專利名稱：電站厚壁管道超聲導波檢測方法
技術領域：
本發明屬于無損檢測領域，特別是一種電站厚壁管道超聲導波檢測方法。
背景技術：
電站鍋爐主蒸汽、再熱蒸汽熱段、再熱蒸汽冷段及主給水管道屬于高溫高壓部件、 是金屬監督檢驗的重點。運行時管道內部承受著高溫高壓，一旦爆破，其高溫蒸汽產生極大 的沖擊力，對附近的設備和工作人員將造成巨大的傷害。針對自1999年-2006年發生的多 起四大管道爆破傷人事故，國家電監會和國家質量監督檢驗檢疫總局分別發文，要求各有 關電廠切實加強對在建及運行電廠高溫高壓管道的安全管理，采取定期檢驗、全面檢測、壽 命評估等手段，確保高溫高壓管道的運行安全，可見其重要性。 常規檢測技術方面，關于承壓鋼管超聲檢測，國內標準JB/T4730. 3-2005 (《承壓設 備無損檢測》第三部分超聲檢測)中第4.5款對承壓設備用無縫鋼管超聲波檢測作了詳細 規定，采用超聲橫波檢測，為了保證100%檢測，要求掃查路徑有不小于15%的覆蓋率。掃 查速度一般不大于150mm/s。這種方法在自動化的鋼管生產線上有實現的可能，在在役管道 的100%檢測中通常由于檢測效率低、可靠性低、成本高，往往不予采用。磁粉檢測和滲透檢 測的方法主要用于檢測外表面開口缺陷，一般用于抽檢。對于大面積的100%檢驗，由于準 備工作和檢驗工作的工作量巨大，一般不采用。射線檢測對厚壁管而言在現場基本無法實 施。總之常規檢測手段由于種種限制，很難實現快速、可靠、全面檢測長距離厚壁管道。
超聲導波檢測法具有單次檢測距離遠，靈敏度高的特點，國內開發的導波檢測系 統主要集中在薄壁管或小直徑圓棒的多探頭檢測系統上，并且由于采用的檢測頻率較低， 導致檢測靈敏度不高。國內外導波檢測的思路主要是經過管道頻散曲線計算，通過設置一 定數量的導波探頭來抑制多模態的影響，從而得到單一模態導波實現檢測了目的。但隨著 頻厚積增加導波模態增加， 一方面要求采用比較低的檢測頻率，另一方面需要的檢測探頭 組探頭數量急劇增加，在厚壁管導波檢測中存在著難以得到單一模態的導波的困難。
綜上所述，對于長達數百米的電站鍋爐四大管道而言，若進行全面檢測，任務將是 非常艱巨，且可靠性差。故此，急需研究一種針對電站厚壁管道更為有效的快速檢測方法。
發明內容
本發明目的在于克服現有常規超聲波檢測和現有導波檢測技術中存在的不足，提 出一種基于高頻單探頭無損檢測方法，從而實現可靠、迅速、簡單的針對電站厚壁管道的超 聲導波檢測方法。 為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案電站厚壁管道超聲導波檢測方法， 該方法的步驟為 ①選擇超聲導波檢測探頭根據被檢管道的外徑、厚度、材質，選擇超聲導波探 頭，探頭晶片尺寸為20mmX20mm，檢測頻率為0. 5MHz 1. 5MHz，超聲導波探頭入射角度為 27.5° ±2° ，探頭聲束軸線水平偏離角不大于2。，主聲束垂直方向上無明顯的雙峰；
②選擇超聲導波檢測儀器所述的超聲波檢測儀器采用具有射頻信號檢測功能的 數字超聲波檢測系統，調制發射波型為方波； ③制作靈敏度試塊采用與被檢對象相同規格、材質、熱處理狀態的管段，在管段 的內、外壁分別加工出周向模擬裂紋缺陷或軸向模擬裂紋缺陷； 制作距離_波幅曲線在靈敏度試塊上距離外/內表面模擬裂紋每隔一定距離 測試一點，記錄反射波幅和信噪比，直到信噪比降低為6dB，這時距離模擬裂紋的讀數即為 單次有效檢測長度，此時的增益值即為外表面模擬裂紋檢測靈敏度，移動波門，測定始波超 過±20%的范圍，即為始波盲區； ⑤掃查比較內表面和外表面檢測靈敏度，以增益值高者為掃查靈敏度，同時以有 效掃查距離為單次掃查長度；周向缺陷和軸向缺陷分別進行掃查，周向和環向掃查面都呈 帶狀，寬度為始波盲區寬度+100mm ; ⑥缺陷尺寸測量在檢測中反射波信噪比大于6dB需要進行記錄，記錄反射波位 置、波幅、信噪比，并用記號筆進行范圍標定； ⑦檢測結果驗證及分級檢測靈敏度為人工缺陷槽反射回波幅度調節為熒光屏滿 刻度的50%，若缺陷回波幅度大于或等于人工缺陷回波時不合格。 所述的超聲導波檢測儀器的工作頻率范圍為0. 5MHz 10MHz，增益最小步進檔不 大于0. 2dB，水平線形誤差不大于1 % ，垂直線形誤差不大于5% ;導波檢測儀和探頭的系 統性能要求達到管道的最大檢測聲程時，其有效靈敏度余量不應小于10dB，信噪比不小于 8dB，儀器和探頭的組合頻率和公稱頻率不得超過±30% 。 所述的超聲導波探頭要求在距離400mm處檢測長X寬X深尺寸為 20mmX0. 4mmX 1. 5mm模擬裂紋的信噪比不小于8dB。 所述的靈敏度試塊所用管段長度大于等于500mm，缺陷長X寬X深尺寸為 20mmX0. 4mmX 1. 5mm，內、外壁模擬裂紋間距400mm，內、外壁裂紋反射信號不相互干擾，內、 外壁裂紋信號不與試件邊沿信號相互干擾。 在靈敏度試塊上距離外/內表面模擬裂紋相鄰兩測試點之間距離小于等于 200mm。 掃查周向缺陷時，相鄰兩個掃查面的距離不大于單次掃查長度。
管壁內外部缺陷驗證參照國內標準JB/T4730. 3-2005 (《承壓設備無損檢測》第三 部分超聲檢測)第4. 5條以及附錄D執行；檢測方法選用橫波或縱波斜入射接觸法檢測， 若工件厚度小于80mm時，對比試樣軸向外表面、周向和軸向內表面加工人工缺陷，若工件 厚度大于80mm時，還要在周向內表面增加一條人工缺陷，人工缺陷尺寸長40mm、深3mm、開 口角度60°的V型槽。 本發明是一種電站厚壁管道的超聲導波缺陷檢測方法，屬于無損檢測領域。該方 法根據不同壁厚管道頻散曲線特征，選擇探頭頻率和入射角度，選擇具有人工缺陷槽的對 比試塊制作距離-波幅曲線，確定掃查靈敏度，在被檢管道表面打磨出一平整的探頭移動 區域并涂抹耦合劑，使用導波探頭沿該移動區域進行掃查，即可實現對未打磨區域的檢測， 通過改變探頭的移動方向實現對不同方向缺陷的檢測。本發明適用于不同管徑、不同厚度 的管道缺陷全面檢測，尤其適用于電站厚壁管道的全面檢測。本發明具有快速、簡單、安全 可靠的特點，可克服常規無損檢測方法的某些局限性，降低人工檢測強度，節省人力和物
5力。本發明對于保證電站鍋爐管道安全穩定運行有著重大的意義。
本發明主要具有如下優點 (1)電站厚壁管道超聲導波檢測方法利用專用導波探頭實現了對電站厚壁管道的 快速、可靠檢驗。檢測過程中僅需在局部位置擺動探頭，即可完成對整個管道的檢測，并同 時完成管道內外壁的檢測，有效解決了電站四大管道全面檢測慢的難題，一定程度上保證 了電站鍋爐四大管道材料質量安全。 (2)本檢測方法對在役管道檢測過程中，只需對管道的局部區域進行打磨除銹處 理即可保證探頭完成對整個區域的檢測，大大縮短了檢測前期準備工作，節約了檢測時間， 保證了在鍋爐檢修期內完成整個管系的檢測，同時也大大減低了檢測成本，對于機組的運 行有著明顯的經濟效益和安全效益。 (3)本檢測方法采用單一檢測探頭，通過匹配相應數字超聲波檢測儀，使得整個檢 測系統操作簡單、體積小、重量輕，有利于工作人員方便攜帶，大大降低了設備對現場的要 求，實現了對狹小空間、交錯分布等復雜管道位置的檢測。
圖1為檢測用導波探頭標準調整試塊示意圖；
圖2是靈敏度試塊上的軸向人工缺陷槽和測試點示意圖；
圖3是靈敏度試塊上的周向人工缺陷槽和測試點示意圖；
圖4是被檢管道表面的探頭軸向移動位置區域示意圖；
圖5是被檢管道表面的探頭周向移動位置區域示意圖。
具體實施例方式
本發明是針對電站厚壁管道的超聲導波檢測方法，是無損檢測方法的一種，主要 使用超聲波檢測儀及超聲導波傳感器(探頭)進行檢測，其具體步驟如下
(1)選擇檢測用探頭根據被檢管道的外徑、厚度、材質，選擇專用超聲導波探 頭，選用檢測頻率為lMHz士O. 5MHz，探頭晶片尺寸為20mmX20mm，超聲導波探頭入射角 度為27.5° ±2° ，探頭入射角探頭聲束軸線水平偏離角不應大于2。，主聲束垂直方 向上不應有明顯的雙峰，超聲導波探頭要求在距離400mm處檢測長X寬X深尺寸為 20mmX0. 4mmX1. 5mm模擬裂紋的信噪比不小于8dB。 (2)選擇檢測儀器所用的超聲波檢測儀采用具有射頻信號檢測功能的數字超聲 波檢測系統，可以調制發射波型為方波，其工作頻率范圍為0. 5MHz lOMHz，增益最小步進 檔不大于0. 2dB，水平線形誤差不大于1 % ，垂直線形誤差不大于5 % 。 系統校驗如圖1所示標準試塊1為CSK-IA用來校準檢測系統參數，導波檢測儀 和探頭的系統性能要求達到管道2的最大檢測聲程時，其有效靈敏度余量不應小于10dB， 信噪比不小于8dB，儀器和探頭的組合頻率和公稱頻率不得超過±30%。
(3)靈敏度試塊 i.靈敏度試塊采用與被檢對象相同規格和材料的管段，管段長度一般不應小于 500mm。 ii.在管段的內外壁分別加工出周向模擬裂紋缺陷，缺陷長X寬X深尺寸為20mmX0. 4mmX1. 5mm，內、外壁模擬裂紋間距400mm，內、外壁裂紋反射信號不應相互干擾， 內、外壁裂紋信號不應與試件邊沿信號相互干擾，見圖3，其中7為測試點，C為內壁模擬裂 紋，D為外壁模擬裂紋。 iii.在管段的內、外壁分別加工出軸向模擬裂紋缺陷，缺陷長X寬X深尺寸為
20mmX0. 4mmX1. 5mm，內、外壁模擬裂紋間距400mm，內、外壁裂紋反射信號不應相互干擾，
內外壁裂紋信號不應與試件邊沿信號相互干擾，見圖2，其中6為測試點，A為內壁模擬裂
紋，B為外壁模擬裂紋。 (4)制作距離-波幅曲線 i.外表面模擬裂紋距離波幅曲線制作 在距離外表面模擬裂紋每隔100mm測試一點，記錄反射波幅和信噪比，直到信噪 比降低為6dB，這時距離模擬裂紋的讀數即為單次有效檢測長度，此時的增益值即為外表面 模擬裂紋檢測靈敏度，移動波門，測定始波超過±20%的范圍，即為始波盲區。
ii.內表面模擬裂紋距離波幅曲線制作 距離內表面模擬裂紋每隔100mm測試一點，記錄反射波幅和信噪比，直到信噪比 降低為6dB，這時距離模擬裂紋的讀數即為單次有效檢測長度，此時的增益值即為內表面模 擬裂紋檢測靈敏度，移動波門，測定始波超過±20%的范圍，即為始波盲區。
(5)掃查靈敏度確定比較內表面和外表面檢測靈敏度，以增益值高者為掃查靈
敏度，同時以有效掃查距離為單次掃查長度。 一般情況下，外表面檢測靈敏度高于內表面檢 測靈敏度，如果外表面單次有效檢測長度大于內表面模擬裂紋單次有效檢測長度2倍以上 時，應分別利用內外壁檢測靈敏度對其缺陷進行掃查。 群速度調整在CSK-IA試塊上，利用R100圓弧將探頭零點標定。然后根據靈敏度 試塊，分別距離外表面模擬裂紋400mm和600mm處將反射波調到最強，并調節聲速將兩點距 離差調為200mm，并將聲速標定。 掃查如圖4、圖5所示周向缺陷和軸向缺陷分別進行掃查，其中4為探頭軸向 移動區域，5為探頭周向移動區域，3為探頭，軸向和環向掃查面都呈帶狀，寬度為始波盲 區寬度+100mm，兩個掃查面的距離不大于單次掃查長度，導波檢測探頭移動速度要不大于 50mm/s 。 (6)缺陷尺寸測量在檢測中反射波信噪比大于6dB需要進行記錄，記錄反射波位 置、波幅、信噪比，并用記號筆進行范圍標定。(7)檢測結果驗證及分級管壁內外部缺陷驗證參照JB/T4730. 3-2005 (《承壓設
備無損檢測》第三部分超聲檢測)第4. 5條以及附錄D執行。檢測方法選用橫波或縱波
斜入射接觸法檢測，若工件厚度小于80mm時，對比試樣軸向外表面、周向和軸向內表面加
工人工缺陷，若工件厚度大于80mm時，還要在周向內表面增加一條人工缺陷，人工缺陷尺
寸長40mm、深3mm、開口角度60。的V型槽，檢測靈敏度為人工缺陷槽反射回波幅度調節為
熒光屏滿刻度的50%，若缺陷回波幅度大于或等于人工缺陷回波時不合格。 用上述方法對某廠在役再熱冷段管道進行檢測，再熱冷段管道上發現一超標缺
陷，該缺陷經過現場打磨，驗證為未熔合、未焊透混合缺陷。從檢測過程看，該檢測方法與
常規超聲橫波檢測和磁粉、滲透檢測比較，準備工作量減小70%，實施方便；檢測速度快，
檢測效率提高70倍，280米管道檢驗節約工期24天。節約工期帶來新增發電產值可達
724X24X300麗X 103X0. 35X10-4萬元二 6048萬元。此檢測方法可以有效發現管道母 材潛在的危害性缺陷，避免四大管道開裂造成的嚴重危害，如果四大管道因為缺陷導致泄 漏爆破，因為管道壓力高達170公斤其直接危害巨大，損失數百萬乃至幾千萬元，間接的 發電產值損失以更換恢復一段5米長的主蒸汽管道最短工期15天為例，其發電產值可達 15X 24X 300麗X 103X0. 35X10-4萬元=3780萬元。由此可知該檢測技術對管道裂紋等 危害性缺陷具有很高的檢測靈敏度和信噪比，可靠性高。
權利要求
電站厚壁管道超聲導波檢測方法，其特征在于該方法的步驟為①選擇超聲導波檢測探頭根據被檢管道的外徑、厚度、材質，選擇超聲導波探頭，探頭晶片尺寸為20mm×20mm，檢測頻率為0.5MHz～1.5MHz，超聲導波探頭入射角度為27.5°±2°，探頭聲束軸線水平偏離角不大于2°，主聲束垂直方向上無明顯的雙峰；②選擇超聲導波檢測儀器所述的超聲波檢測儀器采用具有射頻信號檢測功能的數字超聲波檢測系統，調制發射波型為方波；③制作靈敏度試塊采用與被檢對象相同規格、材質、熱處理狀態的管段，在管段的內、外壁分別加工出周向模擬裂紋缺陷或軸向模擬裂紋缺陷；④制作距離-波幅曲線在靈敏度試塊上距離外/內表面模擬裂紋每隔一定距離測試一點，記錄反射波幅和信噪比，直到信噪比降低為6dB，這時距離模擬裂紋的讀數即為單次有效檢測長度，此時的增益值即為外表面模擬裂紋檢測靈敏度，移動波門，測定始波超過±20％的范圍，即為始波盲區；⑤掃查比較內表面和外表面檢測靈敏度，以增益值高者為掃查靈敏度，同時以有效掃查距離為單次掃查長度；周向缺陷和軸向缺陷分別進行掃查，周向和環向掃查面都呈帶狀，寬度為始波盲區寬度+100mm；⑥缺陷尺寸測量在檢測中反射波信噪比大于6dB需要進行記錄，記錄反射波位置、波幅、信噪比，并用記號筆進行范圍標定；⑦檢測結果驗證及分級檢測靈敏度為人工缺陷槽反射回波幅度調節為熒光屏滿刻度的50％，若缺陷回波幅度大于或等于人工缺陷回波時不合格。
2. 根據權利要求1所述的電站厚壁管道超聲導波檢測方法，其特征在于所述的超聲導波檢測儀器的工作頻率范圍為0. 5MHz lOMHz，增益最小步進檔不大于0. 2dB，水平線形 誤差不大于1%，垂直線形誤差不大于5% ;導波檢測儀和探頭的系統性能要求達到管道的 最大檢測聲程時，其有效靈敏度余量不應小于10dB，信噪比不小于8dB，儀器和探頭的組合 頻率和公稱頻率不得超過± 30 % 。
3. 根據權利要求1所述的電站厚壁管道超聲導波檢測方法，其特征在于所述的超聲 導波探頭要求在距離400mm處檢測長X寬X深尺寸為20mmX0. 4mmX1. 5mm模擬裂紋的 信噪比不小于8dB。
4. 根據權利要求1所述的電站厚壁管道超聲導波檢測方法，其特征在于所述的靈敏 度試塊所用管段長度大于等于500mm，缺陷長X寬X深尺寸為20mmX0. 4mmX1. 5mm，內、 外壁模擬裂紋間距400mm，內、外壁裂紋反射信號不相互干擾，內、外壁裂紋信號不與試件邊 沿信號相互干擾。
5. 根據權利要求1所述的電站厚壁管道超聲導波檢測方法，其特征在于在靈敏度試 塊上距離外/內表面模擬裂紋相鄰兩測試點之間距離小于等于200mm。
6. 根據權利要求1所述的電站厚壁管道超聲導波檢測方法，其特征在于掃查周向缺 陷時，相鄰兩個掃查面的距離不大于單次掃查長度。
7. 根據權利要求1所述的電站厚壁管道超聲導波檢測方法，其特征在于管壁內外部 缺陷驗證參照國內標準JB/T4730. 3-2005 (《承壓設備無損檢測》第三部分超聲檢測)第 4. 5條以及附錄D執行；檢測方法選用橫波或縱波斜入射接觸法檢測，若工件厚度小于80mm 時，對比試樣軸向外表面、周向和軸向內表面加工人工缺陷，若工件厚度大于80mm時，還要在周向內表面增加一條人工缺陷，人工缺陷尺寸長40mm、深3mm、開口角度60°的V型槽:
全文摘要
本發明屬于無損檢測領域，特別是一種電站厚壁管道超聲導波檢測方法，該方法的步驟為選擇超聲導波檢測探頭；選擇超聲導波檢測儀器；制作靈敏度試塊；制作距離-波幅曲線；掃查；缺陷尺寸測量；檢測結果驗證及分級。本發明適用于不同管徑、不同厚度的管道缺陷全面檢測，尤其適用于電站厚壁管道的全面檢測。本發明具有快速、簡單、安全可靠的特點，可克服常規無損檢測方法的某些局限性，降低人工檢測強度，節省人力和物力。
文檔編號G01N29/04GK101726541SQ20091022722
公開日2010年6月9日 申請日期2009年12月1日 優先權日2009年12月1日
發明者李世濤, 蔡紅生 申請人:河南電力試驗研究院