鍋爐是我們在生產和生活中用于供熱采暖的承受高溫、高壓,具有爆炸危險的熱工設備。鍋爐一旦發生事故,特別是鍋爐爆炸爆管和缺水等重大事故,將直接影響生產順利進行,危及職工生命安全并造成巨大損失。保證鍋爐安全經濟運行的因素很多,其中鍋爐的檢驗工作是保證鍋爐安全經濟運行的一項極其重要的措施。在眾多的無損檢測方法中, 超聲無損檢測方法以其穿透能力強、 檢測深度大、 缺陷定位準確、 靈敏度高、 速度快、 成本低、 使用方便以及對人體和檢測對象無害的優點而倍受青睞, 成為國內外應用最廣、使用頻率最高且發展較快的一種無損檢測技術。
1.超聲無損檢測檢測技術含義
無損檢測技術(NON-Destructive Testing,簡稱NDT),顧名思義,就是在不破壞被檢測材料、零部件或設備的情況下,應用以聲、光、電、磁、力或變形為基礎的檢測技術和分析方法,對原材料、半成品、成品零部件、設備中的零部件、在役設備等的結構、幾何關系、物理性能、狀態特性以及各種工藝參數等加以測定,并按一定的準則對其作出評價的過程。日常生活中,人們常常用手拍擊西瓜判斷是否成熟,檢車工敲擊車軸檢查機車車輪是否能安全運行,醫生用叩診的方法診斷病情,這些都是常見的“無損檢測”。
超聲無損檢測原理就是超聲波進入物體遇到缺陷時,一部分聲波會產生反射,反射和接收器可對反射波進行分析,就能異常精確地檢測出缺陷來。并且能顯示內部缺陷的位置和大小,測定材料厚度等。超聲無損檢測具有被測對象范圍廣、檢測深度大、缺陷定位準確、檢測靈敏度高、成本低、使用方便、速度快,對人體無害及便于到現場檢測等優點,在鍋爐壓力容器檢測中得到了巨大發展和廣泛應用。
2.超聲無損檢測技術在鍋爐壓力容器檢測的應用
2.1超聲無損檢測技術對鍋爐壓力容器檢測的適用性
鍋爐壓力容器大多是在高溫高壓、低溫高壓或者高載荷下運行,條件十分惡劣。如果部件在制造中留有缺陷或者在使用中產生新的裂紋,而不能及時發現,將導致災難性的后果。目前世界各國均將鍋爐壓力容器列為重要的監檢產品,由國家制定的專門機構,按照國家規定的法規和標準實施監督檢查和技術檢驗。
壓力容器的檢驗內容非常豐富,總體來說可以分為外部檢查、內外部檢驗及全面檢驗。外部檢查一般要看其表面油污裂紋、變形、泄露、局部過熱等不正常先想;安全附件是否齊全、靈敏、可靠;禁錮螺栓是否完好、全部旋緊;基礎有無下沉、傾斜以及防腐層有無損壞等異常現象。內外部檢驗則包括檢驗內外表面的腐蝕磨損現象,焊縫內部質量、測量壁厚。此外,還需要進行耐壓試驗、無損探傷抽查活全部焊縫檢查等全面檢驗。
超聲無損檢測技術的使用,是將超聲波應用于薄到厚、由表及里的缺陷信息采集,檢查焊縫內部質量,若測得壁厚小于容器最小壁厚時,應重新進行強度校核,提出降壓使用或修理措施。超聲無損檢測對缺陷定量評價迅速,現場檢查容易、解析方便、自動化程度高,這一技術成為目前國內外應用最廣泛、使用頻率最高且發展較快的一種無損檢測技術,及時準確的發現缺陷,有針對性的消除隱患,保障鍋爐壓力容器安全運行。
2.2鍋爐壓力容器檢驗常用的超聲無損檢測技術與方法
就鍋爐壓力容器超聲無損檢測應用領域,目前的設備和技術方法較為多元。超聲檢測包含了兩個領域的技術應用,其一是檢測設備的應用,其二是檢測技術方法的應用。在檢測設備方面,主要為數字化超聲波探傷儀、TOFD超聲檢測系統、超聲成像系統和磁致伸縮超聲導波檢測系統的開發;在檢測方法和技術方面,主要為自動超聲檢測技術、超聲成像檢測技術、人工智能技術、超聲自動檢測技術、缺陷的自動定性技術、缺陷的自動定量技術、超聲成像技術、缺陷的特征提取與分類技術、材料的無損評價技術、TOFD超聲檢測技術和超聲導波檢測技術和方法的研究。
到目前為止,已經應用或者提議應用的利用超聲波進行無損檢查的方法包括缺陷定量方法、當量法(當量試塊比較法、當量計算法、當量AVG曲線法)、測長法(相對靈敏度測長法、絕對靈敏度測長法、端點峰值法)、底波高度法、裂紋的檢測方法 表面波波高法、 表面波波時延法(單探頭法、雙探頭法)、端部回波峰值法、橫波端角反射法、橫波串列式雙探頭法、相對靈敏度法(6dB、10dB、20dB)、散射波法(衍射法)、損傷、劣化評價方法 衰減法(低層回波反射法、透射法、共鳴法)、音速法(表面波法、容積波法)、臨界角反射法、光譜儀法(光譜分布及面積、中心頻率、頻幅、重心頻率)、頻率解析法、利用后方散射波的雜波分析法、其它如δ法、波松比評價法等方法。
2.3鍋爐壓力容器超聲無損檢測技術應用存在的問題及發展
超聲檢測是利用電子儀器從超聲信號中抽取信息再推斷出結論的過程,其檢測結果具有間接性并不可避免的帶有統計性質,即存在檢出概率、漏檢率及檢出結果重復率等問題。探索檢測的可能性和提高檢出結果的可靠性是始終在超聲檢測與技術應用中的最主要問題。
隨著電子學和計算機科學技術的飛速發展,采用人工智能技術、自適應技術、機器人技術、相關技術、信息融合技術、激光技術和計算機輔助設計/計算機輔助制造(CAD/CAM)等技術與無損檢測技術有機結合,以實現復雜形面復合構件的超聲掃描成像檢測,從而提高檢驗結果的可靠性。超聲無損檢測技術的計算機化成為其發展的主流。在發展趨勢上包括以下幾個方面:
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數字式、智能型超聲探傷儀。目前所有的測量儀器均配備數字化功能,數字式儀器將超聲信號處理的研究成果融合到儀器中,例如應用缺陷模式識別、模糊聚類技術等,逐步使超聲檢測向實現智能化邁進。近年來研發的計算機插板式超聲探傷儀,將探傷儀做成計算機插板,使通用的計算機成為超聲檢測儀器,提高性能價格比。
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計算機控制自動超聲檢測系統的應用。隨著鍋爐壓力容器的應用要求日益提高,對無損檢測提出高速度、高精度、高分辨率、高可靠性要求,超聲檢測設備的自動掛和儀器的計算機化就成了發展方向。兩者結合成為計算機控制自動超聲檢測系統。
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專用軟件系統的應用。計算機在超聲檢測方面的另一個應用就是發揮軟件計算功能,國外已有的多種商用的超聲檢測軟件系統,檢測軟件包正在向通用和實用型發展。
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超聲成像技術的應用。超聲成像有直觀易懂,檢測精度較高的特點,超聲成像檢測以超聲C掃描為主,同時還有B掃、P掃、準三維現實。成像方式有振幅距離聚焦成像、超聲綜合孔徑聚焦成像、超聲計算機層析成像等各種成像設備。手動超聲成像檢測方法與技術由于有更大的機動性和適用性,已經日益受到重視。
總之,鍋爐檢驗技術是一門專業性很強,要求很高的技術,超聲無損檢測技術已經在在無損檢測領域中的突出貢獻與重要地位,在現有基礎上,不斷加強對檢驗技術和方法的研究,并促進新技術和新方法正在實際中的應用,是鍋爐壓力檢驗工作的發展動力和基本要求。