摘要：超声波检测也叫超声检测，Ultrasonic Testing缩写UT，超声波探伤，是五种常规无损检测方法的一种。
关键词：超声波 压力容器 检测
一、超声波探伤介绍
超声波探伤优点是检测厚度大、灵敏度高、速度快、成本低、对人体无害，能对缺陷进行定位和定量。超声波探伤对缺陷的显示不直观，探伤技术难度大，容易受到主客观因素影响，以及探伤结果不便于保存，超声波检测对工作表面要求平滑，要求富有经验的检验人员才能辨别缺陷种类、适合于厚度较大的零件检验，使超声波探伤也具有其局限性。
超声波探伤仪的种类繁多，但脉冲反射式超声波探伤仪应用最广。一般在均匀材料中，缺陷的存在将造成材料不连续，这种不连续往往有造成声阻抗的不一致，由反射定理我们知道，超声波在两种不同声阻抗的介质的界面上会发生反射。反射回来的能量的大小与交界面两边介质声阻抗的差异和交界面的取向、大小有关。脉冲反射式超声波探伤仪就是根据这个原理设计的。
脉冲反射式超声波探伤仪大部分都是A扫描式的，所谓A扫描显示方式即显示器的横坐标是超声波在被检测材料中的传播时间或者传播距离，纵坐标是超声波反射波的幅值。譬如，在一个工件中存在一个缺陷，由于缺陷的存在，造成了缺陷和材料之间形成了一个不同介质之间的交界面，交界面之间的声阻抗不同，当发射的超声波遇到这个界面之后就会发生反射，反射回来的能量又被探头接收到，在显示器屏幕中横坐标的一定的位置就会显示出来一个反射波的波形，横坐标的这个位置就是缺陷波在被检测材料中的深度。这个反射波的高度和形状因不同的缺陷而不同，反映了缺陷的性质。
二、超声波探伤原理
超声波探伤是利用材料及其缺陷的声学性能差异对超声波传播波形反射情况和穿透时间的能量变化来检验材料内部缺陷的无损检测方法。
脉冲反射法在垂直探伤时用纵波，在斜射探伤时用横波。脉冲反射法有纵波探伤和横波探伤。在超声波仪器示波屏上，以横坐标代表声波的传播时间，以纵坐标表示回波信号幅度。对于同一均匀介质，脉冲波的传播时间与声程成正比。因此可由缺陷回波信号的出现判断缺陷的存在；又可由回波信号出现的位置来确定缺陷距探测面的距离，实现缺陷定位；通过回波幅度来判断缺陷的当量大小。
三、检测步骤
1、检测前的准备
①熟悉被捡工件（工件名称、材质、规格、坡口形式、焊接方法、热处理状态、工件表面状态、检测标准、合格级别、检测比例等）；
②选择仪器和探头（根据标准规定及现场情况，确定探伤仪、探头、试块、扫描比例、探测灵敏度、探测方式）
③仪器的校准（在仪器开始使用时，对仪器的水平线性和垂直线性进行测定。）
④探头的校准（进行前沿、折射角、主声束偏离、灵敏度余量和分辨力校准。）
⑤仪器的调整（时基线刻度可按比例调节为代表脉冲回波的水平距离、深度或声程。）
⑥灵敏度的调节（在对比试块或其他等效试块上对灵敏度进行校验。）
2、检测操作
①母材的检验：检验前应测量管壁厚度，至少每隔90°测量一点，以便检验时参考。将无缺陷处二次底波调节到荧光屏满刻度做为检测灵敏度；
②焊接接头的检验：扫查灵敏度应不低于评定线（EL线）灵敏度，探头的扫查速度不应超过150mm/s，扫查时相邻两次探头移动间隔应保证至少有10%的重叠。
3、检验结果及评级：根据缺陷性质、幅度、指示长度依据相关标准评级。
4、对仪器设备进行校核复验。
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5、出具检测报告
四、锅炉压力容器内壁裂纹超声波检测
锅炉压力容器内壁裂纹超声波检测原理是根据现有的检测设备条件,结合被检工件的规格 、结构形状和产生裂纹的必然形态、拟采用小 K值与大 K值两种斜探头相结合的超声波检测方案 ,以确定容器内壁是否存在应力裂纹, 及推断减温器喷水管根部是否存在泄漏 。
（1）纵波检测
采用 2.5 MHz, 直径为 20 mm的直探头, 置于容器外圆面 ,用直接接触法作周向或轴向 100%扫查 。检测灵敏度为 2平底孔当量直径, 可利用容器完好部位内圆孔的大圆柱底面回波调节得到。
（2）环向缺陷的横波检测
同一容器的检验 ,先后采用 K1、K3探头进行扫查 ,对缺陷相互验证。用 K1探头对管座沿纵向和周向进行扫查 ,探头周向扫查较难实现良好的耦合,以轴向扫查为主。如内壁有龟状裂纹存在 , K1探头扫查显示波为壁厚深度的端角反射波, 其波高与同厚度试块端角反射相近 。在此扫查灵敏度下 , 对于裂纹深度根部处往往无反射波 。 K1探头扫查的目的是判断内壁是否开口 ,裂纹深度定量困难 。屏幕显示的最高波总是在壁厚深度位置上, 而且随着探头的移动, 缺陷波不断出现 。用 K3探头对管座进行扫查, 周向和纵向相结合, 以纵向扫查为主 。在周向上扫查时因外形结构的影响 ,对反射波的定性与定位分析较困难。由于其 K值较大, 龟状裂纹较深较密 ,往往无法获得内壁处裂纹开口处端角的反射波 。在裂纹扩展的根部,反射波更趋近于垂直反射 ,反射信号最强。显示屏显示的主要是裂纹根部的反射波 ,在裂纹分布较密集的情况下, 探头前后移动时 ,由于相邻裂纹缺陷波的干扰 ,管座内壁的反射波消失 ,而另外的裂纹根部反射波进入显示屏 ,可对裂纹进行开裂深度的定量 。
（3）缺陷的定量测定与评定
检测中发现了缺陷波 ,利用前后 、左右移动探头的方法 ,找到缺陷的最高回波, 然后根据不同探头定出缺陷的当量值 ,直探头探测时定出缺陷回波的平底孔当量值 , K1和 K3斜探头探测时 , 根据检测灵敏度定出缺陷回波高所在的距离一波幅区域及波高分贝值.
五、锅炉压力容器封头管板裂纹的超声波检测
（1）扫描速度和仪器灵敏度的调整
由于锅筒封头管板管孔很多, 且被检管板厚度一般都是 20 mm左右, K值的选择入射角度为 50°左右为宜。为达到检测的规范性,可制作参考试块 ,其尺寸按被检板厚、孔径、孔距确定。扫描速度的调整 ,可在标准试块 CSK-1A上调整 , 也可利用参考试块摸拟管孔的上下端角信号调整。由于管孔的间距较小 ,调整后至少使二次波能呈现在荧光屏上 。灵敏度的调整,按照最大灵敏度原则 ,结合参考试块摸拟管孔人工裂纹最大反射信号调整到荧光屏满刻度的 50%,同时测出管板表面粗糙度的声能损失 dB差, 也可用以前切割下来的钢板上的自然小裂纹调整灵敏度 。
（2）扫查方式和裂纹的判断
探头前后移动 ,反射信号游动范围内平稳清晰。把探头放置在裂纹两侧垂直于裂纹的直线上, 且至裂纹的距离相同。探测时,可得到形状近似 、位置相同的反射信号 。固有信号和裂纹信号的波形动态过程:探头顺孔径方向放置, 找到孔边端角最强信号K,然后探头向裂纹位置逐渐偏转 ,孔边端角信号逐渐下降,若在其稍后的位置逐渐升起一个信号,而且当该信号最强时,孔边端角信号消失,则该信号即是裂纹信号 。探头再往回偏转时,出现相反过程。
3、结语
现今，随着科学技术的发展在工业生产中已有很多无损检测方法，如磁粉、渗透、超声波和射线探伤等。相对于诸多的无损检测技术，对于锅炉压力容器超声波还是有其不可比拟的优势。在设备的缺陷监测中有三个关键性数据，分别为缺陷距表面距离、缺陷之间的距离、壁厚的径向长度。曾有英国研究者对于容器的损害事件进行监测，结果表明由于内部裂纹的扩展所引起的工件损害占总数的比例高达89.3% 。超声波可以对工件的内部缺陷准确定位，其对裂纹等面积性缺陷敏感。超声波的物理性质决定了检测性能，波长短，指向性好，对缺陷的分辨率高。通过超声波无损检测技术可以及时准确检测工件的缺陷，确保工件的输出质量。
参考文献：
[1]黄健.数字超声波探伤仪在液化气储罐探伤中的应用[J].测控技术,2008,27(6).
[2]孙齐松,王新华,许晓东等.铸坯在加热炉停留时间对中厚板探伤合格率的影响[J].北京科技大学学报,2008,30(5)..
[3]郭伟.超声波探伤不确定度的分析探讨.宁夏机械，2010.
论文作者:陈国抗
论文发表刊物:《基层建设》2017年第24期
论文发表时间:2017/11/28
标签：裂纹论文; 超声波论文; 缺陷论文; 反射论文; 灵敏度论文; 回波论文; 信号论文; 《基层建设》2017年第24期论文;