锅炉制造焊缝相控阵新技术的应用分析

焦瑞华

（太原锅炉集团有限公司，山西 太原 030008）

在锅炉制造及安装期间需应用到大量的焊接工艺，因此焊缝对锅炉后期安全与平稳运行具有直接的影响。其中，锅炉不同焊缝结构具有明显差异性，因焊接厚度较大往往出现未熔合或裂缝等问题，无法从根本上保障焊缝质量。随着焊接工艺的快速发展，焊缝相控阵新技术也被大量应用锅炉制造中，从根本上提升了焊缝检测效率，并对及时处理焊缝缺陷，确保锅炉安全运行具有重要的意义。

1 锅炉制造焊缝相控阵新技术原理

锅炉制造焊缝相控阵主要由发射相控及接收相控两个部分构成。其中，发射相控主要就是指利用电子技术来调节阵元相位以及超声波的实际强度，从而实现焦点位置以及聚焦方向等动态化调节目标，进行聚焦式相控；接受相控主要就是发射相控的逆过程，与发射相控相同，均是利用较为先进的电子技术，从而对加工后的信号进行相控处理，准确获取到信号的位置以及具体特征。

2 锅炉制造焊缝相控阵成像技术特征

在锅炉制造焊缝相控阵成像技术中，需对焊缝或某一物体进行成像，因此要求检测设备具有声束扫描的功能。现阶段被广泛应用到的扫描技术分为机械扫描及电子扫描两种，而焊缝相控阵新技术则是将此两种扫描技术进行有机的结合，通过一定控制换能装置以及其中阵元激励，改变阵元发射声波以及其与物体之间所存在着的相位关系，并以此达到聚焦点以及声束变化方向的实时检测目的，形成完整的焊缝相控阵行为。

由于焊缝相控阵内的延迟时间可随着时间的推移出现一定的动态变化，因此在应用焊缝相控阵期间的探头装置也采用了其声束角度以及动态聚焦的特征。其中，焊缝相控阵技术内不同阵元受到脉冲影响而出现不同延迟时间上的变化，用以控制及延迟实际偏移角度与焦点。同时，在焊缝相控阵新技术的实际应用过程中，焦点的转移也可实现二维成像。因此为更好的进行动态聚焦，焊缝相控阵装置就需依照波束聚特征，针对不同阵元发射信号，以此达到延迟控制方向的目的。锅炉制造中各阵元信号经过相互延迟及叠加，形成特定方向的反射回波，并以此从根本上提升检测图像的实际分辨力，保障锅炉焊接作业的精准性。

3 锅炉制造焊缝相控阵新技术的实际应用

在锅炉制造焊缝相控阵新技术中，多晶片探头以及其他晶片的激励均由计算机处理系统控制。其中，压电复合晶片在接触到激励作用时会产生一定的超声聚焦波束，而此波束内的各项参数也可由计算机软件进行直接的调控。由此可见，焊缝相控阵检测质量及效率与常规检测技术相比较高。

3.1 焊缝相控阵模拟仿真软件

在锅炉制造焊接期间，经常会遇到诸如管座接头等较为复杂的焊接工艺，因此应用传统检测技术难以做到对焊缝的全面检测。而应用焊缝相控阵新技术对复杂焊缝进行检测时，可应用到焊缝相控阵仿真软件，提升超声波传播路径的可视化程度，并使相关工作人员能够更加清楚以及准确的观测到焊缝具体情况与其在实际焊接过程中存在的问题，对锅炉制造的焊接进行辅助识别以及缺陷信号的处理及分析，对原有检测方式进行优化及完善，找寻出探头形状以及最优延迟法则，进而从根本上提升焊缝相控阵新技术在实际应用过程中的高效性。

3.2 焊缝相控阵检测及视图

锅炉制造焊缝相控阵新技术内部扫查装置的移动及相控阵波束方向组合成了其特殊的扫查方式。由此可见，在锅炉制作期间选择适当的扫查方式可极大程度上检测缺陷，并对其进行定量。在焊缝相控阵新技术中，主要采用线性扫描方式，依照一条线性路径对焊缝进行进一步扫描，将所有数据均沿着单一的轴进行汇总时，需使用相应的扫描编码装置。值得注意的是，线性扫查装置应结合锅炉制造要求及焊接工艺的实际内容调节其扫差速度、扫查轴以及编码装置的实际分辨率。

举例而言，在对某一亚临界机组锅炉焊缝进行检测时，可将锅炉制造焊缝相控阵新技术应用在锅炉内汽包安全阀、蒸汽管道以及再热管道的焊缝检测上，并对所发现的缺陷部位进行及时记录以及全面分析，基于实际检测结果及其具体成像情况，对焊缝缺陷处进行及时的维护。

4 锅炉制造焊缝相控阵新技术与常规技术的对比分析

在锅炉制造焊接过程中，焊缝可具有多种结构特征，由于部分焊缝在锅炉实际运行期间会产生一定的交变应力作用，因此在实际焊接期间会因焊接疲劳而产生扩展效应。随着锅炉运行时间的逐渐延长，扩展效应也会逐渐演变为开裂甚至是裂缝，大大提升了锅炉的运行风险性。但就目前来看，对于锅炉制造中扩展效应的检测依然是一个难点。原有检测技术在实际应用过程中检测手段较为复杂，因此应用焊缝相控阵新技术已然成为相关工作人员关注的重点。

4.1 锅炉制造焊缝常规检测技术应用局限性

在锅炉制造焊缝的常规检测技术应用期间无法准确的检测较为复杂的焊缝结构，同时受到结构曲壁、壁厚等因素的影响，其在实际检测期间也会出现信号识别难度较大，缺陷位置定位较为困难等问题，难以从根本上保障焊缝的质量，造成锅炉后期运行风险性较高。

4.2 锅炉制造焊缝相控阵新技术的优质

相较于常规焊缝检测技术相比，锅炉制造焊缝相控阵新技术主要具有以下优势：第一，具有更大的扫描范围以及多角度的选择，并可覆盖到常规检测技术中覆盖不到的位置，其实际的检测盲区较小；第二，锅炉制造焊缝相控阵新技术可对缺陷部位成像，并可清楚的看到缺陷信息位置以及图像特征，从而更好的判断出缺陷类型以及成因；第三，利用锅炉制造焊缝相控阵新技术内部的分层聚焦方式或特定部位聚焦方式，也可在原有基础上提升焊缝缺陷检测效率，并以此实现点面聚焦。

与此同时，在锅炉制造焊缝相控阵新技术中也实现了超声波声束角度、焦距以及焦点的尺寸控制，因此从一定角度而言，锅炉制造焊缝相控阵新技术与常规检测技术相比，具有以下特征。

锅炉制造焊缝相控阵新技术下所生成的声束角度以及聚焦深度调控，可更好的进行复杂锅炉结构以及盲区缺陷的检测；第二，基于局部晶片可对焊接过程中声场进行全方位控制，并可有效提升电子扫描的效率，实现对裂缝的高速以及全方位检测；第三，通过同一脉冲电压来驱动阵列单元，其声场强度也远超过了常规焊缝检测技术，切实提升了检测频率。

5 锅炉制造焊缝相控阵新技术前景分析

锅炉制造焊缝相控阵新技术具有检测精度高、缺陷成像分辨率高以及定位准确等优势，因此被大量应用在复杂焊缝的实际检测过程中，对提高设备的无损检测具有重要的意义。现阶段锅炉制造焊缝相控阵新技术也可被应用在其他设备的检测中，诸如小管径焊缝检测及纵向型叶根检测等。其中，锅炉制造焊缝相控阵新技术可小径管道进行高效的无损害检测，降低漏检效率，实现各类检测信息的存储。而纵树型检测则基于叶根及叶神的变化，将锅炉制造焊缝相控阵探头放置与叶片的相应位置，从而进行高效的扇形扫查，提升实际检测效率。

6 结语

总而言之，锅炉制造中焊缝相控阵新技术能够依据波束方向以及焦距的变换，提升焊缝检测结果的准确性以及自适应性。其中，焊缝相控阵新技术也可有效检测各类直径及厚度的锅炉，为保障锅炉平稳运行，提升锅炉使用年限奠定了坚实的基础。因此为充分发挥出焊缝相控阵新技术的积极作用，要求相关工作人员能够认清该项技术在实际应用期间的难点及注意事项，结合锅炉制造的具体要求，提升焊缝相控阵技术在实施期间的经济效益及安全效益。