壓力容器超聲檢測系統(tǒng)功能研究

聶秀波 徐曉龍 盧振優(yōu)

摘要：壓力容器在進(jìn)行工作期間，如果能夠通過無損檢測技術(shù)對設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，就能夠提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備材質(zhì)和焊接結(jié)構(gòu)內(nèi)存在的缺陷，在設(shè)備運行中及時檢測出有無缺陷發(fā)生惡化、是否有新的裂紋出現(xiàn)，從而能夠保證所有工作設(shè)備的安全運行。

關(guān)鍵詞：壓力容器;超聲檢測;研究分析

采用縱波信號來判斷缺陷和通過縱波波速來計算缺陷的位置，就不易與速度較慢的橫波信號相混淆，檢測結(jié)果發(fā)生差錯的幾率幾乎為零。

1.超聲檢測頻率選擇

超聲波檢測對缺陷的識別能力在很大程度上取決于超聲波頻率的選擇，頻率的選擇至關(guān)重要，必須根據(jù)具體的檢測環(huán)境合理的地選擇。頻率越高，波長越短，超聲聲束較窄，會減小擴(kuò)張角，能量會集中，較高的頻率能夠增強(qiáng)超聲波的穿透力和提高聲束指向性，具有較高的分辨力，因而能夠發(fā)現(xiàn)較小的缺陷，而且缺陷定位準(zhǔn)確。但是頻率越高，超聲波的衰減越強(qiáng)，而且掃查范圍比較小，只能檢測出聲束軸線周邊的缺陷，因而降低了檢測效率。對于粗糙的檢測面，高頻聲波會發(fā)生較大的散射，散射過程引起的彈性波能量傳播方向與入射波不重合，因此很難射入被檢工件。當(dāng)頻率過高或金屬晶粒太大時，超聲波的波長會與晶粒大小相當(dāng)甚至小于晶粒大小，此時超聲能量衰減非常明顯，超聲波難以穿透被檢工件。較低的頻率又會降低系統(tǒng)對缺陷的識別能力。

超聲檢測中聲束能量的衰減限制了超聲頻率的上限值;超聲檢測靈敏度，聲束指向性和脈沖寬度等共同決定了超聲頻率的下限值，因此必須根據(jù)這些現(xiàn)有檢測條件合理的選擇檢測頻率。由于壓力容器缺陷檢測要求非常高，缺陷靈敏度一般低于0.5mm，因此需要選擇較高的頻率（選為15MHz）。

2.超聲檢測系統(tǒng)要求

在對壓力容器進(jìn)行超聲檢測時，為了實現(xiàn)高效率、高精度的檢測結(jié)果，需要對整個超聲檢測系統(tǒng)進(jìn)行一系列的技術(shù)控制，如下是超聲檢測時的幾點通用要求：

2.1超聲探頭的要求

對曲面構(gòu)件進(jìn)行超聲探傷時，由于超聲信號的發(fā)射和接收過程比較麻煩，對超聲探頭的要求比規(guī)則平面高很多。工件結(jié)構(gòu)形狀容易造成超聲波的散射或聚焦，這樣信號會產(chǎn)生較大的衰減，超聲探頭主要包括增益、信噪比、探頭晶片尺寸、超聲探頭的晶片等幾個要素。在超聲檢測時，對于75mm以下的工件，材料是鐵素體鋼時可參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選擇合適的探頭，但奧氏體及其它有著高衰減性的材料，則需要加大晶片的尺寸以及減小探頭的公稱頻率。對于75mm以上的工件則必須通過探頭組合的方法進(jìn)行檢測。

2.2對工件型面的跟蹤

在超聲檢測時，為了不發(fā)生漏檢，需要對工件表面進(jìn)行型面跟蹤。如果被檢工件的表面是平面或近似平面，探頭檢測路徑較為簡單，但工件表面形狀較為復(fù)雜時，工件表面會造成超聲聲束的聚焦或發(fā)散。因此，在對壓力容器進(jìn)行超聲檢測時掃查器需要能夠?qū)ぜ兔孢M(jìn)行跟蹤。

2.3檢測靈敏度的控制

在對工件進(jìn)行超聲檢測之前，需要在標(biāo)準(zhǔn)試塊上對系統(tǒng)的靈敏度進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)后的靈敏度用作工件檢測的依據(jù)，但對于形狀不是很規(guī)則的工件，因為工件上不同點間的聲能量衰減不同，不應(yīng)該使用相同的檢測靈敏度。用脈沖反射法進(jìn)行檢測時，常用偽彩色表示檢測結(jié)果，不同的幅值選用不同的顏色來表示，這樣可以直接通過顏色的變化來獲取聲衰減信息。設(shè)置好調(diào)色板顏色后，通過顏色判斷檢測圖像中人工缺陷的大小是否與真實缺陷大小一致，如果一致就可以用作檢測靈敏度，如果檢測缺陷尺寸比實際值大，則應(yīng)該通過提高超聲增益來改善靈敏度，反之亦然。

3.超聲圖像軟件功能

整個超聲掃描檢測過程都是通過掃描軟件來管理控制的，它是整個檢測系統(tǒng)的中心，因此掃描軟件管理功能的完善性直接決定了掃查系統(tǒng)的性能，好的掃描軟件應(yīng)該包含如下功能。

（1）數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)采集功能主要記錄被檢工件各個掃描點的超聲波幅度值與渡越時間，為了對缺陷進(jìn)行分析，還應(yīng)該記錄掃描點的A方式掃描波形。

（2）設(shè)置檢測參數(shù)功能，其主要是根據(jù)不同需求對整個檢測系統(tǒng)進(jìn)行不同的參數(shù)設(shè)置，所需設(shè)置部分包括打印機(jī)、機(jī)械運動控制系統(tǒng)、高速超聲信號采集卡、探傷儀檢測等。

（3）數(shù)據(jù)庫管理，該功能對數(shù)據(jù)的分析提供了很大方便，它主要是進(jìn)行項目管理、數(shù)據(jù)檢索、備份歷史檢測數(shù)據(jù)和操作的記錄等。

（4）掃描波形處理，該功能主要是對掃描檢測波形進(jìn)行各種處理以方便識別，它主要包括噪聲濾除功能、小波分析功能、波形幾何變換功能、波形分析功能等等。

（5）圖像處理，超聲檢測的核心就是圖像處理，超聲檢測信號中含有多種噪聲和缺陷信號，有時必須對檢測圖像進(jìn)行各種復(fù)雜處理才能獲得準(zhǔn)確的缺陷信息，該功能主要包括A、B、C三種成像功能、調(diào)色板顏色設(shè)置功能、缺陷邊緣銳化功能、聲像組合和對圖像進(jìn)行各種幾何處理等功能。

結(jié)論

綜上所述，本文根據(jù)壓力容器的特點選擇了對其檢測時所用的方法，重點對超聲檢測要求作了分析，分析如何選擇超聲探頭和其檢測位置。進(jìn)而解決了超聲檢測方法中存在的檢測精度低、檢測效率低、勞動強(qiáng)度大等問題。

參考文獻(xiàn)

[1]陳劉輝.壓力容器定期檢驗中超聲檢測方法的組合應(yīng)用[J].化工設(shè)計通訊，2020，46（11）：65-66.

[2]章喜.壓力容器檢驗中的無損檢測方法與實踐研究[J].價值工程，2020，39（05）：240-241.

[3]王偉.解析TOFD超聲檢測技術(shù)在壓力容器檢驗中的應(yīng)用[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2019，39（24）：53-54.

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