超声相控阵技术在电站锅炉管座环焊缝检测中的应用

◇本溪市特种设备监督检验所 何庆昌 裴丽娜 张勇 于淼 邓学民

本文以管座环焊缝的结构特征分析为出发点，结合某公司电站锅炉检验实际，探讨了管座环焊缝超声检测的技术难点，并对于超声相控阵技术在电站锅炉管座环焊缝检测中的应用进行了分析，以期实现保障超声相控阵技术在具体检测之中的运用效果。

锅炉管座环焊缝是电站锅炉各项部件中的一个重要结构，它的数量较多，在管道连接位置中能够得以体现，但在接头质量方面不易获得保障，也是目前阶段检验锅炉中，经常出现问题的部位。而超声相控阵技术，能够对以往检测技术的不足之处进行突破，以此提高检测质量，确保电站锅炉安全性。

一、管座环焊缝的结构特征

电站锅炉管座焊缝的结构特征为，内部存在气孔、夹渣及大量裂纹，且存在未焊透、未熔合的情况。同时，在圆弧面上的管座，由于焊缝形状复杂，尤其在使用后，出现大量疲劳裂纹严重的情况下，会发生事故，出现管座爆管泄露的情况，甚至引起不必要的伤亡。

二、管座环焊缝超声检测的技术难点

现阶段，超声检测为管座环焊缝所主要运用的检测方式，超声检测方式对于未能彻底焊透、以及产生裂缝问题等方面具备着很高的灵敏度，在操作过程中也不易于受到外界条件的干预，可产生较高的工作成效。管座环焊缝的主要结构较为复杂，在利用超声检测方式的过程之中，易于受焊接形式、以及壁厚等诸多因素的一定影响，同时也会受到探测部位的限制性，所以会致使缺陷信号在识别时存在着较大的困难程度，也不能够保障定位的精准性[2]。接头的类型较多，尤其对于各种接头位置所需运用的定位方式也有着明显的不同，同时，管座角焊缝大都数量庞大，集中在管道与管道的连接部位、集箱与管道的连接部位、锅筒等部位，以常规超声检测的方式进行检查通常会出现问题，难以保证焊接接头的质量，而且，管座角缝焊接也是在检验过程中存在问题最多的部位。常规超声检测中存在的缺陷在于，由于记录受人控制，因此，会发生误检、漏检的情况，为对这种现状进行改变，应选用可记录的相控阵超声技术，它的特点是能够对常规超声检测管座角焊缝进行覆盖，以此对制管环节焊缝内缺陷严重超标的问题，以及使用过程中安全隐患频发的问题进行避免，以减少不必要的经济损失。此外，在实施主管面探测的过程之中，结合超声波入射方向进行分析，其通常会随着曲率的改变而产生变化，所运用的曲率点也会体现出明显的差异，所以主管面探伤定位在此方面易于受到较大的影响。以上内容均为管座环焊缝超声检测过程之中的技术难点内容，应对于上述难点内容予以深化分析，以便更为针对性地运用好超声相控阵技术，保障电站锅炉管座环焊缝检测的效果。

三、超声相控阵技术在电站锅炉管座环焊缝检测中的应用

（一）超声相控阵检测系统。

超声相控阵检测系统在运作过程中，其主要是以把控电子激发的实际时间，变化探头角度的主要性质，确保可以充分覆盖至检测面上，在进行检测时不必移动探头就能够进行检测，并且利于保障检测具备较高程度的标准性以及可靠性。因相控阵检测方式为一种“一次性的检查方式”，所以强调于各种深度、以及角度的检测存在明显的不同，包括各种角度、以及深度的同样大小的缺陷问题的表现一致，所选用的超声相控阵检测系统务必要具备着角度、以及深度方面的补偿作用。除此之外，为切实保障检测的准确度，防范缺陷识别难度情况的发生，还需具备结构仿真、以及反射回波叠加等诸多方面的功能，以此提高相控阵检测系统的检测效率。

（二）管道焊接相控阵检测工艺。

相控阵探头是晶片体，其具体激发时间能够调节，通过把控焦点等诸多参数的一种晶片阵列，针对于晶片阵列的类型主要包括面阵、以及线阵这两种类型，以变化晶片的聚焦法，能够促进波速的偏转以及聚焦，同时，这也能够当作是相控阵技术实施充分扫描的主要原理。在超声相控阵探头的各项参数之中，和具体运用之间存在关联的即为楔块参数、以及频率参数等，而且，能够激发的晶片越多，则探头功率就会越强，需针对于尺寸的实际大小，选用最为适宜的晶片，并确定合理的数量，而四大管道则通常选用24晶片的这种探头，相控阵探头适用于各种类型的楔块，对于横波以及纵波进行合理的检测。现阶段，随着检测技术的不断完善，对于检测灵敏度的明确，则能够根据超声检测时的相关标准来加以实施。再者，由于相控阵超声检测能够在同一时间对多个角度进行显示，所以能够有效提高扫描效果，而且实际深度S扫描能够存储数据，确保现场检测工作量的减少，并能够重复及快速设置，确保成像效果更好。而在采用CIVA仿真模拟软件进行检测的过程中，可以实际指导检测工作，并通过仿真模拟对检测效果进行分析，以此保证检测质量。此外，在模拟工件角焊缝中，可以通过未焊缝缺陷，开展二次波检测，确保得到准确的显示结果。

（三）焊缝工艺参数。

超声相控阵技术还具有重复性检测的特点，能够完整显示记录存储的图像，通过对图像的扫描，可以直观分析焊缝的缺陷及结构变化。而在管道焊缝检测过程之中，应先明确焊接的主要方式、以及坡口型式，并且还需尽可能了解焊缝成型的主要状况。工厂所制造的焊缝均为自动焊，此种成型一般较佳，在安装焊缝时通常都为手工焊，应切实了解焊接成型状况对于最终检测结果所产生的影响，而坡口型式，则通常以双V性、以及V型这两种较易多见[3]。工作人员要根据实际情况选择适合的焊缝方式，并结合不同的工作内容选择不同的管材，还应根据管材的实际情况选择适合的焊缝工艺，从而进一步保证管座环焊缝工作的工作质量。

（四）扫查方法。

较比超声波检测方式，相控阵检测和其之间有着显著的差异，这主要体现在后者在实施检测时，应提高更换移动探头的效率，可以先明确探头楔块之前端和焊趾二者之间的距离，确保声束可覆盖至被检截面，而后沿向具体的方向实施移动，则能够实现有效的检测，能够以科学设定探头处的各项参数，变化楔块之前端以及焊趾二者之间的实际距离，确保发射声束能够覆盖至具体的区域之中[4]。而在实施检测时，还能够以定位磁条来确保探头位置处在不改变的状态之下，并且为确保缺陷定位的精准性，还需和编码器之间相连接，而后沿着轴线移动探头实施准确的检测。而且，由于电站锅炉检验环境较为恶劣，需要高空作业，且管座焊缝部位空间狭小，这进一步增加了检测难度。手动相控阵超声检测具有较强的灵活性，能够进行单线扫查，并通过专用扫查器进行自动检测，可以在难以检测的位置替代人工扫查，提高检测效果。

四、结束语

总而言之，超声相控阵检测技术在应用过程中，其所具备的优势特性较为明显，如焦距能够随意的变化，并能高效呈现显示结果，在检测过程中还具备着较好的适用性，因而在具体检测期间能够发挥出显著的效用。笔者在某公司电站锅炉安全阀管座的检验中，利用超声相控阵技术高质量地完成了特种设备检验工作，保障了企业用户安全生产。为用户缩短检验工期、降低生产成本、提升生产效率，受到企业用户高度赞誉。同时，通过深入研究此技术在特种设备检验中的应用，还可显著提升超声检测过程中的准确性，并保障最终结果的正确性，可将最终的检测结果更好地呈现出来，确保我市锅炉、压力容器等特种设备安全运行，处在安全运作的状态下。为服务民生、保障安全，为我市经济发展作出应有的贡献。