數字超聲波探傷掃描技術在鍋爐檢測中的應用

高德志

（湖南省特種設備檢驗檢測研究院湘潭分院，湖南 湘潭 411100）

摘 要：鍋爐檢測直接關係到鍋爐的使用安全，隨著經濟和科技的發展，越來越多的無損檢測技術應用到鍋爐檢測中，其中數字超聲波探傷掃描技術作為五大常規無損檢測技術之一能夠對被檢測的鍋爐二維信息和三維空間結構進行顯示，從而成為鍋爐檢測的重要技術手段之一。本文主要結合筆者多年工作經驗，闡述了數字超聲波探傷掃描技術在鍋爐檢測中的應用。

關鍵詞：數字超聲波探傷掃描；鍋爐檢測

鍋爐容器在生產過程中如果受到損傷，很容易導致燃燒、爆炸事件的產生，導致人員安全、設備和財產安全受到嚴重的影響，因而必須採取有效的無損檢測技術，保證鍋爐生產安全。數字超聲波探傷掃描技術是工業上五大常規無損檢測技術之一，在工業檢測中被廣泛的應用，將該技術應用於鍋爐檢測中可以有效的保證鍋爐安全，進而保證人員和設備安全。

數字超聲波探傷掃描技術是將超聲波和計算機技術進行應用，利用超聲波在物體中的傳播、反射等特性檢測被檢測物體存在的缺陷，之後通過計算機對數字信號進行處理，將信號中的雜訊進行取出，之後對去除之後的信號進行再一次的處理。該技術也被稱為超聲波檢驗。超聲波探傷法的原理是利用超聲波探傷儀換能器發射的脈衝超聲波，通過良好的耦合方式使超聲波入射至被檢工件內，超聲波在工件內傳播遇到異質界面產生反射，反射波被換能器所接收並傳至超聲波探傷儀示波器。通過試塊或工件底面作為反射體調節時基線以確定缺陷反射回波的位置，調整檢測靈敏度以確定缺陷的當量大小。根據缺陷顯示方式的不同，能夠將數字超聲波探傷掃描技術分成四種，即A型、B型、C型和3D型顯示超聲波探傷等。

1.1 A型顯示超聲波探傷原理

A型顯示超聲波探傷技術在實施過程中，將探傷儀通電之後，同步電路產生的觸發脈衝同一時間加到掃描電路和發射電路。通過查看反射波幅度的高低將鍋爐缺陷的大小進行間接的反映出來，所以能夠對鍋爐的缺陷進行有效的評價。結合目前的現狀來看，A型脈衝反射法超聲波探傷是應用最為廣泛的。（圖1）

圖1 A型脈衝反射式超聲波探傷儀電路框圖

1.2 B型顯示超聲波探傷基本原理

該技術主要是利用脈衝回波平面成像，成像方式利用的是輝度調製，所成的圖像顯示的是被檢測物體的二維超聲斷層圖。當一幀掃描完成之後，就能夠得到一幅垂直平面二維超聲斷層圖像。橫坐標代表的是探頭的水平位置，縱坐標代表的是傳播的時間，該圖像是由超聲聲束掃描方向決定的。B型顯示超聲波探傷在應用過程中，探頭只需實現一維掃描即可成像。如圖2為B型顯示原理框圖。

圖2 B型顯示超聲波探傷儀原理框圖

1.3 C型顯示超聲波探傷基本原理

該技術與B型類似，在水平x方向採用的是與B型相同的電子掃描方式，但是在水平y方向是採用機械的方式使得探頭移動。在該技術應用中，要想獲得圖像更加深入，應當在接收迴路上設計一個選擇開關，通過對選擇開關的控制來控制開通時間。C型顯示超聲波探傷雖然能夠對鍋爐缺陷的長度以及寬度檢測出來，但是卻無法檢測出來缺陷的埋藏深度。面對該問題，可以將其改為應用彩色熒光對信號進行顯示，根據顏色的不同來對缺陷埋藏的深度進行表示。如圖3為C型顯示原理框圖。

圖3 C型顯示超聲波探傷儀原理框圖

1.4 3D顯示超聲波探傷基本原理

B型和C型顯示這兩種方法都無法一次記錄成像鍋爐缺陷的深度和空間，但是3D顯示超聲波探傷技術能夠對B型以及C型顯示的優勢進行結合從而產出一個準三維的投影圖像，將缺陷的空間特徵和缺陷的深度同時表現出來。為此，必須研究用成像平面的二維圖像來表示出三維空間的坐標關係，可通過使被檢工件的三維空間坐標x、y、z作適當的坐標變換來達到。

2 數字超聲波探傷掃描技術在鍋爐檢測中的應用

2.1 在鍋爐隱蔽角焊縫中的檢測

鍋爐壓力容器及一些鋼結構件主要是採用焊接加工成形的，焊縫中主要存在氣孔、未焊透、未熔合、夾渣、裂紋等缺陷，裂紋、未熔合和未焊透均為平面型缺陷，應力集中程度高，易造成焊接接頭破壞，因此危害性較大。而氣孔和夾渣是體積型缺陷應力集中程度較低，危害性較小。在焊縫缺陷檢測中應用超聲波探傷掃描技術分為A、B、C三個檢測級別。原則上根據承壓設備產品的重要程度決定。檢出概率大小是不同的。A級通常適合用於檢測承壓設備有關的支承件和結構件焊接接頭；B級一般適用於檢測承壓設備對接焊接接頭；C級通常適合檢測重要承壓設備對接焊接接頭。檢測中發現缺陷，找到最大反射波以後，應根據探頭位置及熒光屏上缺陷波的位置來確定缺陷在實際焊縫中的位置。檢測步驟如下：第一是需要以鍋爐厚度為依據選擇合適大小的探頭；第二是在檢測橫波之前需要將估算計算出來，確定區域分界線，以此為基礎對矢量加減過程進行利用使得探頭移動的基準線被讓出；第三是將使用曲面屏蔽孔掃描線的位置為依據對其進行調整，在進行這一步驟的同時需要對其進行靈敏度的檢查，從而能夠確保避免後續數據出現誤差；最後一步是識別波形，做好接管與筒體外壁回撥之間的分別，以免出現漏檢或者是錯誤判斷的情況。

2.2 在鍋爐內壁裂紋檢測中的應用

在檢測過程中，要根據鍋爐實際情況選擇合適的探頭進行檢測，通常直徑應當控制在2cm左右。在鍋爐內壁裂紋檢測中，主要方法就是將選擇好的探頭放置在被檢測的鍋爐內壁的外緣面，然後開始檢測，通過得到的圖像和數據將裂紋大小、形狀、深度等情況進行反映。所以，以裂紋反射波為依據定量分析裂紋深度顯得更加的容易，能有效的將工作效率提高。

3 結語

鍋爐無損檢測在鍋爐檢驗中佔據著十分重要的位置，能夠檢測出鍋爐原件及其焊接接頭表面、內部的多種缺陷。數字超聲波探傷掃描技術主要類型根據缺陷顯示方式的不同，能夠將數字超聲波探傷掃描技術分成四種，即A型、B型、C型和3D型顯示超聲波探傷等四種。在實際檢測過程中，需要根據實際情況，選擇合理的檢測技術，並且綜合考慮各種影響因素，從而保證檢測結果的準確性。

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中圖分類號：TK226.1

文獻標識碼：A

文章編號：1671-0711（2017）04（下）-0053-02