超声波探伤技术在锅炉压力容器检测中的应用

常英魁 齐孝杰 麻国栋 屈刚

海洋工程技术服务分公司 天津滨海 300450

1 超声波探伤技术的基本介绍

1.1 超声波探伤技术的检测原理

超声波的传播遵循一定的规律和特点，在均匀介质中超声波的传递路径为直线，而在非均匀介质中超声波与光传播相似，能够发生折射、反射或投射等现象，超声波传递路径也会发生显著变化，通过相关的仪器收集超声波的传播信号，针对收集信息进行处理分析，从而判断锅炉压力容器存在的缺陷。

1.2 超声波探伤方法

目前实际应用中常见的超声波探伤方法主要有脉冲反射法和共振法两种，两种超声波探伤方法的检测机制存在显著的不同。脉冲反射法顾名思义，即针对锅炉压力容器利用超声波发射极短时间的脉冲，收集反射回来的脉冲信号，处理分析后判断锅炉压力容器中是否存在缺陷及缺陷的类型，及时实施针对有效的解决措施；与脉冲反射法相比，共振检测方法的不足较为明显，特异性和灵敏性也相对较低，共振法主要是通过分析锅炉压力容器与超声波之间的共振频率变化进行检测，超声波能够在锅炉压力容器内部进行传播，而起本身的厚度能够与超声波产生共振，若锅炉压力容器完整性和密闭性良好，则共振频率则为相同数值，当共振频率发生改变后则表明锅炉压力容器存在缺陷，此种检测方法准确性不高，而且并非所有的被检测物体均能够与超声波产生共振，物体的厚度需大于超声半波长的整数倍，因此共振法的应用范围较窄，与缺陷检测相比更适用于检测物件的厚度。

2 锅炉压力容器检测中常见事故分析

2.1 锅炉压力容器设备设置问题

从检测工作的结果来看，由于锅炉压力容器在高压环境下运行，因此相关结构以及设备在设计方面，对强度、刚度进行了调整，确保其符合实际的使用要求。锅炉压力容器设备类型多样，结构复杂，因此在使用过程之中，极易发生锅炉压力容器强度不够或者刚度不足的情况，影响了整改压力容器的稳定性，造成泄漏，对生产人员带来了极大的人身威胁。

2.2 锅炉压力容器异物与辐射问题

在进行锅炉压力容器检验的过程之中，检验人员需要使用管盖对压力容器的关口进行密封处理。这是由于锅炉压力容器一旦出现密封性下降的问题，将会影响锅炉的工作效率，对检测效果的准确性带来不利的影响。同时锅炉压力容器的密封性如果遭到破坏，将会大大增加异物进入压力容器的机率，例如较为常见的炉渣、粉尘以及有毒物质等，在进入到锅炉压力容器之中，都会对相关设备的运行造成一定影响，带来不必要的经济财产损失，甚至对生产人员的人身安全产生不利影响，造成安全事故的发生。

2.3 运行环境缺陷与生产不规范

锅炉作为一种能力传递装置，在化工领域应用极为广泛，从实际使用情况来看，锅炉压力容器在运行过程之中，会出现空间不足以及通风不畅等诸多问题，造成锅炉运行环境的下降，无形之中，制约了锅炉的生产能力，对于企业生产成本的调控带来了极为不利的影响。

3 超声波探伤技术在锅炉压力容器检测中的应用

锅炉压力容器的制造过程中，由于受到生产工艺与生产技术等因素的限制，难免会出现一定程度的缺陷，这些缺陷的存在将给锅炉压力容器的使用安全留下隐患。锅炉压力容器在运行的过程中本身承受一定的压力，如果锅炉压力容器存在缺陷（包括制造遗留缺陷和使用过程中产生的缺陷），在应力的作用下，缺陷便会扩展，最终导致设备损坏，造成十分严重的后果，因此对在用锅炉压力容器进行探伤检测是必要的。

3.1 焊接接头超声波检测

在锅炉压力容器中，焊接连接是最为主要的连接形式，在焊接过程中受到各种因素的影响，难免产生缺陷，因此对焊接接头进行探伤检测十分重要。探伤检测的过程中，检测人员应该做到细致而全面，焊接接头探伤检测方法主要有深度定位法与水平定位法等。首先，需要选择适当的探头，接管一侧采用一次反射发和直射法，同时为了保证小管径内壁发射波的灵敏度和分辨率能够达到相应的探测条件，需要结合实际情况，对于不同壁厚的接管，采用具有针对性的焦距参数探头。其次，需要对探伤面进行确定。在进行横波检测之前，应当对区域极值进行一定程度上的估算，并据此画出相应的区域分界图，然后参照矢量加减法法则，先找到一侧反射探头移动距离的基准线，再确定基准线之后，再对两倍跨距以内的焊接接头区域进行探测。

3.2 板材超声波检测

首先是纵波检测，所选用的探头为直径 2cm 的2.5MHz 直探头，将其设置于外圆面，然后运用直接接触法进行轴向和周向检测。其次便是进行环形缺陷横波检测，检测主要选用 K1、K3两种探头，分别运用这两种探头进行扫描，将扫描结果进行相互验证。当内壁之中存在裂纹时，经过超声波探测之后显示器上便会显示端角反射曲线，且其沿着壁厚深度方向，其波高接近于实现准备好的试块参数。K1与 K3探头的探测重点具有一定的差异性，K1探头主要以定性扫描为主，主要作用是探测内壁中是否有开口的现象。K1探头也存在着一定的缺陷，它对裂纹深度的定量测评并不是十分理想；K3探头的主要作用是对管座进行扫描，且以纵向扫描为主。

总之，超声波探伤技术是目前广泛用于检测锅炉压力容器安全性的方法，效果显著具有明显的应用优势，超声波探伤技术具有分辨率高、定位准确的特点，能够快速、精准地检测出锅炉压力容器的缺陷，方便快捷且操作简单；但是就实际检测操作而言，往往受到多种因素的困扰，进而影响最终的检测质量。超声波检测技术作为一种无损检测技术，已经在工业领域得到有效推广应用，具体来说，该技术的优势是传统检测手段不能够比拟的，具有消耗成本低以及扫描精度高等优势。随着现代化科学技术的不断发展，超声波检测技术将会表现出更为强大的生命力。