超聲相控陣技術在電站鍋爐管座環焊縫檢測中的應用

◇本溪市特種設備監督檢驗所 何慶昌 裴麗娜 張勇 于淼 鄧學民

本文以管座環焊縫的結構特征分析為出發點，結合某公司電站鍋爐檢驗實際，探討了管座環焊縫超聲檢測的技術難點，并對于超聲相控陣技術在電站鍋爐管座環焊縫檢測中的應用進行了分析，以期實現保障超聲相控陣技術在具體檢測之中的運用效果。

鍋爐管座環焊縫是電站鍋爐各項部件中的一個重要結構，它的數量較多，在管道連接位置中能夠得以體現，但在接頭質量方面不易獲得保障，也是目前階段檢驗鍋爐中，經常出現問題的部位。而超聲相控陣技術，能夠對以往檢測技術的不足之處進行突破，以此提高檢測質量，確保電站鍋爐安全性。

一、管座環焊縫的結構特征

電站鍋爐管座焊縫的結構特征為，內部存在氣孔、夾渣及大量裂紋，且存在未焊透、未熔合的情況。同時，在圓弧面上的管座，由于焊縫形狀復雜，尤其在使用后，出現大量疲勞裂紋嚴重的情況下，會發生事故，出現管座爆管泄露的情況，甚至引起不必要的傷亡。

二、管座環焊縫超聲檢測的技術難點

現階段，超聲檢測為管座環焊縫所主要運用的檢測方式，超聲檢測方式對于未能徹底焊透、以及產生裂縫問題等方面具備著很高的靈敏度，在操作過程中也不易于受到外界條件的干預，可產生較高的工作成效。管座環焊縫的主要結構較為復雜，在利用超聲檢測方式的過程之中，易于受焊接形式、以及壁厚等諸多因素的一定影響，同時也會受到探測部位的限制性，所以會致使缺陷信號在識別時存在著較大的困難程度，也不能夠保障定位的精準性[2]。接頭的類型較多，尤其對于各種接頭位置所需運用的定位方式也有著明顯的不同，同時，管座角焊縫大都數量龐大，集中在管道與管道的連接部位、集箱與管道的連接部位、鍋筒等部位，以常規超聲檢測的方式進行檢查通常會出現問題，難以保證焊接接頭的質量，而且，管座角縫焊接也是在檢驗過程中存在問題最多的部位。常規超聲檢測中存在的缺陷在于，由于記錄受人控制，因此，會發生誤檢、漏檢的情況，為對這種現狀進行改變，應選用可記錄的相控陣超聲技術，它的特點是能夠對常規超聲檢測管座角焊縫進行覆蓋，以此對制管環節焊縫內缺陷嚴重超標的問題，以及使用過程中安全隱患頻發的問題進行避免，以減少不必要的經濟損失。此外，在實施主管面探測的過程之中，結合超聲波入射方向進行分析，其通常會隨著曲率的改變而產生變化，所運用的曲率點也會體現出明顯的差異，所以主管面探傷定位在此方面易于受到較大的影響。以上內容均為管座環焊縫超聲檢測過程之中的技術難點內容，應對于上述難點內容予以深化分析，以便更為針對性地運用好超聲相控陣技術，保障電站鍋爐管座環焊縫檢測的效果。

三、超聲相控陣技術在電站鍋爐管座環焊縫檢測中的應用

（一）超聲相控陣檢測系統。

超聲相控陣檢測系統在運作過程中，其主要是以把控電子激發的實際時間，變化探頭角度的主要性質，確保可以充分覆蓋至檢測面上，在進行檢測時不必移動探頭就能夠進行檢測，并且利于保障檢測具備較高程度的標準性以及可靠性。因相控陣檢測方式為一種“一次性的檢查方式”，所以強調于各種深度、以及角度的檢測存在明顯的不同，包括各種角度、以及深度的同樣大小的缺陷問題的表現一致，所選用的超聲相控陣檢測系統務必要具備著角度、以及深度方面的補償作用。除此之外，為切實保障檢測的準確度，防范缺陷識別難度情況的發生，還需具備結構仿真、以及反射回波疊加等諸多方面的功能，以此提高相控陣檢測系統的檢測效率。

（二）管道焊接相控陣檢測工藝。

相控陣探頭是晶片體，其具體激發時間能夠調節，通過把控焦點等諸多參數的一種晶片陣列，針對于晶片陣列的類型主要包括面陣、以及線陣這兩種類型，以變化晶片的聚焦法，能夠促進波速的偏轉以及聚焦，同時，這也能夠當作是相控陣技術實施充分掃描的主要原理。在超聲相控陣探頭的各項參數之中，和具體運用之間存在關聯的即為楔塊參數、以及頻率參數等，而且，能夠激發的晶片越多，則探頭功率就會越強，需針對于尺寸的實際大小，選用最為適宜的晶片，并確定合理的數量，而四大管道則通常選用24晶片的這種探頭，相控陣探頭適用于各種類型的楔塊，對于橫波以及縱波進行合理的檢測。現階段，隨著檢測技術的不斷完善，對于檢測靈敏度的明確，則能夠根據超聲檢測時的相關標準來加以實施。再者，由于相控陣超聲檢測能夠在同一時間對多個角度進行顯示，所以能夠有效提高掃描效果，而且實際深度S掃描能夠存儲數據，確保現場檢測工作量的減少，并能夠重復及快速設置，確保成像效果更好。而在采用CIVA仿真模擬軟件進行檢測的過程中，可以實際指導檢測工作，并通過仿真模擬對檢測效果進行分析，以此保證檢測質量。此外，在模擬工件角焊縫中，可以通過未焊縫缺陷，開展二次波檢測，確保得到準確的顯示結果。

（三）焊縫工藝參數。

超聲相控陣技術還具有重復性檢測的特點，能夠完整顯示記錄存儲的圖像，通過對圖像的掃描，可以直觀分析焊縫的缺陷及結構變化。而在管道焊縫檢測過程之中，應先明確焊接的主要方式、以及坡口型式，并且還需盡可能了解焊縫成型的主要狀況。工廠所制造的焊縫均為自動焊，此種成型一般較佳，在安裝焊縫時通常都為手工焊，應切實了解焊接成型狀況對于最終檢測結果所產生的影響，而坡口型式，則通常以雙V性、以及V型這兩種較易多見[3]。工作人員要根據實際情況選擇適合的焊縫方式，并結合不同的工作內容選擇不同的管材，還應根據管材的實際情況選擇適合的焊縫工藝，從而進一步保證管座環焊縫工作的工作質量。

（四）掃查方法。

較比超聲波檢測方式，相控陣檢測和其之間有著顯著的差異，這主要體現在后者在實施檢測時，應提高更換移動探頭的效率，可以先明確探頭楔塊之前端和焊趾二者之間的距離，確保聲束可覆蓋至被檢截面，而后沿向具體的方向實施移動，則能夠實現有效的檢測，能夠以科學設定探頭處的各項參數，變化楔塊之前端以及焊趾二者之間的實際距離，確保發射聲束能夠覆蓋至具體的區域之中[4]。而在實施檢測時，還能夠以定位磁條來確保探頭位置處在不改變的狀態之下，并且為確保缺陷定位的精準性，還需和編碼器之間相連接，而后沿著軸線移動探頭實施準確的檢測。而且，由于電站鍋爐檢驗環境較為惡劣，需要高空作業，且管座焊縫部位空間狹小，這進一步增加了檢測難度。手動相控陣超聲檢測具有較強的靈活性，能夠進行單線掃查，并通過專用掃查器進行自動檢測，可以在難以檢測的位置替代人工掃查，提高檢測效果。

四、結束語

總而言之，超聲相控陣檢測技術在應用過程中，其所具備的優勢特性較為明顯，如焦距能夠隨意的變化，并能高效呈現顯示結果，在檢測過程中還具備著較好的適用性，因而在具體檢測期間能夠發揮出顯著的效用。筆者在某公司電站鍋爐安全閥管座的檢驗中，利用超聲相控陣技術高質量地完成了特種設備檢驗工作，保障了企業用戶安全生產。為用戶縮短檢驗工期、降低生產成本、提升生產效率，受到企業用戶高度贊譽。同時，通過深入研究此技術在特種設備檢驗中的應用，還可顯著提升超聲檢測過程中的準確性，并保障最終結果的正確性，可將最終的檢測結果更好地呈現出來，確保我市鍋爐、壓力容器等特種設備安全運行，處在安全運作的狀態下。為服務民生、保障安全，為我市經濟發展作出應有的貢獻。