管道母材纵向周向组合探头的超声检测

　　1　前言

　　火力发电厂的汽水管道较多,特别是中径管直径在108～159 mm之间,壁厚在10～20 mm之间。这些管道几乎大多是高温高压并置于炉外。如果存在原始制造缺陷或在运行中产生缺陷,则会产生重大的安全隐患。由此造成的管道爆破或泄漏事故也多有发生。在机组大修期间每台机组的炉外汽水管道均在几百米以上,其检验工作量非常大,工期时间短,要投入很大的人力物力。根据管道母材缺陷的性质采用横波接触法探伤,纵向、周向各检验一次,一条同种规格的管道的检验,至少需要由两个人来探或一个人用两种探头各探一遍,而且探头的磨损量相当大,且在检测过程中,由于探头磨损致使角度发生变化,还要经常校验灵敏度,以防缺陷漏检。能否找出一种既能保证探伤灵敏度,又能提高效率、节省仪器耗材的检验方法,已是我们急需解决的问题。

　　2　理论基础

　　管道母材超声波检验传统的方法一般都是采用水浸法和横波接触法探伤。由于现场条件的限制采用水浸法是不可能的,比较接受的是接触法,接触法一般都是用单探头或双探头一收一发也只是一种方向的探伤,能否用两个探头探测两个方向(纵向、周向)采用单收单发方式呢?根据超声波的迭加原理和惠更斯原理可知:几列波相遇后,各列波仍保持它们各自原有的特性(频率、波长、振幅、振动方向等)不变,并按照自己原来的传播方向继续前进。利用惠更斯原理,可以确定不同波源辐射的超声波的传播方向。这就告诉我们采用单收单发形式同样可以接收到两个不同方向的超声波反射,并且他们各自并不相互干扰,两个探头接收到的缺陷反射信号都可以直接反映到仪器荧光屏上。这就为双向组合探头采用单收发方式探伤奠定了理论基础。另外,采用接触法探伤还必须满足如下几点:

　　(1)必须满足横波能探测到管内壁,即保证探头的折射角符合:

　　式中　βS—探头折射角

　　r—管道内径

　　R—管道外径

　　CL—纵波声速

　　CS——横波声速

　　(2)必须保证管道内外壁的探伤灵敏度(即GB5777-86标准要求的灵敏度)。

　　(3)纵向、周向缺陷反射波必须同时均能反映到仪器的显示屏上。

　　(4)探头楔块必须保证耐磨,灵敏度和角度不发生变化。

　　3　组合探头的研制

　　基于以上几点,在东电研究院工程技术人员的启示下,我们经多次实践设计了一种将纵、周向检测的探头粘在同一个耐磨楔块上的组合探头,如图(1)所示。

　　探头采用两只5P 13×13 K1的横波探头,楔块用耐磨的塑料王根据被探管子外径加工,为防止楔块边缘的杂波反射,在两个探头前沿的楔块上加工出多个60°的尖角,以吸收反射杂波。探头在粘接前要在同规格试样管上耦合修磨,使两个探头的内外沟槽反射波高接近(误差3 dB),周向探头要仔细修磨,因为按理论计算的角度已存在较大偏差了(楔块声速、厚度、管子曲率、内外壁人工槽的反射波高等)。所以要靠实际修磨探头和在楔块上校正位置,以达到规程标准要求,然后划好位置再用502粘合剂粘牢。