一发双晶片探头直通波的原理，并将探头直接接触在管子上。图1为检测管子轧制缺陷的原理示意图。在超声波探伤中，对缺陷信号的识别尤其重要，要分析固有信号和缺陷信号的关系，又要了解不同类型缺陷信号反射强弱及缺陷尺寸当量大小的关系。当管子不存在缺陷时，仪器荧光屏将显示双晶探头声程回波，这种回波为固有直通回波，波的位置及波高没有变化（图1a）。当管子存在缺陷时，这种固有回波将会发生变化，回波可能降低或消失（图1 b、c）。当管子有较大的径向裂纹时，固有回波将会消失；当管子存在其它缺陷时，固有回波将会明显降低或发生变化。由此，对固有直通回波信号的变化来分析和确定管子是否存在轧制缺陷及缺陷性质、当量大小和判废依据。

三、探头与管子耦合

如何实现探头与管子在探伤过程中保持稳定和良好的全耦合，要使探头在管子上移动时不被磨损，保持探头的折射角不发生变化，采取将探头放在耐磨的探头套内，在探伤过程中始终自动充水，一般采用自来水较适宜。在探头与管子接触面之间保持适当间隙，保持薄水层耦合，薄水层透声厚度根据调节控制在大约二分之一倍整数声波波长范围，使声能透过率尽量达到最大。

四、探头设计与制作

探头设计合理与制作精细是实现超声波探伤和有效判定管子有无轧制缺陷的核心和关键环节。在探头设计中首先考虑探头晶片材料和频率的选择，其次要考虑选择合适的入射角。

选择性能品质优良的钛酸铅（PbTiO3）陶瓷晶片材料，其发射和接收超声波能力较佳。选择晶片探伤频率一般选为2.5～5MHz较为适宜。探头与管子的接触面不能太大，在确保探头的灵敏度有足够高的情况下，晶片的尺寸选择为8×10mm2方晶片。为提高对细小裂纹检测的灵敏度，因此探测波形选择为横波进行探测，在钢中的横波声速为3230m/s。探头入射角的选择是对应特定的锅炉管子不同规格外径及壁厚尺寸来定。在实例中探头设计时可以忽略水耦合层对钢中的折射角的影响。

探头楔块的材料应选择航空有机玻璃，探头楔块的设计是首先根据所探测管子的规格后，再确定探头的入射角α、两个入射点QQ距离、晶片中心点至隔声层A点的距离O1A和隔声层厚度后进行探头契块的尺寸设计（如图2）。一般根据晶片的尺寸和探头整体大小，取O1A=6mm，隔声层厚度取0.5mm。

探头契块γ参数确定：γ=α-θ0

五、试块

超声波探伤试块为保证探头性能参数符合原设计要求，探头在试制过程中及试制结束后均要对其进行性能参数测试，同时在实际探伤前要对仪器进行扫描速度和灵敏度的调节及缺陷的评价。

CSK-1A试块用于测定探伤仪和探头未加工成凹弧面前的组合性能及探头未加工成凹弧面前的入射点、前沿、折射角的测试。DB-Ⅰ型对比试块用于探测灵敏度的调整，试块采用所探管子尺寸规格来设计加工，试块的材料选择一般可用#20碳钢加工，最好选用所探一段没有缺陷的管子加工。

DB-Ⅱ型对比试块用于测定管子的探头加工成凹弧面后的入射点、折射角及扫描速度调整。

六、探头的入射点、折射角测定及仪器扫描速度调整

探头在加工好后和在实际探伤工作前均要对探头的入射点、折射角进行测定及仪器扫描速度的调整。探头入射点测定是将探头放在DB-Ⅱ型试块上，前后移动探头使R曲面回波达到最高点，这时R曲面圆心标记在r曲面的A点对应的探头便是探头单个晶片发射的入射点。探头折射角测定是将探头放在DB-Ⅱ型试块上，前后移动探头使Φ1mm横通孔回波达到最高点，测量出探头入射点至Φ1mm横通孔的AB距离，。折射角由几何作图计算得出。

β=arcCos

仪器扫描速度调整是按以回波1∶1的比例声程来进行调试。首先将探头放在DB-Ⅱ型试块上，用单晶片分别将DB-Ⅱ型试块上Φ1mm横通孔回波声程和R圆弧面的回波声程调在荧光屏的水平坐标对应的位置。

七、测试实例

选择以Φ32×4mm管子为例，采用4P8×10×2-32816、4P8×10×2-32814、4P8×10×2-32812和4P8×10×2-32810制作的探头进行测试和分析：

⒈因考虑到探头加工的误差，每种规格的探头制作两只进行试验，因此，将四种在钢中不同的的反射次数的8个探头在同一个没有缺陷的管子上进行测试。通过实验分析得：尽管加工的探头存在一定的误差，但是每种规格的探头直通波前后的变波形和迟到波大体相近。在实际探测时就是要观察直通波受缺陷的影响程度来对管子轧制缺陷进行探测，如何识别直通波要具备以下两个条件：首先要使用数字化超声波仪器来正确调整好仪器的扫描速度，其次根据探头的有关参数预先计算出直通波的声程，然后根据该探头在仪器上显示的相对应声程的直通波波形。当然，直通波在遇有缺陷时肯定会明显发生变化，否则原确定的直通波就是错误的。

⒉在识别和确定直通波的基础上，对内外管壁加工有0.5mm、1.0mm和2.0mm的刻槽进行测试。测试的结果如下表所示，测试表明各种探头在测试各种不同深度的刻槽时，直通波均有不同程度的衰减，但是这四种规格的探头各有不同特点，第一超声波在管鋼中反射次数越多，缺陷对直通波的影响越大，如超声波在管钢中反射次数为16次和14次的探头相对直通波最大衰减值就比12次和10次的大。第二超声波在管钢中反射次数少的在直通波前的变形波少而迟到波较多，超声波在管钢中反射次数多的在直通波前的变形波多而迟到波较少。但只要采用数字化超声波仪器和调整好仪器的扫描速度，在探测时只要观察直通波的动态变化情况，实际上变形波和迟到波并不影响对管子缺陷的探测。

八、结论和探讨

采用一收一发双晶片探头直通波的原理的方法探测是完全可以对管子轧制缺陷进行检测，可以既快速高效又经济实现对新管材和在役管材的检测。并且在设计探头时要统筹考虑探头的整体尺寸，整体尺寸大小要适当；探头晶片的频率选择要合适；在制造探头时要严格按照预先设计好探头参数进行制造加工；在实际探测时，一定要使用数字化超声波探测仪器。在实际探测发现有最小率减量当量缺陷时，可以采用不同规格的探头进行比较探测分析。

项目来源

国家质检总局科技计划项目（2015QK094）。

作者简介