Ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｐｒｏｊｅｃｔｓ＆ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｒｅｓｕｌｔｓ总第２９２期 电站锅炉小径管对接接头相控阵超声检测技术 孙磊’樊传琦’庞兵 朱琪 （１．中国能源建设集团安徽电力建设第一工程有限公司合肥２３００８８； ２．安徽津利能源科技发展有限责任公司合肥２３００８８） 摘 要：相控阵超声（ＰＡ－ＵＴ）检测技术是一种基于相控阵技术蓬勃发展起来的新型无损检测技术。本文介绍 的“电站锅炉小径管对接接头相控阵超声检测技术”成果是针对电站锅炉小径管的牦点和检测难点，研发的ＰＡ—ｕＴ系 统检测工艺，包括检测工装、试块、工艺、灵敏度调试方法和检测标准等，是一种全方位、无死角的相控阵检测技术， 具有缺陷检出率高，施工质量可靠，对人体无辐射伤害，绿色环保等特点，并有显著的经济效益和社会效益 关键词：小径管相控阵超声 电站锅炉 无损检测文献标识码：Ｂ 模拟试管检测图像分析 中图分类号：ＴＵ７５８ 文章编号：１００２—３６０７（２０１７）０１—００２７—０２ １引言 术的应用始于２０世纪６０年代，目前在 医学上有广泛的应用。近年来。随着 （２）小径管ＰＡ—ＵＴ检测工艺模 较大，聚焦效果不明显，但检测范围 扩大了。所以检测工艺设计中，需认 真研究声场的特性，选择合适的探头 进行聚焦形成适宜于检测的声束。保 证检测质量。而ＰＡ—ＵＴ超声探头辐 相控阵超声（ＰＡ—ＵＴ）检测技 拟技术； （３）小径管ＰＡ－Ｉ ｒ『仿真检测技术； （４）小径管ＰＡ－ｌ ｒｒ工艺制定技术。 复合材料、数据处理分析、计算机模 拟和仿真技术的不断发展，ＰＡ—ＵＴ检 ３创新点 测技术以灵活的声束偏转和动态聚焦 ３．１小径管ＰＡ—ＵＴ声场分析技术 的优势。使得ＰＡ—ＵＴ技术在工业无损 射声场的计算比较复杂，一般采用仿 真方法研究，以满足工程应用需求。 ２小径管ＰＡ—ＵＴ工艺模拟技术 常规探头辐射纵波声场或横波 ３．检测行业中逐渐发展。目前在西气东 声场，声束以一定的角度向外扩散出 线性相控阵超声辐射声场计算模 输、航空制造、电站锅炉建设等行业 去。能量不集中，分辨力和缺陷定量 型见图２。工程中成功应用。 精度差。聚焦声源辐射声场具有声束 细，能量集中。分辨力和灵敏度高等 ２ ＰＡ—ｕＴ关键技术 本科技成果针对电站锅炉小径管 的特点和检测难点。研发ＰＡ—ＵＴ系统 特点。聚焦声束焦斑示意图见图１。 检测工艺，包括ＰＡ—ＵＴ检测工装、试 块、检测工艺、灵敏度调试方法和检 注：８为品片宽度；Ｐ为相邻晶片间距：Ｎ为晶片个数： （ｒ．０）为场点坐标。 测标准等方面．解决电站锅炉小径管 圈２线性相控阵超声辐射声场计算模型 对接接头检测难点。减少射线辐射。 提高检测效率和检测工艺的准确度。 电站锅炉小径管对接接头ＰＡ—ＵＴ检测 系统主要包括以下４项关键技术。 圈１聚焦声束焦斑示意图 在夫琅禾费近似下，声场的计算 通过分析聚焦声场的特点并结 公式为：合图１，在其他条件不变的情况下， （１）小径管ＰＡ—ＵＴ声场分析技 焦距越小，焦斑越小，检测灵敏度越 术： 圳： 业 一一） ：，ｘｐ｛－ｔ 高。分辨力越好。焦距较大时，焦斑 ２０１ ７卑第１期Ｅｘｃｅｌｌｅ￣ｐｒｏｉｅ￣ｓ＆ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｒｅｓｕｌｔｓ 本科技成果中涉及检测需要声束 似或玻恩近似，计算缺陷与声波的作 ４成果评价和应用推广 细（声束指向性好），主瓣宽度小（横 用，得到缺陷的理论模拟回波信号。 向分辨率高）。旁瓣能量小（检测声 可以模拟超声声场特征、声束传播， ４．１成果鉴定评价 经安徽省住建厅鉴定。专家委员 束能量大，提高检测灵敏度），避免 声波与缺陷相互作用等。从而优化检 会一致认为该项目综合技术水平处于 栅瓣；Ｎ／Ｊ＼（相控阵设备电路相对容 测工艺。本成果用仿真技术模拟实际 国内领先水平。 易实现）；单个晶片尺寸ａ大（声能 检测时的声场情况、声能的衰减情况 ４．２推广应用情况 量大）；换能器声辐射口径Ａ＝ｐ Ｘ Ｎ 和声束的传播路径，通过模拟不同频 小（容易耦合）。 本成果已成功应用于华电六安、 率、不同检测角度的声束在试块上的 神皖安庆等１０多个火电厂的安装、检 根据声场的计算公式。各参数分 不同情况，找出最佳的检测工艺，及 修工程中。 析，比较。采用参数组合Ｎ≥一１６。楔 不同缺陷类型的声场分布及声响应特 ４．３获奖情况 块用塑料材料。声速大于２２００ｍ／ｓ。 征，可以提高对缺陷的识别能力和检 “电力小径管对接接头相控阵 楔块倾斜角使检测声束折射角在楔 出能力。对缺陷的定性也有一定的 超声检测技术研究与应用”成果获中 块、工件界面时，位于第一临界角和 帮助。 第二临界角之间，尽量使声束折射角 ３．４小径管ＰＡ—ＵＴ工艺制定技术 在未偏转的情况下接近检测范围中心 国电力建设企业协会科技进步二等 奖、２０１４－２０１５年度中装协会科 通过声场分析、模拟和仿真技 学技术进步奖二等奖、中能建科技进 角。经模拟仿真分析，选择探头参数 术分析。针对电站锅炉小径管对接 步三等奖．并取得１项发明专利和３项 和楔块参数见表１。 表１探头参数和楔块参数表 ｌ 中０薏 １ 参最 ！ 接头检测（壁厚为６～１５ｍｍ，直径在 实用新型专利。 ３８～９０ｍｍ），自主研发了小径管 横渡 取擅 竹 ５删 Ｉｌ 取擅 ３魄５ ｓ 最鬟 Ｉ 参啦 ｌＰＡ—ＵＴ对比试块和模拟试管。见图３、 ５经济效益和社会效益 以１台６６０ＭＷ火电机组１３０００只 １ Ｉ 擂莲辛建 ｛ 龋渡■谊 ｊ 图４，用于制作曲线和灵敏度的 ５．１经济效益 校准。工艺对于厚度为６～８ ｍ ｍ 【 撵 酿蛐 墨 宽宴Ｉ 阿藏长）ｌ ｌ０ｍ 器 闽距艘长地ｄ ２ 橇蛾｛育 Ｌ玻璃） （不包括８ｍｍ）的焊缝由于一次波很难 可检焊口计算，可缩短１ １ｄ安装工期； 检测到焊缝根部，需要采用三次波检测 安装期间每日综合费用４Ｏ万元计算， 焊缝根部；若二次波不能检测到焊缝中 可节约施工费用１ １ Ｘ ４０＝４４０万元。 上部，可以考虑采用四次波检测焊缝中 缩短的工期更是给投资方和业主方带 － 攀 上部：为方便后期数据处理和评级、判 来丰厚的投资回报。１台６６０ＭＷ机组 图，宜分开设置进行检测。而对于厚 每天可创造效益百万元以上。 度不小于８ｍｍ的焊缝，宜采用一次波 ５．２社会效益 和二次波同时设置进行检测。 ３．３小径管ＰＡ—ＵＴ仿真检测技术 ＰＡ—ＵＴ检测技术代替常规检测技 术。无辐射伤害，绿色环保。保障检测 人员的健康，劳动强度小。检测效率 高；相控阵检测技术是一种全方位、无 根据本科技成果研究对象。参 考相关理论研究成果，并进行仿真分 析，从探头和楔块的选择、声束覆盖 死角的检测技术，缺陷检出率高，灵敏 图３对比试块 待检区域、ＤＡＣ曲线和角度增益补偿 曲线模拟对比、缺陷特征分析等方面 进行研究．指导检查工艺制定。 度高，也保障了项目的施工质量。 （“电力小径管对接接头相控阵 其中超声仿真技术利用ｐｅｎｃｉｌ法 超声检测技术研究与应用”获２０１４— ２０１ ５年度中装协会科学技术进步 图４模拟试管 模拟声波在介质中的传播。当遇到缺 陷和不连续界面时，利用基尔霍夫近 奖二等奖）
