摘要：针对大型的锅炉主蒸汽管道的检验检测，超声波技术具有很大的优越性。本文提出了检验把控要点和技术要求。并且通过实例锅炉主蒸汽管道的检测，具有准确性和高效性，对检测质量安全发挥着积极的作用。
关键词：锅炉 主蒸汽管道 超声波检测 技术要点
一、引言
超声波检测是特种设备五大常规无损检测技术之一，是目前国内外应用最广泛、使用频率最高并且发展较快，非常成熟的无损检测技术，它应用于设备材料内部埋藏缺陷的检测和准确定位，也是产品制造中实现质量控制、节约原材料、改进工艺、提高生产率的主要手段，我国特种设备相关法规标准中，对于锅炉、压力容器、压力管道的设计、制造、安装、修理、改造、检验等环节均提出了超声检测的要求。
二、超声波检测的原理
超声波检测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。如果材料中有气孔、裂纹、未焊透、未熔合、分层或夹杂，超声波传播到金属与缺陷的界面处时，就会全部或部分反射。反射回来的超声波被探头接收，通过仪器内部的电路处理，在仪器的荧光屏上就会显示出不同高度和有一定间距的波形。可以根据波形的变化特征判断缺陷在工件中的深度、位置和形状。它一般可分四类（1）脉冲反射法（2）衍射时差法TOFD（3）穿透法（4）共振法
检测锅炉、压力容器、压力管道通常使用脉冲反射法（A超），它有纵波探伤和横波探伤两种。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、超声波检测的特点
1、超声波声束能集中在特定的方向上，在介质中沿直线传播，具有良好的指向性。适用于金属材料、非金属材料和复合材料等多种试件的无损检测。
2、超声波在介质中传播过程中，会发生衰减和散射。
3、超声波在异种介质的界面上将产生反射、折射和波型转换。利用这些特性，可以获得从缺陷界面反射回来的反射波，从而达到探测缺陷的目的。
4、超声波的能量集中，对设备内埋藏缺陷定位准确：灵敏度高，壳检测出设备内部尺寸很小的缺陷。
5、超声波穿透能力强，在固体中的传输损失很小，探测深度大，由于超声波在异质界面上会发生反射、折射等现象，尤其是不能直接通过气体和固体之间界面。
6、设备轻便实用，便于高空作业和狭小空间检测，检测成本低，对人体及环境无害等。
实例：对某公司的75t/h电站锅炉（型号：YG-75/3.82-M1）进行主蒸汽管进行检测。主蒸汽管道材质为15CrMoG，规格分别为Φ273×12mm，如图1所示。其中在检测编号为HF1的环焊缝时发现存在一处缺陷，该缺陷位于环焊缝的正视图，如图2所示（图中加粗部位为缺陷）。
图2 正视图
1、 检测实施技术要求
根据《锅炉安全技术监察规程》、《锅炉定期检验规则》、《压力管道定期检验方案》的要求对主蒸汽管道的环焊缝按比例进行超声波检测，选用武汉中科超声波数字检测仪HS610e，探头选用5P6×6 K3、5P6×6 K1，采用一次反射法单面双侧进行“W”扫查纵向缺陷，灵敏度提高6dB进行斜平扫查横向缺陷。
按照NB/T 47013.3-2015附录P的要求进行声能传输损耗差的测定，予以现场检测灵敏度的补偿。采用5P6×6K3探头在编号为HF1环焊缝两侧进行扫查均发现一处纵向缺陷，该缺陷回波起波速度很快，探头前后移动时，波形较稳定，转动或摆动探头时，波形消失较快。从静态波形来看，回波单一，反射率高；从动态波形来看，有一定的延伸长度且回波高度变化不显著，具有规则的长条形缺陷特征，焊缝两侧检测时波幅有较大差别。最大波幅超过定量线接近判废线，位于Ⅱ区。然后换用5P6×6 K1探头同样按照上述步骤进行扫查，同样发现该纵向缺陷，起波速度略快，波幅位于Ⅱ区。
焊缝外表面宽度为22mm，该缺陷的反射波显示为水平距离经测量离焊缝中心处9mm，深度为3.4mm，长度为12mm，高度为1.7mm。缺陷高度的测定采用-6dB法测定，由于现场直射波检测时缺陷的反射回波高度不如一次反射波，所以采用一次反射波进行测定，但由于波的扩散测定的数据误差有所增大。
2、超声波检测反射回波的分析
采用K3探头直射法扫查时，静态波形为独立回波且陡直尖锐，波幅较高；动态回波包络面较为平滑，探头前后和左右扫查时，一开始波幅平滑的由零上升到峰值，继续移动时，波幅基本不变，最后又平滑降为零，这些恰好都是平面反射体的典型特征。为了再现和进一步分析该缺陷，又采用K1探头进行扫查，根据扫查结果和该缺陷所处部位基本确认为未熔合，但是两种K值探头扫查的波幅高度是不一样的，由于K3探头扫查时用的是直射波发现的，而K1探头则是一次反射波发现的，这样一来K1探头比K3探头的声程要大，声能损失有所增大，回波波幅自然就会有所降低，这一点理论上是可以解释的。从显示数据和回波特征初步估判该缺陷为坡口未熔合缺陷。但是由于超声检测对缺陷定性是受很多因素影响，为了确保缺陷的真实性质，又通过X射线对该缺陷进行检测，通过射线检测底片显示证实该缺陷确实为坡口未熔合，经相互印证，符合缺陷的基本情况。
3、焊接缺陷产生因素
（1）坡口加工精度不够或装配不当；
（2）焊接参数选用不恰当，导致电流过小或电弧过长；
（3）焊道层间清理不干净，存有杂质。
四、结束语
对锅炉进行内部检验时，针对主蒸汽管道的对接焊缝进行超声波检测是很有必要的。因为锅炉在安装过程中的焊接接头允许存在不超标的埋藏缺陷和运行过程中产生的新生埋藏缺陷都有可能造成严重事故隐患。使用超声波检测现场操作方便、快捷且检测裂纹类缺陷的灵敏度高，是在用检验检测中非常好的检测方法，但是要求检测人员对材料、焊接因素、运行状况的熟知情况和反射波的分析要求较高。
论文作者:史万义,李俊锋
论文发表刊物:《防护工程》2019年第1期
论文发表时间:2019/4/29
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