壓力容器檢驗中超聲衍射時差成像檢測技術的應用

廖偉強

摘 要：本文主要針對壓力容器檢驗中超聲衍射時差成像檢測技術的應用進行分析，結合當下壓力容器檢驗發展現狀為根據，從超聲衍射時差成像檢測技術、超聲衍射時差成像檢測、數據信息分析方面進行深入的研究與探索，主要目的在于更好地推動壓力容器檢驗的發展與進步。

關鍵詞：壓力容器；超聲波；衍射時差法

中圖分類號：TH49 文獻標志碼：A

在現代技術快速發展的影響下，人們對各種設備運行安全需求逐漸增加，各種全新的技術在特種設備檢驗中得到較為廣泛的使用，其中超聲衍射時差成像檢測技術在壓力容器檢驗中屬于較為重要的檢測技術之一。這種技術主要通過超聲波與存在問題部分之間形成作用發出的衍射波對問題進行檢測，同時還應對其進行定量，在壁厚度較高的壓力容器檢驗中具有更好的作用與效果。

1 超聲衍射時差成像檢測技術

超聲衍射時差成像檢測技術又被稱之為TOFD成像檢測技術，其主要是在20世紀70年代由英國無損檢測機構提出。超聲波在接觸到檢驗設備線形損傷時，損傷兩端除常見反射波還會形成相應的衍射波，其中衍射波可在較大范圍與角度中進行快速良好的傳播，以這一現象為基礎，超聲衍射時差成像檢測技術主要使用發射與接收兩個探頭，發射探頭發出相應的橫向波，接收探頭接收沿檢測設備表面傳遞的聲波與其背面鏡面反射波，產生就有較為良好的固定參考數據信息，焊接縫中存在的橫向縱波在接觸到損傷部位時會在損傷尖端形成相應的衍射波，其中損傷在具有相應高度時，損傷兩端信號在時間的作用下可較好地進行鑒別，以衍射信息數據傳播時差可較好地明確其損傷高度量值。

2 超聲衍射時差成像檢測

2.1 檢驗設備需求

工作人員應將被檢驗設備檢測位置中存在的涂層、附著物等對探頭移動、耦合以及聲波傳輸產生影響的因素進行清除，使用高效以及與充分符合被檢設備介質為耦合試劑，通常情況下主要為水、潤滑脂以及油等物質。想要更好的優化耦合并對被檢設備進行保護，可對環保濕潤試劑等水添加劑進行使用。若被檢設備溫度在0℃以下時，工作人員可利用CH3OH以及其相似物為檢測介質。被檢設備溫度相對較高時，則應對被檢設備以及探頭等進行降溫冷卻處理或對相應的高溫耦合試劑進行使用。使用的耦合介質應在相應的溫度中較好的確保超聲衍射時差成像檢測的穩定性與精確性。

2.2 檢驗設備

超聲衍射時差成像檢測平臺主要是由相應的電子計算機系統、探頭與其支架設備、軟件等共同組合而成，為了更好地對后壁壓力容器設備進行檢驗，通常具有較多的通道，促進探頭類型與其型號的充分結合。在超聲衍射時差成像檢測期間，工作人員通常以被檢設備材料以及壁厚度等選擇相應的探頭種類、型號以及結合模式。

在明確探頭期間，厚度小于75mm的被檢設備同時利用單探頭進行掃描，可根據表1選擇相應的探頭對鐵素體鋼進行檢測，對各種微波衰減材料以及Austenite材料進行檢測，則應降低探頭的公稱頻率并提高晶片的大小。

表1 設備探后選擇數據信息

公稱厚度（mm） 公稱頻率（MHz） 晶片大小（mm） 角度（°）

15以下 15～20 3～7 64～75

15～40 10～15 3～7 55～75

40～75 3～6 7～13 50～70

被檢設備厚度在大于75mm時，其探頭結合模式見表2。

表2

厚度分區（mm） 公稱頻率（MHz） 晶片大小（mm） 角度（°）

30以下 10～15 3～7 55～75

30～110 3～7.6 7～13 50～65

110～310 3～7.6 7～13 50～65

工作人員在對探頭中心距進行調整過程中，應結合實際需求對超聲衍射時差成像檢測探頭間距進行科學的設計與規劃，更好地獲得較為完善的深度損傷檢測數據信息，其中最為合理的探頭間距公式主要為PCS=2dtgθ。在這一計算公式中，d主要代表損傷的深度。

2.3 校對設備

在校對設備期間主要分為兩個方面：其一，增益調整。超聲衍射時差成像檢測技術雖不僅根據波幅方法進行相應的檢測以及定量，但增益對檢測的靈活性具有較為重要的作用，因此應利用較為完善的增益保證在實際掃描期間充分的發現被檢設備存在的損傷。通常一個超聲衍射時差成像檢測探頭增益調整主要是提高表面波波高，使其為滿屏波高的45%～85%。其二，聲波速度與探頭角度的優化。在各種材料中聲音的傳播速度具有較大的差距，因此在檢驗期間應調整聲音速度，同時在實際檢驗期間，探頭楔塊經常出現相應的損傷致使探頭角度發生改變，所以在檢驗時還應對探頭進行科學的校準，通常情況下其可利用橫通孔試塊進行調整。

2.4 硬件與軟件

在對設備進行檢驗前工作人員還應調增硬件與軟件的相應參數，其通常為檢測距離、檢測速度以及采樣率。檢測距離主要是結合被檢測設備的大小與超聲衍射時差檢測設備存儲值進行明確的。較為科學的檢測掃描設備通常是提高檢測質量的同時保證各種掃描數據信息的完整性。根據耦合介質提供的耦合水平以及系統數據信息存儲水平等明確檢測速度，通常情況下丟失的數據信息應小于整體檢測數量的5%，其中不能出現持續丟失現象。采樣率主要為：壁厚在50mm以下時，檢測信號最大采樣間距應為1mm，壁厚度相對較大時，檢測信號最大采樣間距應為2mm。

2.5 檢驗

工作人員應分別將接收探頭與發射探頭安置在焊縫兩端，先根據焊接縫進行B掃描檢測，其在沒有損傷時，工作人員將接收兩個信號，分別為被檢測設備表面超聲波形成的脈沖以及鏡面反射形成的脈沖，同時其對應兩個探頭間較長與較短聲程。將其為參考數據信息，在焊接縫出現相應問題時，超聲波在接觸到相應問題時大多數能量將出現反射現象，剩余能量則將在問題兩側出現相應的衍射波，并被接收探頭所接收。由于B掃描不能較好的明確探頭與問題中心線的主要位置，因此在檢測后還應利用D掃描對問題發生的實際位置進行明確，并記錄各種檢測數據信息進行深入的分析與研究。

3 信息數據分析

超聲衍射時差成像檢測技術通常是根據數據信息圖像的大小以及形狀等為依據分析各種數據信息，首先應先進行定性數據分析，明確損傷的實際性質，根據損傷數據圖像明確損傷定性。其次還應進行較為完善的定量分析，對損傷的大小以及位置等進行明確；并根據損傷兩端衍射波時間差明確損傷高度；結合數據成像長度明確損傷長度；根據損傷上端衍射波與表面波時間差等明確損傷深度；結合D掃描數據信息明確損傷與探頭的中心線。在數據分析結束時以相關規范制度為以及明確設備損傷等級。

4 實例分析

我國某企業在各因素影響下應對某壓力容器進行檢驗，其制作材質主要為3.35Cr1Mo，壁厚為39mm，在其壁厚的影響下，以往檢驗方法效率相對較弱，因此需要使用超聲衍射時差成像檢測技術，根據相應數據信息明確探頭晶片大小為10mm，公稱頻率主要為6MHz，探頭角度為65°，在校正設備后進行科學檢驗發現其存在大量的氣孔以及雜質，結合相應檢測標準其主要為超標問題，在加工期間傳統方法沒有發現其問題，因此兩者進行比較，超聲衍射時差成像檢測效率相對較高。

結語

綜上所述，隨著人們對無損檢測技術需求的逐漸提高，各種無損檢測技術得到較為廣泛的使用，其中超聲衍射時差成像檢測技術在壓力容器檢驗中有著重要作用。因此通過檢驗設備需求、檢驗設備以及校對設備等方面對超聲衍射時差成像檢測技術檢測精準性與穩定性快速提升，在促進無損檢測技術發展的同時，更好地滿足人們的相關需求。

參考文獻

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