电厂联箱超声波检测

电厂联箱超声波检测

[摘要] 本文以马头发电总厂二级减温器联箱内壁疲劳龟裂为实例，通过加工试块进行对比实验及分析。进一步提高对联箱内壁疲劳龟裂的检出，对探头的选择及扫查灵敏度的选择等问题进行了论述。 [关键词] 联箱，超声波检测，探头Ｋ值，灵敏度

１、前言

集汽联箱是火力发电厂锅炉的主要高温部件，由于各种原因，使联箱的各部分的温度有时或长时不均，温差应力较大，尤其是运行十万小时后的锅炉联箱，造成钢材的组织老化、性能下降。并且这些运行时间较长的锅炉因电力供需状况，现主要承担电网调峰任务，使这些高温部件的工作条件更加恶劣，加快了这些部件的疲劳损伤，致使在联箱及管道内壁形成疲劳裂纹。一旦疲劳裂纹形成将直接威协设备的使用安全。如我厂#3炉二级减温器联箱南侧喷水管下侧联箱内壁于99年大修时发现大面积疲劳裂纹（见照片１）。如何有效地检测联箱内壁疲劳裂纹？目前有关规程未有详细规定。•结合我厂二级减温器联箱（Φ420×40mm，材质12Cr1MoV）内壁疲劳龟裂的情况进行了纵向和周向对比试验和分析。

照片１ #3炉二级减温器内壁龟裂

２、探头的选择

2.1探头频率的选择：•由于波的绕射，超声波探测到的最小缺陷尺寸为λ/2，频率高、

波长短，半扩散角小，声束指向性好，能量集中，脉冲宽度小，分辨力高，有利于发现更小缺陷。但随频率增高，近场区长度大，衰减大，对探伤不利。综合考虑选用2.5MHz。

2.2探头晶片的选择：晶片尺寸增加，半扩散角减小，波束指向性好，能量集中对探伤

有利，但是晶片尺寸增加的同时，近场区长度增加，对探伤不利。考虑到周向检测时，为了使探头更好地与管壁接触，减少耦合损失，因此选用9×9方晶片探头。

2.3、探头Ｋ值的选择：

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2.3.1最小Ｋ值的选择：•纵向探测时，联箱及管道的内壁裂纹一般与内壁垂直，在用横

波斜探头探伤时，入射横波的端角反射率如图３所示。从图中可以看出，当选用与表面裂纹夹角为35°－55°（Ｋ＝0.7-1.43）的横波探伤反射率最高。否侧探伤灵敏度较低，可能引起漏检。因此采用斜探头在联箱表面纵向探伤时，最小Ｋ值选择为Ｋ＝0.7。

2.3.2最大Ｋ值的选择：•周向检测时超声波在管道中的声波与内壁裂纹的夹角随壁厚和

曲率的变化而变化，如图２所示，探头置于Ａ位置。

图１ 图２

在图２中，OC＝r联箱内壁半径，OA＝R联箱外壁半径，β1＝35°－55°

根据几何关系：OD＝r×Sinβ1＝R×Sinβ β＝Sin（(r×Sinβ1)/R） (1)

根据式(1)，计算得出β＝27.8°-41.7°即Ｋ＝0.526-0.89，最大Ｋ值应为0.89。

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2.3.3综合上述结果，兼顾纵向和周向探测，探头Ｋ的选择应：

0.7≤Ｋ＜0.89。

３、试块的制作

3.1从联箱无裂纹处分别取轴向和周向各一块，尺寸为40mm×200mm，在内壁分别加工

0.5mm、1mm、2mm线切割槽。

3.2从带有疲劳裂纹的联箱上取一块，从内壁进行刨削留有纵向1mm深裂纹。

４、灵敏度的调整

4.1实验结果：•我们分别用Ｋ0.77、Ｋ0.84和Ｋ0.94三种探头在上述试块进行了检

测，检测结果如表1、表2所示：

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表１ 纵向超声波探伤灵敏度

0.5mm线切割槽 1mm线切割槽 2mm线切割槽 1mm裂纹 实际龟裂 0.5mm线切割槽 1mm线切割槽 2mm线切割槽 实际龟裂 K=0.77 Φ1×6＋13dB Φ1×6＋14dB Φ1×6＋16dB Φ1×6＋8dB Φ1×6-6dB K=0.84 Φ1×6＋12dB Φ1×6＋14dB Φ1×6＋14dB Φ1×6＋8dB Φ1×6-8dB k=0.94 Φ1×6＋10dB Φ1×6＋12dB Φ1×6＋14dB Φ1×6＋6dB Φ1×6-8dB 表２ 周向超声波探伤灵敏度

K=0.77 Φ1×6＋10dB Φ1×6＋11dB Φ1×6＋14dB Φ1×6-6dB K=0.84 Φ1×6＋10dB Φ1×6＋12dB Φ1×6＋13dB Φ1×6-8dB k=0.94 Φ1×6＋2dB Φ1×6＋2dB Φ1×6＋6dB Φ1×6-14dB 4.2实验结果分析：

4.2.1从周向探伤当量灵敏度比较来看，K0.94探头与K0.84及K0.77

探头的灵敏度相差12dB。说明探头Ｋ值的选择应根据联箱的壁厚及曲率进行计算选择合适探头Ｋ值。

4.2.2从实际龟裂工件探伤灵敏度与试块人工加工的模拟裂纹0.5mm、1mm、2mm线切割

槽的探伤灵敏度比较来看，相差达20dB左右。这是因为实际工件内壁有氧化皮，表面较粗糙及各部反射波由于相位差而产生干涉，致使缺陷回波较低。

4.2.3龟裂的反射能量较低，•反射波呈多峰，随探头的移动波峰起伏不定，•波高变化

较大，如图3所示，探头沿纵向及周向扫查均有反射波出现。

图3 龟裂波形特征

4.2.4从1mm裂纹与1mm线切割槽反射当量来看，•因自然裂纹表面不如线切槽表面平整，

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故1mm裂纹反射当量低6dB。

4.2.5周向探伤缺陷的定位：•因曲面探测时，声程和跨距增加，探伤时应予注意，•如

Φ420×40mm周向探测时，Ｋ0.77时τ＝42，Ｋ0.84时τ＝44.8，Ｋ0.94时τ＝46。因声程增大，反射当量有所降低。

５、结论

5.1锅炉联箱的超声波探伤，•探头Ｋ值的选择应根据工件的壁厚及曲率进行计算，选择

合适的Ｋ值。如Φ420×40mm联箱，Ｋ值应选0.7≤Ｋ＜0.89。

5.2锅炉联箱内壁的龟裂的反射信号较低，应提高扫查灵敏度至1mm线切割槽－20dB，

并结合龟裂信号特征加以判定。

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