电站锅炉小直径厚壁管内壁裂纹超声波检测

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摘 要：为了满足电厂用户对小直径厚壁管内壁现场无损检测的要求，现利用超声波纵波斜射法检测其内壁表面是否有裂纹信号显示。介绍纵波斜射法检测电站锅炉小直径厚壁管内壁裂纹的方法；重点阐述小直径厚壁管内壁裂纹超声波检测探头的选择原则，对比试块的制作，灵敏度的选择，验收标准的确定等。以过热器集箱管为例，通过对其内壁超声波检测实验，观察缺陷波形，检测缺陷位置、当量，为电厂锅炉安全运行排除隐患。

关键词：超声波检测；探头；小直径厚壁管；内壁缺陷

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.13.059

0 引言

某电厂机组为2×1000MW超超临界锅炉机组，机组为超超临界参数变压直流炉、全钢构架、全悬吊结构塔式锅炉。集箱是锅炉的重要组成部件，承受的载荷较为复杂。为了减少锅炉非计划停运，提高锅炉运行的可靠性和经济性，有必要对锅炉重点部位小径管内壁缺陷进行检测。

1 仪器和探头的选择

此次现场取样二级过热器出口集箱管，材质为SA-213T91，规格为?44.5×12.5mm。正确选择仪器和探头对于有效的发现缺陷，并对缺陷定位、定量和定性是至关重要的。

仪器选用由奥林巴斯公司生产、型号为EPOCH4-PLUS的A型脉冲反射式数字超声探伤仪。该仪器性能稳定、重复性好、可靠性高，盲区、分辨力、信噪比满足要求。

根据检测要求和现场条件，选择手工接触法检测小口径管，这种方法设备简单，操作方便，机动灵活性强。由于其管径小、曲率大、常规探头与管材接触面小、耦合不良，检测过程中波束有一定扩散，灵敏度降低，同时无法像水侵法消除表面盲区。因而试验所用探头应具备外形尺寸小、信噪比高、灵敏度高、扩散角小、盲区小的特点。

因样管厚度与外径比大于0.2，横波声束无法到达管材内壁，因此用横波实现实现整个管壁横截面的检测是很困难的，在被检管材尺寸使变形横波检测法也难以采用的情况下，为保证100%检测到内壁缺陷，采用纵波斜射法。选择第一临界角以下的小角度入射，进入管壁的超声波型既有纵波也有横波，但后者轻度很弱，检测主要以纵波为主。纵波斜射法的缺点是检测时显示的除折射纵波外，还存在折射横波在内壁上产生的多次反射回波，波形比较复杂。

定制双晶纵波聚焦斜探头，频率：5MHz，晶片尺寸：2（6×6）mm，折射角23°，聚焦F30，探头有机玻璃层加工成与管材表面相吻合的曲面（见图1）。

2 对比试块

采用现场取样管材无缺陷部分，用于检测校准以及评估缺陷的当量尺寸，以及将所检出的不连续信号与试块中已知反射体产生的信号相比较。为了尽可能与需检测的缺陷特征接近，模拟具有表面开口的线性缺陷的特点，用线切割方法在内壁加工不同深度的矩形槽，宽度为0.2mm，深度分比为：0.2mm、0.5mm、1.0mm、1.5mm，具体实物如图2所示。

3 灵敏度和评定标准

灵敏度评定：0.2mm深人工缺陷回波一次反射信号最大波幅处的50%波高为基础灵敏度；在基础灵敏度的基础上提高6dB作为扫查灵敏度；0.5mm深人工缺陷回波一次反射信号最大波幅为判废灵敏度。评定标准：当发现缺陷时，单个缺陷信号回波幅值超过判废灵敏度即判废。

4 管材内壁缺陷的检测

此次管材检测最重要的目的是检测内壁的纵向裂纹，此受检管子的同一断面，探头分别按顺时针和逆时针做两次全周向扫查，两个相邻断面的检测重叠区应为大于10%探头宽度。

当波束与内壁纵向裂纹垂直时，缺陷波形明显、尖锐、波峰陡峭；探头前后移动时，波幅随裂纹延伸方向有一定程度的改变，探头继续移动，波幅衰减明显，直至消失。

5 结语

实验证明，该检测方法对小直径厚壁管内壁裂纹检测有较高的检出率，与渗透检测发现内壁裂纹的位置基本吻合，在现场实际检测环境下，能够快速准确的发现内壁缺陷信号显示，及时发现安全隐患，为锅炉安全运行提供支持。

参考文献：

[1]电站锅炉小径管内壁裂纹超声波检测[J].中国电力，2014，47（12）.

[2]郑晖，林树青.超声检测[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2008.

作者简介：李飞（1986-），男，黑龙江哈尔滨人，本科，研究方向：无损检测。