給螺旋管焊縫做B超？

文章來(lái)源：http://www.yuanbaoji.cn 發(fā)布時(shí)間：2022-02-28 10:03:01 瀏覽次數(shù)：189

    超聲波太學(xué)術(shù)？B超各位都知道吧，其實(shí)B超就是超聲波檢測(cè)的一種運(yùn)用！

    螺旋管圈水冷壁是國(guó)產(chǎn)1000MW超超臨界鍋爐的最主要承壓部件之一。螺旋管圈水冷壁鰭片焊縫上一旦有裂紋就會(huì)造成頻繁的停爐事故。所以必須有效地揪出這些危害性的裂紋，這篇文章就給大家講講如何給這種螺旋管焊縫進(jìn)行B超！

1為什么選取超聲波檢測(cè)？

    螺旋管圈水冷壁使用在管子之間電焊焊接扁鋼連接而成，在工程上，把用來(lái)連接水冷壁管子的扁鋼稱為鰭片，鰭片和水冷壁管子的電焊焊接角焊縫稱為鰭片焊縫。

    這種鰭片焊縫頻繁產(chǎn)生裂紋造成停爐事故。但受到結(jié)構(gòu)限制使用表面的檢測(cè)和射線檢測(cè)均存在較大問題，但使用超聲波檢測(cè)可以解決這一問題。不過常規(guī)的超聲波檢測(cè)，由于鰭片之間的間隙窄，無(wú)法進(jìn)行的檢測(cè)，怎么辦呢？

2那就特別設(shè)計(jì)一下唄！

    超聲檢測(cè)系統(tǒng)主要包括探頭和檢測(cè)儀器兩部分。

2.1探頭設(shè)計(jì)

    螺旋管圈水冷壁鰭片焊縫檢測(cè)分探頭對(duì)側(cè)焊縫檢測(cè)和探頭側(cè)焊縫檢測(cè)兩種情況，超聲在介質(zhì)中的傳播途徑分別如圖2和圖3所示。H為焊縫下端與鰭片上端面垂直距離，α為楔塊與金屬界面超聲波入射角，β為折射角。近探頭側(cè)鰭片焊縫裂紋的檢測(cè)可使用鰭片底邊二次反射橫波的檢測(cè)。

    根據(jù)實(shí)際的檢測(cè)要求，探頭尺寸不能太大，水冷管雙邊四條鰭片焊縫從扁鋼單面完成的檢測(cè)最佳，此外需要選用波長(zhǎng)較短的橫波進(jìn)行探傷。通過對(duì)多種材料加以比對(duì)后，選取聚砜制作楔塊較為合適。

    專用超聲探頭設(shè)計(jì)主要包括晶片設(shè)計(jì)、探頭楔塊設(shè)計(jì)、探頭背襯設(shè)計(jì)和探頭電匹配四部分。

    為得到較高的檢測(cè)精確度，選取矩形復(fù)合材質(zhì)壓電式晶片。為能保證缺陷檢測(cè)精確度和缺陷定量分析，探頭聲場(chǎng)距離以三倍近場(chǎng)長(zhǎng)度為佳。根據(jù)鋼中橫波波長(zhǎng)及橫波近場(chǎng)長(zhǎng)度，可以計(jì)算出壓電式晶片面積。根據(jù)計(jì)算的壓電式晶片長(zhǎng)度，可以近似求得探頭前沿長(zhǎng)度，按照實(shí)際生產(chǎn)需要，鰭片與水冷管電焊焊接融合深度約為鰭片厚度的60%，計(jì)算得到的探頭前沿，確保在的檢測(cè)過程中，有效避免鰭片與水冷管壁接觸區(qū)中間未熔合區(qū)域產(chǎn)生的超聲波反射信號(hào)進(jìn)入超聲波探頭。然后根據(jù)計(jì)算得到的晶片長(zhǎng)度和壓電式晶片面積，進(jìn)而計(jì)算得到晶片寬度。

    探頭楔塊形狀設(shè)計(jì)既要能保證探頭前沿值盡量短又要雜波少，為減少楔塊側(cè)面造成的反射雜波，在楔塊四周側(cè)面開深度約為0.5～1毫米寬度0.2毫米左右的豎槽，楔塊外形設(shè)計(jì)如圖4所示，其中α為入射角，γ為楔塊前端傾斜角。

    完成楔塊設(shè)計(jì)后，要得到理想的窄脈沖波以提高探頭的檢測(cè)分辨精確度，需要對(duì)超聲探頭背襯吸聲層和電匹配精確設(shè)計(jì)。

    為實(shí)現(xiàn)與壓電式晶片聲阻抗的匹配，本設(shè)計(jì)對(duì)背襯復(fù)合材質(zhì)的聲阻抗作了理論上的計(jì)算分析，尋找其聲阻抗與鎢粉體積濃度之間的關(guān)系。

    為增加超聲換能器的帶寬，還有一個(gè)重要的手段就是電匹配問題。

2.2超聲檢測(cè)儀器設(shè)計(jì)

    鰭片焊縫專用超聲檢測(cè)儀器設(shè)計(jì)包括超聲發(fā)射電路、超聲增益放大電路、濾波電路和數(shù)據(jù)采集電路等。

    為了能方便系統(tǒng)靈巧調(diào)校，本設(shè)計(jì)使用非調(diào)諧式發(fā)射電路，其脈沖性能指標(biāo)可以通過關(guān)鍵控制器FPGA方便地進(jìn)行調(diào)整設(shè)定。

    超聲檢測(cè)信號(hào)接收/數(shù)據(jù)采集模塊中的程控放大電路放大后，再經(jīng)過超聲濾波電路。在本設(shè)計(jì)中，選用帶通濾波電路，使有用信號(hào)正好在它的通頻帶上，有效濾除噪聲。為兼顧不同的運(yùn)用和頻段選取，本設(shè)計(jì)中利用FPGA控制繼電器選通五組帶通濾波電路。

    數(shù)據(jù)采集電路使用常規(guī)設(shè)計(jì)。

    3是騾子是馬拉出來(lái)溜溜唄！

3.1缺陷加工

    使用四根水冷壁管電焊焊接水冷壁試件，取試件長(zhǎng)度約1m，管外徑Φ38毫米，壁厚8毫米，鰭片寬度30毫米，厚度6毫米，坡焊縫沿鰭片寬度方向?qū)挾燃s為3毫米，兩管之間的鰭片平面寬度約為24毫米。在試件鰭片焊縫上進(jìn)行手工刻傷，刻得平底孔刻痕。

3.2缺陷檢測(cè)    

    使用研制的超聲探頭和檢測(cè)儀器在水冷壁試件上進(jìn)行探傷。無(wú)缺陷部位的的檢測(cè)信號(hào)，在同缺陷側(cè)面的檢測(cè)φ1毫米×5毫米平底孔信號(hào)圖像如圖7所示，在缺陷背面的檢測(cè)φ1毫米×5毫米平底孔的信號(hào)圖像。

    分析上述的檢測(cè)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)在焊縫背面（手工缺陷遠(yuǎn)離焊縫的一面）和焊縫同面（手工缺陷靠近焊縫的一面）均順利的檢測(cè)出了手工缺陷。

    另外使用本系統(tǒng)對(duì)水冷壁試件上背面0.5毫米×10毫米×5毫米手工刻痕進(jìn)行的檢測(cè)，也順利的檢測(cè)出了手工缺陷。

    超聲波在無(wú)損檢測(cè)技術(shù)方面的運(yùn)用，由于設(shè)備和人員工藝的限制還有非常大的提高空間。相信通過這篇文章的介紹，您是否覺得身邊的很多東西都想給它“B超”一下？那就趕快行動(dòng)起來(lái)，通過您巧妙的設(shè)計(jì)就可以讓超聲波檢測(cè)的運(yùn)用范圍越來(lái)越寬!