数字超声波探伤扫描技术在锅炉检测中的应用

熊能

摘 要：锅炉在工业生产应用非常普遍，多用于高温高压的条件下，其质量可靠性关系到生产的安全性和工作人员的生命，所以锅炉的质量检测工作在锅炉生产和检修中是非常重要的。本文对数字超声波探伤扫描技术进行了简单的介绍，然后简要说明了该技术在锅炉探伤检测中的具体应用方法，最后根据在实际生产中的表现状况总结了数字超声波探伤扫描在锅炉探伤检测中的优势和不足之处。

关键词：超声波；探伤扫描；锅炉检测

数字式超声波探伤仪是一种便携式工业无损探伤仪器，它能够快速、便捷、无损伤、准确地进行工件内部多种缺陷（裂纹、疏松、气孔、夹杂等）的检测、定位、评估和诊断。既可以用于实验室，也可以用于工程现场。广泛应用在锅炉、压力容器、航天、航空[ 1 ]。

一、超声波探伤技术的原理

数字超声波探伤扫描技术包括5种不同类型的探测方法：A型超声波扫描、B型超声波扫描、C型超声波扫描、D型超声波扫描、衍射时差法。每种方法的基本检测原理都有不同之处，下面分别做些介绍。

（一）A 型超声波扫描

A型数字超声波探伤扫描技术主要应用了调幅技术。该方法的目的是输出检测目标的二维剖面图，探伤扫描设备向被检测对象发生超声波，然后接收其反射波，对反射波进行调幅后显示在检测设备的显示器上，显示器有两个相互垂直的坐标，横坐标代表了锅炉的深度，纵坐标显示了反射波的振幅。

如果被检测对象存在缺陷，显示器上的纵坐标就会出现相应的波动，然后技术人员就可以根据图像资料进行分析得到反射波的一系列性质进而推断出被检测物体的缺陷类型。

（二）B 型超声波扫描

B型数字超声波探伤扫描方法是利用了弧度调制原理，它的数据输出形式是剖面图。此剖面图是由一帧帧的扫描测出的反射波信号经过后期处理得到的，在探测深度方向上锅炉的内部结构信息都能被超声波反射出来，探测仪在锅炉的表面做快速的平行移动，以得到不同位置的物体内部信息。后期处理即将每一帧反射波信号进行整合得到完整的剖面图。

（三）C 型超声波扫描

C型数字超声波探伤扫描应用的技术原理是多元线阵扫描。C型超声波扫描需要有特定的自动控制系统，因为它是由X和Y两个方向的检测组合而成，并且两个方向应用的测量原理是不同的，X方向的基本原理与B型相同，Y方向则是采用机械装置带动检测探头移动。因此此测量方法需要在接收端设置专用的控制系统来控制方向选择开关。C型超声波扫描技术可以直接得到各个深度的反射波图像。

（四）D 型超声波扫描

D型数字超声波探伤扫描的测量结果输出方式也是剖面图，但是与B型超声波扫描不同的是D型输出的剖面图是锅炉的侧面剖面图。产生这种效果的原理是D型超声波扫描方法将反射波与发射波叠加了，因此得到了锅炉的侧面图，将B、D两种扫描方法结合使用可以得到锅炉更为全面的信息。

（五）衍射时差法

相对于前4种扫描方法，衍射时差法是一种新型的测量方法，基本原理是超声波的衍射，产生衍射的两列波是由超声波脉冲散射得到的。由物理光学的常识可以知道光的衍射常用来检测物体的测量，超声波衍射同样也可以用于检测锅炉结构缺陷。其表现形式是衍射时差图。

二、数字超声波探伤扫描技术在锅炉检测中的应用

（一）检测锅炉隐蔽角焊缝

影响锅炉强度的重要因素之一是焊接质量，所以要应用数字超声波探伤扫描技术对焊缝进行精密检测。检测过程可以分为四个部分。首先，根据锅炉的体积壁厚等参数选择合适的检测探头。然后在锅炉焊接区域规划出探头移动路径，并在控制系统中输入路径控制信息。然后执行检测，检测过程中注意锅炉曲面的变化，在不同精度要求区域选择适当的灵敏度。最后将得到的检测波形分析整合，得到锅炉焊缝不同深度位置的焊接质量情况。

（二）内壁裂纹检测

影响锅炉强度质量的另一个重要因素是炉体内部裂纹。焊接和热处理都可能导致炉体产生细微裂纹，这些裂纹在高温高压环境中会加速生长，如果不及时发现会造成严重的事故。超声波探伤扫描技术可以对裂纹进行全面的检测，检测时采用K1、K3探头，K1探头主要用于裂纹的定性检测，扫描路径上存在裂纹的话示波器上就会出现断交反射曲线。然后使用K3探头对裂纹处进行定量分析，K3探头可以得到裂纹根部的详细数据情况，进而得到裂纹深度。

三、数字超声波探伤技术相关问题

（一）数字超声波探伤技术的特点

数字超声波探伤扫描具有一些不同于普通检测方法的特点。

首先，就其应用原理来说如果锅炉裂纹或内部缺陷尺寸小于超声波的波长则检测就会失效。

其次，超声波的方向性很强，且频率越高方向性越强，在确认锅炉缺陷位置时能发挥出高精度。

最后，超声波能够高效的传递能量，其频率是普通声波的1000倍，能量传播能力是普通声波的10000倍。

（二）超声波探伤的优缺点

优点方面包括两个方面。

一是数字超声波探伤扫描技术的灵敏度很高，检测效率高，因此能够相对于传统低效的检测方法降低了成本[ 2 ]。

二是这种检测方法对检测操作人员的负面影响较小，不会造成身体损伤。

缺点也包括两个方面。

一是数字超声波探伤扫描技术对锅炉的炉壁平滑度要求较高，一般在检测之前要对锅炉检测区域表面进行专门处理。

二是此方法的检测输出结果不够直观，需要具备一定专业知识的人员才能看懂波形或者剖面数据。

四、总结

當前锅炉生产要求不断提高，使用条件更加恶劣，所以锅炉的缺陷检测成为质量检测的重要环节，数字超声波探伤扫描技术由于其高灵敏度高效率已经在锅炉检测中广泛应用，将数字超声波探伤技术的五种检测方法结合使用能够更加全面准确的得到锅炉内部缺陷的详细信息，对于指导锅炉生产维护具有重大意义。

参考文献：

[1] 朱磊，王凤琴.数字超声波探伤扫描技术在锅炉检测中的应用[J]. 河南科技，2014（06）：42.

[2] 李述亭.钢材内部缺陷超声波检测定性分析研究[D].浙江工业大学，2013.