浅析承压类设备检测中超声无损检测应用

浅析承压类设备检测中超声无损检测应用

干兵

（四川省特种设备检验研究院，四川成都610000）

摘要：无损检测是对设备进行检测而不会对其产生损伤的一种检测技术，在检测工作中占据着重要地位。而超声检测作为其中一种被广泛运用的检测技术，在承压类设备检测中发挥了重大作用。因此，文中首先研究了超声检测的主要缺陷特征，然后据此提出了缺陷定位的影响因素，同时也分析了在承压类设备检测中超声检测的实际运用，以期为促进承压类设备的安全运行提供条件。

关键词：承压类设备；无损检测；超声检测；应用

1、引言

承压类设备作为当前工业生产中的常见设备种类，在实际生产中发挥出了十分重要的价值，同时因承压类设备在运行中通常需承受很大压力，所以若设备存在安全或质量隐患等问题，将可能造成十分严重的事故，从而引起重大经济损失与人员伤亡。因此，我国也将承压设备作为特种设备加大了对此类设备的检测管理力度，以保证其可以在实际生产和运行中的安全性。超声检测作为无损检测技术，不仅可以有效防止在检测时对承压类设备带来损伤，并且也可以保证检测效果的良好实现，在实际检测过程中获得了广泛运用。

2、常见超声检测特征

2.1裂纹缺陷

通常情况下，裂纹具有较宽的波幅和回波高度，并且裂纹会产生多峰。在将探头进行平移时，会生成一定的反射波，导致波幅发生变化。当对探头进行转动时，会导致波峰发生上下错动的现象。

2.2未熔合缺陷

如果出现未熔合的缺陷，通常都会具有较为尖锐的静态波形，其开口非常狭窄，在根部通常来说不会存在杂波。将探头沿着焊缝进行水平移动，波峰将出现一定的延续，而不是像气孔那样快下和快上。

2.3未焊透缺陷

未焊透缺陷通常会出现在接头根的部处。当探头对不同部位进行检测时，屏幕也会出现单个的尖锐回波，将探头前后左右进行扫查，回波峰值将会从零平稳的升到最高，然后在维持一段后降低到零。该缺陷在检测焊缝两侧时都可得出一致的反射波幅。

2.4点状缺陷

通常来说，点状缺陷会饱含夹渣与气孔。该类型的缺陷具有较低的回波高度，并且它的波形比较稳定，由各方向探测都可得到大致相似的反射波幅，然而稍加移动探头便会消失。气孔中含有气体，具有较高的反射率，；夹渣产生的声阻抗较小，并且其反射波也通常不高，具有较宽且为锯齿状的波形。

3、检测中缺陷定位的影响因素

承压类设备在缺陷返修过程中，常常会出现超声仪设备所测出缺陷的位置参数不准确等问题，通过研究发现主要是由以下几方面原因造成。

3.1调节时基线不准确

通常来说，脉冲反射超声探伤仪会显示出两类信息，也就是回波声压和时间。波高能够体现回波声压的值，通常探伤仪所接触到的回波声压相对较大，那么反射回波就会相对较高。如果探头镜片与缺陷距离较远，那么传播过程中的声程较大，传播需要的时间更长，回波发生的部位在显示时就会产生滞厚。按照一定的比例来调节时基线，示波屏能够显示出探头摄入点的声程、水平以及距离深度等方面的参数。调节时基线时，由于视差存在影响，可能导致时基线刻度和反射波的前端具有一定程度的变差，从而导致定位偏差。

3.2斜探头的磨损影响

如果斜探头前后握持力度不均匀，那么长时间使用，会导致前端磨损程度更大，导致K值降低。假设在磨损前的探头K_1=2，一次波声程为30mm，磨损后K_2=1.8，一次波声程仍是30mm，如果按照K_1=2调节检测仪，那么缺陷的深度可据此算出为14.6mm。因此，在检测之前，必须要准确检验探头的K值与前沿长度，以防止探头因磨损而引起缺陷的定位偏差。

3.3在反射界面上声束位移影响

当倾斜射入横波时，一般会认为入射和反射发生在同一位置点。但事实上因声波的波动性，使得入射点与反射点会出现偏离。即在界面上，当声束产生反射时，位置会随之发生移动。此位置和发生于界面的相位移动有关，而相位的移动又和反射角与折射角存在直接关联。因存在声束位移，从而对定位精度造成直接影响。

3.4检测筒体纵缝时曲面影响

在检测承压类设备筒体的纵缝中，通常定位缺陷会与平板的对接焊缝不同，在进行外圆检测时，由于缺陷的深度会比仪器显示屏小，水平间距会大于屏显。如果仍依据平板焊缝来定位缺陷，则会将一次波检测的根部缺陷错误的当成是二次波内部缺陷，而以二次波进行检测时的内部缺陷也可能会被误当作焊接接头之外的反射。

4、承压类设备检测中常规超声检测的实际应用

4.1避免T形接头的焊缝部位缺陷出现漏检

在承压类设备筒体的T形接头焊缝部位常常会出现缺陷，尤其是在焊接过程中进行强行组对时，极易形成焊接裂纹。然而因受到环缝余高阻隔，该T形接头焊缝裂纹通过斜探头的中心声束不能被直接检测出，而通过倾斜扫查以及靠较小声束扩散进行扫查时，由于反射的波幅较小，易于被当作点渣、气孔之类的缺陷而略过，如此便引起了重大漏检。所以，为了避免此类问题的发生，可选择如下措施：需要进行局部射线检测的焊缝，应对其T形接头进行拍片。同时应仔细观测T形接头部位缺陷的反射波，并严格处理。有必要时，可在T形环缝余高磨平之后再进行超声检测。

4.2检测前做好调校检测仪工作

在采取超声检测进行承压设备检测前，除了需认真清理承压设备外，还应对检测仪进行调校。如：按照具体的检测要求，合理选用灵敏度较高的仪器；若所选择的检测仪是当前比较先进的超声检测数字化设备，在检测之前应设置其有关参数，主要包括：探头部位、扫描增量、检测频率、探头的中心距及触发电压等，以保证最终收集的数据准确性。一般来说，在检测较厚板材的承压设备时，应在待检设备上表面部位采用高频率探头，对下表面部位则采用低频率探头，并且在探测时还应确保两探头间中心频率偏差处于20%范围内。

4.3缺陷定位

在承压设备长时期运行后，常常会形成质量缺陷，而通过超声检测则可以确定缺陷形成的具体部位，以利于选择有效措施加以防护和处理，提高承压设备的安全、稳定运行。如在采用超声检测技术对长时间承压及受强腐蚀介质影响的压力管道进行检测时，压力管道很多时候会由于外压损伤、内部腐蚀等因素而引起细微开裂，而超声检测可以按照所采集的衍射波信号对裂缝具体部位进行判别。如当压力管道表面处产生裂缝后，在检测时其下表面形成的检测波信号将表现出不断减弱态势。结合实际检测结果，因在检测时底波所产生的信号比较微弱，进而会引起局部漏检等问题。基于此，在具体检测中应对压力管道多次实施重复检测，同时认真分析检测过程所获取的结果数据，以找出可能出现缺陷的部位。

对于可能存在缺陷的压力管道处，当不确定时可采取脉冲回波、平行扫描等方式进行进一步确认。此外，在检测到缺陷部位后，还应确认裂缝的形成长度，可选择共同平移两个探头的检测方式进行确定，使缺陷部位处于两个探头之间，接着一同移动探头，利用观测衍射波信号来得到裂缝的实际长度。

4.4对于盲区部位应进行反复检测

在对承压设备实施超声检测过程中，可能会有一些盲区部位的出现，进而可能会造成缺陷漏检等状况，基于此，在开展检测工作时，必须要专门对盲区部位进行检测，以降低盲区部位可能出现的缺陷漏检问题。根据超声检测原理可知，其检测盲区部位重点集中在上、下表面处。对此目前常用的检测方式是：通过偏置超声检测仪以非平行方式对盲区进行扫查，或是更改探头参数进行扫查，从而尽可能缩小或避免检测盲区。

5、承压类设备检测中新型超声检测技术的实际应用

5.1衍射时差法超声检测技术（TOFD）的应用

TOFD是运用超声波衍射进行检测的技术。一般采用纵波斜探头，当承压设备部件不存在缺陷时，超声脉冲发射后，直通波将比底面的反射波先进入接收探头。如果有缺陷，则两波之间，接收探头将接收到反射波或衍射波。除以上波外，尚有缺陷处与底面由于波型转换而形成横波，会迟于底面反射波进入接收探头。其优点包括：检测数据能以数字形式存储，便于通讯传送、再分析和取用；和检测表面不垂直的缺陷与裂纹也可被检出；能够精确确定缺陷高度；可检测超过200℃的设备表面；TOFD检测体系搬运方便。其也存在一定缺点，如对几何形状较复杂承压设备部件检测难度较大、上下表面有盲区等。

5.2相控阵超声检测技术的应用

相控阵的探头是通过若干独立压电晶片根据一定排列形式组成阵列，利用控制压电晶片激励延时与次序，来完成声束偏转与聚焦，进而实现检测过程，具体包括：

（1）线性扫查。具体操作为：设定相控阵的阵元数N，使其中相邻n个（1<n<N）阵元组成一组，对每组阵元设置相同聚焦法则；以所设置聚焦法则来对第一组阵元进行激发；沿阵列方向前移一个步进值，然后用相同聚焦法则对第二组阵元进行激发，依次操作直到最后。如此在完成扫查后将得到N-n+1个回波序列信号，在探头不移动条件下便可对承压设备较大范围进行检测。

（2）扇形扫查。该扫查需选出一组阵元，对该组阵元依次施加不同聚焦法则，并每次变化声束偏转的角度，以产生一个扇形区。不同于线性扫查，该扫查方式保持阵元不变，通过改变聚焦法则进行检测。

（3）动态聚焦。动态聚焦是在不同声轴深度实施聚焦，即利用对晶片聚焦法则的动态控制，以完成对声轴不同深度位置的动态化聚焦，适用于较薄部件。

6、结语

综上可得，由于当前承压设备对质量的要求不断提高，从而对缺陷检测等的要求也在不断提升，因此，必须通过精度更高的检测手法才可以有效找出其中细微缺陷，保证承压设备的安全运行。超声检测作为承压设备检测的重要方法，更应注重对当前具体应用的研究，并不断找出检测时出现的不足和问题，从而在发展过程中推动超声检测技术得到不断完善与改进。

参考文献

[1]陈谦.超声检测在承压类设备检测中的应用分析[J].中国设备工程,2018(7):98-99.

[2]张金颖.超声检测在承压类设备检测中的应用[J].中国高新技术企业,2012(3):81-82.