摘要：近几年来，我国的电力实业发展迅猛，为了满足人们的生产和生活需要，相关人员一直致力于提高电力工程的可靠性和稳定性，其中超声波无损检测技术被广泛应用到发电设备和输电线路的检测中，不断提升电力工程建设的质量，保障电网安全平稳运行。
关键词：超声检测；电力工程；电力设备；输电线路
1超声波无损检测概述
无损检测技术中的超声检测方法是利用0.5～10MHz频率的超声波穿透零部件，形成折射、反射、衍射回波，通过分析回波的位置、高度、波形以及动、静态的特征来确定零部件内部和表面缺陷的位置、大小及缺陷形态的一种无损检测方法。超声波的频率高，传播直线性好，并且在两种不同介质的界面极易于反射，为利用超声波技术进行零部件内部的无损检测提供理论支持。
超声波检测的灵敏度较高，设备轻便，适应性好，成本较低，操作安全，能对缺陷进行定位和定量。目前，超声波检测是电力系统中应用最为广泛的一种无损检测技术，适用于检测发电设备和输电线路中的板材、管材、高温紧固件螺栓、大中径厚壁管对接焊缝、角焊缝和 T 型焊缝以及磁绝缘子等，可以检测出的缺陷有分层、气孔、缩孔、未焊透、未熔合、夹渣、裂纹等。
2.超声波无损检测相关的技术在电力工程中的应用
2.1超声波无损检测相关技术
超声波无损检测技术按超声波的产生和应用特性可分为A型脉冲超声波检测技术、相控阵超声波检测技术、超声波衍射时差检测技术（TOFD）、电磁超声波技术、激光超声波技术等。
2.1.1 A型脉冲超声波检测技术
A型脉冲超声波检测技术是最基本的超声波无损检测技术，该技术在进行检测时，超声波检测仪产生电脉冲信号，通过超声波探头转化成超声波脉冲信号，在超声波探头与待测零部件表面接触良好的情况下，超声波脉冲信号通过超声波探头传入待测零部件内部，当超声波脉冲信号遇到缺陷界面时发生反射，超声波探头接收到反射回来的超声波信号，并将其转化为电信号显示到屏幕上，从而反映出零部件内部的缺陷情况。A型脉冲超声波检测技术原理简单、使用便捷、适用性强，是目前应用最广的超声波无损检测技术。
2.1.2 相控阵超声波检测技术
相控阵超声波检测技术是通过控制换能器阵列中各阵元的激励脉冲的时间延迟，改变由各阵元发射超声波到达物体内某点时的相位关系，实现聚焦点和声束方位的变化，并通过对接收反射信号的分析计算，完成电子成像的技术[1]。相控阵超声波检测探头包含若干个较小尺寸的探头单元，并有序排列形成阵列，如线形阵列、环形阵列、矩形阵列等。相控阵超声波检测可以同时拥有许多角度的超声波，检测效率更高，且适用于复杂工件的检测。相控阵探头拥有聚焦功能，所以相控阵检测较常规超声检测灵敏度和分辨率更高。另外，相控阵检测可以同时拥有B扫、D扫、S扫等，可以通过建模，建立一个三维立体图形，缺陷显示非常直观。
2.1.3 超声波衍射时差检测技术（TOFD）
衍射时差法（TOFD）是一种新型超声波无损检测方法，主要根据缺陷端部产生的衍射信号之间的时间差对缺陷进行定位和定量分析[2]。当超声波入射到裂纹状缺陷上时，声波的能量主要以反射波和透射波的形式存在，此外，超声波还会在缺陷的两个尖端产生衍射现象，以裂纹尖端为中心向四周辐射能量，虽然衍射波能量很低，但因其传播没有明显的指向性，声波更易于接收，而且衍射信号之间的时间差可以反映出空间位置的差异，所以利用衍射波可以对缺陷进行检测和定量分析。TOFD技术对缺陷的检测与定量与缺陷的取向无关，缺陷检出率和定量精度均高于常规超声检测技术。TOFD设备操作简单快捷，不需做锯齿扫查，检测效率高，操作成本低。另外检测信号经过处理转化成TOFD图像，利于缺陷的识别和分析，扫描信号可全程记录，数据可长期保存。
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2.1.4 其它超声波检测技术
电磁超声波技术是指在靠近材料表面的位置激发磁场产生超声波振动进行检测的技术。检测探头中具有强铁磁材料与高频线圈，当线圈通入高频电流时，材料表面会受到高强度电流与磁场的影响，使材料粒子发生振动，产生超声波。
激光超声技术是超声检测的另一个新的方向，原理是用受调制的高能量激光脉冲照射被测材料表面，使固体表面产生热特性区，小热层会在材料内部向四周热扩散产生热应力，通过这种热应力激励出超声波，并利用多普勒效应原理等光学方法接收超声波的一种新型无损检测方法。激光超声检测优点是无需耦合剂，不需要精确地控制表面和换能器之间的角度，检测点很小，适用于非接触检测形状复杂或尺寸较小的工件。其缺点是超声接收系统复杂、灵敏度低、体积庞大、造价昂贵，且需要严格的激光防护措施[3]。
2.2超声波无损检测在电力工程中的应用
2.2.1在发电设备中的应用
锅炉、汽轮机、发电机是火力发电厂的三大主机，其质量好坏直接影响到发电厂能否安全平稳运行。为确保三大主机尤其是压力容器类产品的安全质量，从其使用的原材料到产品在役期间，都要进行无损检测，其中内部缺陷检测，以超声波无损检测为主。对于复杂形状工件，如汽轮机转子叶根、轮槽等，难以用普通单一的探头进行检测，此时可以使用超声波相控阵检测技术，可在不更换检测设备、探头的情况下进行检测，既提高检测效率，又提高缺陷检出率[4]。另外，在发电设备中存在着大量的不规则焊缝，使用相控阵技术检测，可覆盖全部焊缝区域。对于压力容器、管道的本体及焊缝检测，使用TOFD技术可以有效提高检测效率和缺陷检出率，缩短设备停运时间。
2.2.2在输电线路中的应用
改革开放以来，我国电力系统的快速发展，总发电量已跃居世界第一，输电线路总长也超过了100万千米。为保证输电线路平稳可靠运行，避免突发及长时间的断网检修，在建设和使用过程中应对铁塔、钢管、绝缘子等承力、耐压物资进行无损检测。输电线路铁塔、钢管要求对一级、二级焊缝的内部质量进行超声波检测，如插接杆外套管插接部位纵向焊缝、环向对接焊缝、连接挂线板连接焊缝、法兰与杆体连接角焊缝等，此类焊缝外形复杂，常使用相控阵超声波检测技术。线路柱式绝缘子因其生产工艺特点，易形成瓷件内部缺陷，利用超声波检测技术可以在早期发现线路柱式绝缘子及瓷套中存在的缺陷。对线路柱式绝缘子进行超声波无损检测主要使用A型脉冲超声波检测技术，探头采用纵波斜探头。
3超声波无损检测技术在电力工程中的发展前景
在现代电力工程建设中，无损检测技术的作用是非常重要的，而超声波无损检测技术因其非破坏性、便捷性、可靠性等优点得到了广泛的应用。随着科学技术的创新与进步，超声波无损检测技术得到进一步发展，并逐渐向数字化、智能化以及图像化等方向改进。同时，超声波无损检测技术也存在专业性强、对操作人员要求高、检测效率低等缺点，所以在电力工程中，还要做好以下工作：
（1）强化对超声波无损检测工作的重视；
（2）做好无损检测人员的培训及资格认定工作；
（3）加强对无损检测设备的维护与更新；
（4）对超声波无损检测技术适当优化改进以适应电力工程建设，提高检测效率及缺陷检出率。
参考文献：
[1] 冯若.超声手册[M].南京：南京大学出版社，1999.
[2] 姜华.超声波衍射时差法（TOFD）在焊缝检测中原理及应用分析[J].城市建设理论研究（电子版），2012（18）.
[3] 苑美实，骆令海.无损检测技术在电力系统中的应用[J].科学技术创新，2018（21）：159-160.
[4] 朱国斌.超声相控阵技术在电力工业无损检测中的应用[J].河南科技，2019（04）：76-78.
论文作者:刘黎明
论文发表刊物:《基层建设》2019年第25期
论文发表时间:2019/12/9
标签：超声波论文; 检测技术论文; 相控阵论文; 缺陷论文; 超声论文; 脉冲论文; 技术论文; 《基层建设》2019年第25期论文;