超聲波檢測技術在船舶通海閥門等修理中的應用

陳剛

摘 要：船舶管路系統中存在著大量的各類閥門，而通海閥通常作為冷卻水、壓載水及消防水等系統的吸入或排出閥門。在這些系統中，閥門種類主要有截止閥、蝶閥、閘閥等。考慮到系統吸入等因素，前述吸入閥（通常稱之為海底閥）通常位于船底或較低位置以保證船舶在運行過程中在最少吃水情況下仍能深沒于水中，保持系統工作正常。而這樣一個特性造成海底閥常年沉于水中，處于水線之下而不能在船舶浮態下進行正常保養或修理。其修理一般是在船舶浮出水面后的塢內進行。按照船舶規范，塢修一般是兩年至五年進行一次，不僅周期長且費用高。因此，海底閥及通海閥的修理質量確保對船舶運行安全及成本控制顯得尤為重重。

關鍵詞：超聲波；檢測；船舶；通海閥門

中圖分類號： U664 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）28-191-2

0 引言

在船舶修理的塢修工程中，通海閥修理是必修工程。通常的修理是將閥門拆解后，按照修理工藝進行檢修后再安裝至原位置。由于時間等原因，通常80%的閥門在現場進行修理，再通過下水后進行現場檢查是否存在泄漏的情況。這種檢驗方法原始且效率低，特別是在最后的下水階段才能進行有效的檢驗，一旦發現閥門由于修理、安裝等各種原因產生泄漏時，為確保安全，只能重新抬塢，將故障閥門抬高至水面1米以上才能排查，進而延長了塢修周期。

因此，對閥門在修理后進行及時且必要的檢驗，是保證塢修周期的條件之一。目前的常規檢驗方法有：①拆卸進車間修理的情況下，可以在車間內通過試壓的辦法進行檢驗。②因閥門通徑較大（一般大于350mm）而原地修理的，一般通過滲水或肉眼望光等辦法進行簡單的檢查。也可以通過加工或焊接封板的辦法進行試壓檢驗，該辦法有效但施工周期長，成本高。有時，還會遇到因鄰近油艙而無法施工的情況。③本文所論述的運用超聲波檢測方法，對被檢測閥門進行有效檢測。該方法簡單可靠，成本低，勞動強度大大減小。同時，還可以有效檢測出閥門與管路連接的法蘭處是否有泄漏。

方法一一般只能應用在小通徑的閥修理，且僅對閥門本身進行檢驗，安裝后的法蘭等處無法得到有效的檢驗；方法二的檢驗受客觀原因影響只能進行較為原始且不可靠的方法進行簡單檢驗或導致成本高昂、周期長；方法三則有著相對成本低、效率高、查漏率高等優勢。因此，推薦采用第三種方法進行有效的檢驗，本文就該方法的原理及實際操作予以介紹。

1 超聲波特性

1.1 超聲波的吸收特性

對于一個頻率一定的聲波，在氣體中傳播時吸收最厲害，在液體中傳播時吸收比較弱，在固體中傳播時吸收最小。聲波在各種物質中傳播時，隨著傳播距離的增加，強度會逐漸減弱，這是在傳播過程中產生的能量損耗。

1.2 超聲波的束射特性

根據研究也實踐分析，超聲波的一些特性與光波類似。如傳播特性中，超聲波也有典型的反射、折射現象。且當超聲波在平面表面上的反射角等于入射角。當超聲波在兩種不同的物質間傳播時，兩樣會產生折射，且兩種物質的密度差別越大，則折射角也就越大。

而對于同一物質，聲波的頻率越高，吸收越強。超聲波的頻率較高，因此，這一特性較為明顯。由于這一特點，可以利用信號源與接收器之間的位置、距離做出不同的判斷。

1.3 超聲波的能量傳遞特性

超聲波所以往各個工業部門中有廣泛的應用，主要之點還在于可以比聲波具有更大的功率。

我們知道，通過聲波產生的功率大小直接與頻率相關。當振幅一定時，頻率越高則功率越大。而超聲波通常比可聞聲波高數倍乃至數百倍，因此在其他條件相同的情況下，超聲波能產生更大的功率。

同樣的道理，在所需的功率一定的情況下，通過換能器，運用超聲波作為能量傳遞，則可以將換能器更加趨于小型化，有利于設備體積的減小并降低成本。

1.4 超聲波具有較好的指向性——頻率越高，指向性就越強

這在探傷和水下聲通訊等應用場合是主要的考慮因素。同時，指向性結合束射性可以作為測距與障礙檢查的應用介質。

1.5 超聲波頻率范圍超出人類的聽覺范圍之外

超聲波用起來很安靜，人們聽不到它，這一點在高強度工作場合尤為重要。可是這些高強度的工作用可聞頻率的聲波來完成時往往更有效，然而遺憾的是，可聞聲波工作時所產生的噪聲令人難以忍受，有時甚至是對人體有害的。同時，在我們的工作環境中，噪音源特別多，而超聲波的這一特點正好因頻段的不同而規避了噪音的干擾。

1.6 波長與頻率成反比

當超聲波的頻率變高時，相應地波長將變短，因此波長可以與傳播超聲波的試驗材料的尺寸相比擬，甚至波長可遠遠小于試樣材料的尺寸。這在厚度尺寸很小的測量應用中以及在高分辨率的探傷應用中是非常重要的。而且所用的頻率越高，波長越短，則檢測精度越高，但是也需要對諧波做出合理的處理。

1.7 超聲波的聲壓特性

當聲波傳播進某物體時，由于聲波產生的振動使物質分子產生壓縮和稀疏的作用，將使物質內部所受的壓力產生變化。由于聲波振動引起附加壓力現象叫聲壓作用。由于超聲波所具有的能量很大，就有可能使物質分子產生顯著的聲壓作用。

超聲波的聲壓特性在液體中的表現更加突出。當足夠能量的超聲波作用在液體中（例如水中）時，由于聲壓作用給分子之間產生壓縮與稀疏作用。產生稀疏時，分子間會產生向外散開的拉力。當拉力達到一定程度時，會在液體中產生空泡作用。而空泡的產生是瞬間短時的，在這樣的瞬時的空泡形成與消失過程中，特別是空泡消失時的閉合作用會給在液體中的懸浮物體表面產生巨大的破壞作用，這種巨大的破壞作用數位于大氣壓力產生的拉力。

利用這一特性可以做超聲波清洗一類的應用將附著于物體表面的污垢剝離達到清潔的目的。

2 解決方案

2.1 設備儀器

超聲波泄漏檢測儀JY-EM282是采用先進的超聲傳感技術，專門用于檢測氣體，液體等泄露隱患情況。產品具有體積小，重量輕，準確可靠，操作方便，實用等優點，是一臺實用的便攜式檢測儀器。該儀器能再現場迅速，準確，直觀地找出各類壓力或真空整體系統的氣體，液體泄露故障，還能檢測船舶，汽車座艙，冰箱，容器等密閉零件的密封程度。

技術參數：具有“LEAK”指示燈及耳機信號進行聲光報警指示、使用溫度范圍為0℃-40℃、使用濕度范圍<80%相對濕度、.頻率響應為40kHz±2kHz，采用9V 6F22電池為電源，最大工作電流僅35mA。

2.2 操作方法

①首先，將拾波器與信號發生器打開，在無隔離的狀態下對拾波器與信號發生器的工作狀態完好進行檢測。當拾波器的聽筒（耳機）能清晰聽到“嘟嘟嘟”聲時，表示工作正常。反之，須檢查信號發生器與拾波器的完好性。當關閉信號發生器時，拾波器的聽筒（耳機）應隨之無聲間發出。

②將超聲波發生器放置于等檢驗閥門外端（通海側）并打開電源開關，使發生器發出預設的超聲波供拾波器進行檢查。在另一端通過拾波器進行檢測。當閥門有泄漏時，發生器發出的超聲波將通過繞射、反射或直接傳播而到達檢測端被拾波器收集到。

在被檢測閥門得到有效檢驗的同時，如保持信號發生器仍正常工作，開啟閥門，還可以檢查閥門前端一定距離（1～2米）的管路是否存在泄漏。

3 使用推廣

在實際檢測使用中，通過適當的調節信號發生器（超聲波）的功率大小，可以達到檢測閥門是否泄漏的目的。同時，還可以將此檢測方法運用到船舶修理過程中的舷窗玻璃更換、水密箱修理等工程的密封性能檢測中，該檢測手段大大提高了發現工程中可能存在密性缺陷的及時性，為縮短施工周期節約成本提供有力保障，甚至在一些場合下能完美替代壓力試驗、沖水試驗等傳統檢驗方法。

3.1 舷窗等玻璃修理檢漏

傳統的舷窗或駕駛臺玻璃或框的更換修理后的檢驗，通過采用肉眼觀察或壓粉線的方式檢查是不是存在泄漏，少量位置條件較好的采用人工沖水的方式檢查泄漏與否。

肉眼觀察方法原始，對于小的泄漏根本無法檢查。壓粉線只能針對可以開關的窗進行檢查，而像駕駛臺玻璃是固定安裝在窗框上的且在高空也很難用沖水等傳統方法檢漏。若在船舶出廠后的航行過程中發現泄漏，將會給船方帶來損失，同時給廠方聲譽產生負面影響。

上述類似無法采用有效的傳統檢驗方法確保無泄漏的，可采用本文所論述的超聲波檢漏方法進行必要而有效的檢查，將可能存在的泄漏在船舶出廠前發現并消除。

3.2 水密門、水密箱等修理檢漏

方法基本與舷窗等玻璃修理檢漏類似，不同之處是信號發生器的放置位置有少許區別。因水密門或水密箱的內外兩側人均可以接觸到，因此，在檢測時，將信號發生器放置在水密門一側或水密箱內部即可。