在役水晶釜超聲波檢測技術

陜西省鍋爐壓力容器檢驗所 李 棟 王景仁

在承壓特種設備檢驗中，無損檢測是決定檢驗工作質量的重要工作之一。超聲波檢測由于成本低、速度快，檢出率高等優點，已成為應用最為廣泛的無損檢測方法。本為，筆者結合實際工作經驗，主要介紹了在役超高壓水晶釜檢驗技術，。

一、超高壓水晶釜基本情況

超高壓水晶釜是在高溫、高壓工況下人工合成的一種超高壓容器。通常超高壓水晶釜主體材質為PCrNi3MoVA的鍛鋼（經機械加工內外壁，底部用堵底螺絲封堵，上端用卡箍和堵塞進行密封），設計壓力為151 MPa，設計溫度為400℃。

二、超高壓水晶釜容器特點

1.內徑小、壁厚大應力復雜（三向應力），且應力分布不均勻。內壁承受周向應力最大，外壁最小。以內蒙二機生產的超高壓水晶釜為例，內外壁周向應力相差達到98%。

2.外部電加熱內壁受到拉應力，使內壁綜合應力狀況惡化。

3.超高壓水晶釜在運行時，由于進出物料及水晶種掛架、鏟料很容易在內壁產生使用缺陷，特別是縱向裂紋、刮痕、劃傷等缺陷。

由以上分析可知，超高壓水晶釜的危險點主要在內壁表面及其近表面。這也是超高壓容器制造和檢驗驗收內壁比外壁嚴格的主要原因，是定期檢驗的重點。由于內徑小、長徑比大，內表面探傷非常困難，所以首選超聲波檢測。但是，國家質監總局2005年11月8日頒布的《超高壓容器安全監察規程》TSG R0002-2005 第58 條（四）款中關于定期檢驗超聲波檢測及驗收標準，仍然按照《規程》第34 條制造要求規定。在役超高壓水晶釜應以是否存在有應力腐蝕裂紋、疲勞裂紋等裂紋類缺陷為主，這類缺陷最有效的檢測方法是橫波檢測。但超高壓水晶釜進行橫波檢測存在空白，降低了超聲波檢測最終結論的準確度。本文，筆者就超高壓水晶釜橫波檢測工藝進行了探討，以期對同行有所參考。

三、橫波超聲波檢測工藝條件

1.探頭選擇。專用橫波斜探頭為2.5P13×13 斜探頭。由于有機玻璃/鋼界面第一臨界角αⅠ＝27.6°，為了保證釜體中純橫波探傷，故探頭選擇入射角選為28.5°，以保證探頭能夠用橫波一次聲程掃查到釜體內壁。探頭耦合面與水晶釜外徑相同，利于入射點與釜體周向耦合。

2.對比試塊。材料及尺寸應與超高壓水晶釜釜體相同。

3.檢驗方法。用2.5P13×13K0.68（入射角α＝28.5°）的斜探頭沿著釜體做周向雙向掃查，檢查與軸線平行是否有徑向缺陷。

4.靈敏度調節。將探頭曲面楔塊置于專用試塊的一個棱角上。前后移動探頭，棱角反射波最高時，試塊棱角與探頭曲面楔塊的接觸點即為探頭的入射點，在探頭相應位置作出標記。

儀器橫波掃描速度通過聲程調節法調節。

一次聲程S1計算公式如下。

式（1）中，β＝arcsin（（Cs2/CL1）sin28.5°）＝34.4°，β1＝arcsin（sin34.4°/（250/436））＝77.2°。

將上述數據代入式（1），可得S1＝152 mm，則二次聲程S2＝2S1＝304 mm。

將試塊內壁人工缺陷一次回波和外壁人工缺陷回波分別對準水平刻度的第5 格和第10 格，此時掃描比例為聲程約為1∶3（水平刻度）。距離-波幅曲線制作方法同橫波斜探頭

5.缺陷定位。發現的缺陷波應確定其埋藏深度和缺陷在外圓弧面上的位置，計算原理如圖1所示。

圖1 計算原理

（1）缺陷深度（h）的確定。圖1中，有

式（3）中，β＝34.4°。

（2）缺陷到探頭入射點的表面距離的確定。計算過程如下。

6.缺陷記錄。對示波屏上缺陷波應先估判是否為裂紋類缺陷，特別是距離內壁20 mm 范圍內的缺陷波顯示。對裂紋類缺陷波或缺陷波超過距離-波幅曲線者應判廢，對低于距離波幅曲線的缺陷波應測量記錄波幅大小、缺陷長度和缺陷位置。缺陷測長采用6 dB 法或端點6 dB 法。

四、結論

實踐表明，超聲波檢驗方法在實際檢測過程中發揮了重要作用，其驗收標準雖然嚴于《超高壓容器安全技術監察規程》的要求，但符合《超高壓容器安全技術監察規程》第34 條規定。也符合“內嚴外寬”的精神，能夠保證超高壓水晶釜的安全運行。