超聲波探傷技術在鍋爐壓力容器檢測中的應用

杜火根

（江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院吳江分院，江蘇 蘇州 215200）

超聲波探傷技術在鍋爐壓力容器檢測中的應用

杜火根

（江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院吳江分院，江蘇 蘇州 215200）

鍋爐壓力容器是指使用過程中承載一定壓力的密閉設備，受其特殊性質影響，對設備完整性和制造質量有著較高且嚴苛的要求。超聲波探傷是一種無損探傷技術，以超聲波的機械波特性為基本原理，通過監測其振動頻率及波動的變化情況，判斷目標物體的缺陷情況，在壓力容器探傷中應用廣泛。從超聲波探傷技術入手，就其檢測質量影響因素和問題解決措施，提出建議。

超聲波探傷技術；鍋爐；壓力容器；檢測；應用

鍋爐壓力容器是一種較為常見的壓力設備，廣泛應用于石油化工、電力等領域，受設備特殊性影響，鍋爐壓力容器在使用過程中，需定期接受探傷檢查，以及時了解其缺陷情況，防止安全事故的發生。超聲波探傷技術在壓力容器探傷檢測中應用廣泛，具有缺陷分辨率高、定位精準等優點。但就超聲波探傷實際應用操作而言，仍存在一定的檢測質量干擾因素，如不加以注意，就可能降低檢測質量，甚至引發嚴重后果。本文從超聲波探傷技術入手，就其各種質量干擾因素進行了分析，并相應提出了幾點應用建議，具體內容如下。

1 超聲波探傷檢測概述

檢測原理。超聲波信號頻率范圍為2～25kHz，屬于高頻信號。但就理論而言，超聲波在均勻介質中以直線形成傳播，而在非均勻介質中，受聲阻抗變化影響，超聲波在傳播過程中會在不同聲阻抗界面上發生折射、反射和投射，通過相關儀器收集、處理此類信號，即可判斷壓力容器的缺陷情況，實際檢測過程如圖1所示。

圖1 超聲波探傷檢測原理示意圖

受容器生產工藝和技術限制，在壓力設備制造過程中，不可避免地存在不同程度的質量缺陷。相關力學研究表明，以具有尖銳邊緣的平面裂紋缺陷最為危險。同時超聲波探傷也可用于金屬材料的焊接檢測中，以檢驗焊接質量，根據我國相關質量檢測規定，壓力容器中所有重要焊道都需要使用無損檢測技術進行質量檢測，以確保產品使用安全。

一般來說，超聲波探傷技術分為脈沖反射法和共振法兩種。前者是指發射一段極短時間的脈沖信號，通過分析反射波信息判斷物體缺陷的方法，如缺陷回波法等；后者則是利用超聲波波長與被測物體厚度間的聯系使二者發生共振，通過檢測共振頻率判斷缺陷的方法。

2 超聲波探傷檢測常見干擾因素分析

鍋爐壓力容器在使用過程中需承擔相應的壓力，任何一種微小的缺陷都可能導致嚴重的不良后果，故而對探傷檢測有著較為嚴苛的要求。就超聲波探傷檢測而言，程序較為復雜，質量干擾因素眾多，大致可分為定位因素和定量因素兩種。

2.1 定位因素

（1）波束方向偏離干擾。在超聲波探傷檢測過程中，如波束方向偏離探頭既定輻射方向，就會導致定位精度降低問題，進而產生誤差。探頭存在質量問題是導致這一問題的主要原因，其次目標物體狀態、目標物體材質以及目標物體內應力等因素，也會導致波束方向偏離問題。

目標物體狀態干擾主要是指由于物體表面過于粗糙，導致探頭接觸不良造成的誤差；材質差異干擾是指目標物體存在巨大材質差異，且判定不精確造成的誤差；目標物體內應力也是影響定位精度的主要因素，當物體內應力較高時，即可能改變超聲波的方向和速度，導致誤差的產生。此外，現場檢測環境和操作人員操作欠規范也可能導致超聲波波束方向偏離問題。

（2）數據讀取偏差干擾。超聲波探傷檢測主要依靠相關儀器完成數據的測量，如儀器本身存在缺陷，無法讀取準確數據，就會對檢測質量造成直接的不良影響，其中視差是造成測距失準的主要原因。此外，如在超聲波檢測前，未能做好相應的儀器調試及校準工作，導致儀器水平線存在偏差也會造成檢測失準問題。

2.2 定量因素

（1）性能干擾因素。性能干擾主要是就檢測儀器和探頭而言。超聲波檢測儀器內部結構較為復雜，且由于檢測精度要求較高，任何微小的偏差都能影響檢測結果，具體包括儀器垂直線性、衰減器的頻率、精密度、折射角度、晶片尺寸以及探頭形式等。

（2）耦合及衰減干擾。就回波高參數而言，耦合層厚度及耦合劑對應的超聲波阻抗能力，均會對探傷檢測結構產生影響。如檢測儀器耦合狀態與目標物體間存在差異，就可能導致定位精度偏離問題，應引起相關人員的注意。另一方面，如目標物體表面較為粗糙，也可能導致耦合不良問題，進而影響檢測質量。

此外，在實際檢測過程中，相關人員還應注意介質衰減對于檢測質量的影響，如檢測精度要求較高或工程量相對較大，應對介質衰減系數進行測定，并在數據計算過程中，引入衰減因素，以提高檢測精準度。

（3）操作人員干擾。探傷檢測人員作為超聲波探傷的執行者和實踐者，其操作行為直接影響著探傷檢測結果質量。雖然超聲波探傷檢測操作流程相同，但由于操作者不同，其操作習慣存在較大差異，在實際操作過程中，應做好相應的準備和校準工作，保障各項要求符合相關檢測標準，以提高探傷檢測精準度。

3 超聲筆探傷技術的實際應用分析

就鍋爐壓力容器超聲波探傷而言，主要包含板材探傷、鍛件探傷、管材探傷、焊縫探傷和鑄鋼件探傷五部分內容。

3.1 板材探傷應用分析

應用于鍋爐壓力容器的板材種類較多，以鋼板為主，并且鋼板在常見板材中應用也最為廣泛。因此，本文以鋼板為例，就超聲波探傷的實際應用進行探究。

就鋼板而言，分層、白點以及折疊缺陷較為常見。分層缺陷是指鋼板存在較為明顯的分離層，折疊缺陷則是指在鋼板某一位置出現雙層鋼板，這兩種缺陷主要產生于鋼板的軋制過程。白點缺陷具體是指鋼板上的細小裂紋。通常情況下，采用垂直探傷發、充水偶合法以及底面多次回波法等方法進行板材的探傷檢測。

3.2 鍛件探傷應用分析

一般情況下，鍛件包含鑄造、鍛造、熱處理以及機械加工四道工序。不同的工序產生的缺陷不同，具體包括鍛造缺陷、鑄造缺陷及熱處理缺陷三種缺陷。鍛造缺陷具體指白點、裂紋、折疊等缺陷；鑄造缺陷主要包含裂紋和夾雜等缺陷；熱處理缺陷則以裂紋缺陷為主。針對這部分檢測內容，通常選擇使用垂直探傷法或接觸法進行檢測。

3.3 管材探傷應用分析

就管材探傷而言，通常會依據管材口徑差異，分為小口徑管材和大口徑管材兩種。前者存在的缺陷主要包括夾雜、重皮、分層以及裂紋等；后者則以白點、折疊以及重皮等缺陷為主。前者多使用水浸聚焦法進行探傷檢測，后者則以接觸法為主。

3.4 焊縫及鑄鋼件探傷應用分析

焊接連接是鍋爐壓力容器的主要連接形式，受焊接工藝技術限制，在焊接過程中，易出現焊接不到位或焊接裂紋等問題影響壓力容器綜合性能。因此，相關人員在進行焊縫探傷檢測時，應格外細致、注意，常用方法包括深度定位法、聲程定位法以及水平定位法等。

鑄鋼件缺陷以氣孔、裂紋、縮孔和夾渣為主，通常使用單晶探頭、焊縫寬度法等方法進行探傷。

4 結 語

綜上所述，鍋爐壓力容器作為一種常見的壓力容器，在多個領域有著較為廣泛的應用。由于壓力容器在使用過程中需承受相應的壓力，故而對容器密封性和完整性有著較高且嚴苛的要求。超聲波探傷技術是利用超聲波傳播特性完成物體缺陷檢測的一種無損探傷技術。在其實際應用過程中，相關人員應著重注意各項檢測干擾因素，針對不同的檢測物件，選取不同的檢測方法，以提高檢測精度，確保壓力容器使用安全。

[1]李永贊.超聲波探傷技術在鍋爐壓力容器檢測中的應用討論[J].中國新技術新產品,2016(17).

[2]孫若瑜,趙予龍.超聲波探傷技術在鍋爐壓力容器檢測中的應用[J].化工設計通訊,2016(07).

TK223

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1671-0711（2017）05（上）-0074-02