小径薄壁管的超声相控阵检测.docx

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1、小径薄壁管的超声相控阵检测摘要：小径薄壁管是电站锅炉广泛应用的一种材料，随着电力机组不断增多，小 径薄壁管的数量也在急剧增加，探伤工作越来越繁重。常规超声波探伤，由于小径 薄壁管曲率大，声波耦合困难，其反射面声能损失较大，壁厚薄，探头的前沿长度 对检验的影响大，因而，对小径薄壁管对接接头中的危害性缺陷较难判定，管子排 列密集等现场工况也影响了常规超声波在小径薄壁管检测中的应用。因此，如何高 效准确的检测出小径薄壁管缺陷是保证机组安全运行的关键。本文采用相控阵检测方法对小径薄壁管环焊缝进行焊缝精细扫查，同时利用实 时成像原理对焊缝坡口进行设置，还原焊缝真实情况并对检测结果进行3D成像， 最后使用

2、配套编码器对焊缝扫查进行数据分析从而对缺陷进行定位定量。根据中国 特种设备研究院企业标准本文采用GD-2试块制作DAC曲线并利用半圆试块进行角 度增益补偿，以此为基准对小径薄壁管进行焊缝缺陷扫查。同时采用DR成像技术 检测方法进行对比实验，发现相控阵检测与之相比具有明显优势，不仅操作简便， 且缺陷检出率高，同时在缺陷的定位定量上能够通过实时3D成像等技术较好呈现, 为缺陷的定性带来很大的方便。关键词：小径薄壁管，相控阵，实时成像，DR成像3.检测方法实施1 .1检测目的在实际检测中，小径薄壁管多处于在役状态，广泛用于电站锅炉、管道等。管 子排列紧密，结构复杂，且焊缝接口多处于弯管部位，这给检测

3、带来了很大的困难。 因而，使用合适的检测方法提高小径薄壁管的缺陷检出率及准确率是非常有必要 的。3 . 2检测标准本次毕业设计论文检测标准节选至安徽津利能源科技发展有限责任公司企业标 准（保密）。1本章适用于壁厚大于或等于6 mm、外径为32 mm-159 mm或壁厚为6 mm-8 mm （不含8mm）、外径大于或等于159 mm的承压设备管子和压力管道环向对接接 头的相控阵超声检测。2对比试块见图2.3及表2.2.03相控阵探头的选择见表2.1。4扫描类型4.1 管壁厚度为6 mm8 mm（不含8 mm）的对接接头。a）线性扫查时，采用三次波、二次波或四次波分开设置的扇形扫描或电子扫描 进行

4、检测。b）锯齿形扫查时，应采用扇形扫描进行检测。4.2 管壁厚度大于等于8 mm的对接接头应采用扇形扫描进行检测。4.3 距离-波幅曲线的灵敏度选择4.3.1 不同管壁厚度的距离-波幅曲线灵敏度的选择应符合表3.1的规定。表3.1距离-波幅曲线的灵敏度管壁厚度，mm评定线定量线判废线68 2x30-16dB02x30-1 OdB 2x30-4dB8(D2x30-14dB2x308dB2x30-2dB4.3.2 检测时应测定声能传输损失差，并根据实测结果对检测灵敏度作补偿，补 偿量应计入距离-波幅曲线。5缺陷定量缺陷长度应按式计算:I=Lx（R-H）/R （1）式中：L探头左右移动距禺，mm；R

5、管子外径，mm；H一缺陷距外表面深度，mm。6承压设备管子和压力管道环向对接接头的质量评定6凡判定为裂纹、坡口未熔合、未焊透及密集性的缺陷显示，评为ni级。6.2 凡在判废线（含判废线）以上的缺陷显示，评为m级。6.3 凡在定量线（不含定量线）以下的缺陷显示，评为I级。6.4 对于定量线以上、判废线（不含判废线）以下的缺陷显示一般应按照641的规 定进行评级。6.4.1 质量分级方法a）缺陷长度按实测值计。b）质量分级按表3.2的规定进行。表3.2 对接接头质量分级等级反射波幅（所在区域）埋藏缺陷长度根部开口缺陷长度单个缺陷长度L单个缺陷长度L缺陷累计长度IIIT/3,最小为5,最大为30T/

6、3,最小为5长度小于或等于焊缝周 长的10%,且小于30IIII 130%-20VC(A) 130%8 mm国团图角度72.0*1#根部裂纹缺陷:深度7.3mm、长度35. 2mm、幅度部裂%(b) PA检测结果图4.16 PA检测根部裂纹缺陷32DR检测结果DR检测根部裂纹长度为29. 88mm图4.17 DR检测结果2、坡口未熔合及气孔缺陷(1)预制缺陷尺寸长度18mm深度2. 5mm自身高度2mm(a) 3#坡口未熔合2#气孔缺陷：深度1. 5mm、0 2mm； 4#气孔缺陷：深度1. 5mni、3mm(b)2#气孔和4#气孔缺陷图4. 18预制缺陷尺寸图33(2)测试结果相控阵检测结果

7、C扫描数据后处理-Z60-T8-1+12dB-GH(2014-7-12).esc局面图闸门测量值:0255075伪彩色17波幅。声程静色设置成像2#气孔源波-9.9dB / -1:9mm科量功能AL = 2.8 mmLg = 90.0 mm Lr = 92.8 mm长度宽度声程距离RSD深度波幅VCIA)角度248 mm二前沿点12.3 mm3.4 mm24.1%-8.9 dB595高度关闭经过处理2#气孔缺陷测量结果：深度3.4mm、长度2. 8mm、幅度24. 1%(b) 2#气孔检测结果经过处理3#坡口未熔合缺陷测量结果：深度5. 2mm、长度20mm、幅度130%(c) 3#坡口未熔合

8、检测结果34C扫描数据后处理-Z60-T8-1+12dB-GH(2014-7-12).esc经过处理4#气孔缺陷测量结果：深度4. Omni、长度3. 2mm、幅度57. 1% (d) 4#气孔检测结果图4. 19 PA检测坡口未熔合和气孔缺陷DR检测结果3#坡口未熔合DR检测结果为长度15.78mm。2#气孔DR检测结果为2. 4X 1, 4#气孔DR检测结果为2.4X1。见图4. 17所示。4 . 2 3D图示点击“3D显示”菜单，选择全部，即可把俯视图、侧视图和端视图合成为一个355 .结论及展望5.1 检测结论(1)相控阵技术利用相控阵超声能形成多个角度的声束检测焊缝。(2)检测结果采

9、用三维形式显示，直观易懂，有助于缺陷分析定性。保存的数 据以动态形式回放。(3)采用编码器记录扫查位置，检测结果实时显示。检测效率高。(4)相控阵超声检测技术受人为因素影响小。降低漏检及误评的几率。(5)相控阵超声检测相对常规超声检测优点，图像直观、有记录，可以聚焦， 检出率高，覆盖范围大。(6)相控阵超声检测和射线检测相比具有如下优点：射线检测存在死角，对 面积型危害性大的缺陷不敏感，易漏检。相控阵超声检测对面积状危险性缺陷检出 率明显高于射线检测。尤其在密集分布的小径管检测中明显优于射线检测，可以 检测到射线检测不到的部位。对人体无辐射，不需要隔离防护，可以和其他工种 同时进行作业。检测速

10、度快，检测效率高。耗材消耗成本低，环保(无底片冲 洗，避免了定影液、显影液处理等)。5.2 展望相控阵检测利用波动物理学相位调整原理，通过改变一系列超声脉冲的发射时 间，使阵列中的每个晶片生成的单个波前交汇在一起，形成声束前沿。相控阵技术 优于常规技术之处在于它可以使用单个探头组件中的多个晶片使声束进行偏转、聚 焦和扫查。利用通常被成为s扫查(扇形扫查)的声束偏转，可以适当的角度生成 被检测工件的图像，极大的简化了检测几何形状复杂的工件的过程。此外，在检测 空间有限，不能方便地进行机械扫查的情况下，探头的狭小地面及其无需被移动即 可以不同角度发射声束的能力更有助于检测这类形状复杂的工件。电子聚

11、焦可在会 出现缺陷的位置优化声束的形状和大小，从而可以进一步提高检出率。与常规UT 相比，相控阵检测速度要快上10倍，这一点是相控阵的一个主要优势。现阶段，相控阵技术无论在便携式的设备上，还是大型的液浸系统中都已经有 了成熟的应用，我相信未来相控阵必然会取代常规UT成为超声波检测的主要方法。 现在存在的问题就是基于相控阵的检测技术至今没有一个成熟的标准，对于缺陷的 评定，检测方法的规范都还有待发展。36参考文献1沈建忠.超声无损检测的进展.无损检测，1998,20(2):31-35.2钟志民.超声相控阵技术的发展与应用J.无损检测,2002,24(2):69-71.3 S. Chatillon

12、. Sinulation and data reconstruction for NDT phased array. Ultrasonic, 2006(44):951-955.4刘贵民.无损检测技术.北京：国防工业出版社,2010:6.张光义.相控阵雷达的技术特点及关键技术.电子科技导报,1996,7:2-4.6孙宝中，沈建中.合成孔径聚焦超声成像(一)J.应用声学993,12(6): 11-16.7万敏，王海涛.超声相控阵声束控制特性分析.无损检测，2009:859-861.8 R/D Tech. Introduction to Phased Array Ultrasonic Technol

13、ogy Applications |M. Canada, Olympus NDT, 2004:190.9 ASME B31.1. Code Case 179 Use of Ultrasonic Examination in lieu of Radiography for B31.1 Applications in Materials l/2u8221X or less in Wall Thickness S. ASME2006.10 ASME B31.3. Code Case 181 Use of Alternative Ultrasonic Examination Acceptance Cr

14、iteria in ASME B31.3S. ASME 2007.11 B Bisiaux. Ultrasonic inspection technique using multi-element probes (phased array): application to tube inspection, Roma, 2000, 15th WCNT.12 J. L. Sutton. Underwater acoustic imaging. Proceeding IEEE, April, 1979(67):554-774.13 Moles M, Zhang J. Curved arrays for Improved Horizontal Sizing in Small Pipe Welds J. Insight, 2008, 50(5): 1.14 Jinchi Zhang, Simmon Labbe, Michael Moles. Improved Lateral Focusing for Thin-walled Gas Pipelines Girth Welds using Phased Arrays R. Proceedings of IPC 2006