專利名稱：電站厚壁管道超聲導(dǎo)波檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無損檢測領(lǐng)域，特別是一種電站厚壁管道超聲導(dǎo)波檢測方法。
背景技術(shù)：
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(jiān)督檢驗的重點。運行時管道內(nèi)部承受著高溫高壓，一旦爆破，其高溫蒸汽產(chǎn)生極大 的沖擊力，對附近的設(shè)備和工作人員將造成巨大的傷害。針對自1999年-2006年發(fā)生的多 起四大管道爆破傷人事故，國家電監(jiān)會和國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局分別發(fā)文，要求各有 關(guān)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(guī)檢測技術(shù)方面，關(guān)于承壓鋼管超聲檢測，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)JB/T4730. 3-2005 (《承壓設(shè) 備無損檢測》第三部分超聲檢測)中第4.5款對承壓設(shè)備用無縫鋼管超聲波檢測作了詳細 規(guī)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(chǎn)線上有實現(xiàn)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(zhǔn) 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(xiàn)場基本無法實 施。總之常規(guī)檢測手段由于種種限制，很難實現(xiàn)快速、可靠、全面檢測長距離厚壁管道。
超聲導(dǎo)波檢測法具有單次檢測距離遠，靈敏度高的特點，國內(nèi)開發(fā)的導(dǎo)波檢測系 統(tǒng)主要集中在薄壁管或小直徑圓棒的多探頭檢測系統(tǒng)上，并且由于采用的檢測頻率較低， 導(dǎo)致檢測靈敏度不高。國內(nèi)外導(dǎo)波檢測的思路主要是經(jīng)過管道頻散曲線計算，通過設(shè)置一 定數(shù)量的導(dǎo)波探頭來抑制多模態(tài)的影響，從而得到單一模態(tài)導(dǎo)波實現(xiàn)檢測了目的。但隨著 頻厚積增加導(dǎo)波模態(tài)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(shù)量急劇增加，在厚壁管導(dǎo)波檢測中存在著難以得到單一模態(tài)的導(dǎo)波的困難。
綜上所述，對于長達數(shù)百米的電站鍋爐四大管道而言，若進行全面檢測，任務(wù)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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有常規(guī)超聲波檢測和現(xiàn)有導(dǎo)波檢測技術(shù)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(xiàn)可靠、迅速、簡單的針對電站厚壁管道的超 聲導(dǎo)波檢測方法。 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案電站厚壁管道超聲導(dǎo)波檢測方法， 該方法的步驟為 ①選擇超聲導(dǎo)波檢測探頭根據(jù)被檢管道的外徑、厚度、材質(zhì)，選擇超聲導(dǎo)波探 頭，探頭晶片尺寸為20mmX20mm，檢測頻率為0. 5MHz 1. 5MHz，超聲導(dǎo)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(dǎo)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(shù)字超聲波檢測系統(tǒng)，調(diào)制發(fā)射波型為方波； ③制作靈敏度試塊采用與被檢對象相同規(guī)格、材質(zhì)、熱處理狀態(tài)的管段，在管段 的內(nèi)、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(nèi)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(shù)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(qū)； ⑤掃查比較內(nèi)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(huán)向掃查面都呈 帶狀，寬度為始波盲區(qū)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(biāo)定； ⑦檢測結(jié)果驗證及分級檢測靈敏度為人工缺陷槽反射回波幅度調(diào)節(jié)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(dǎo)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(dǎo)波檢測儀和探頭的系 統(tǒng)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(yīng)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(dǎo)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(nèi)、外壁模擬裂紋間距400mm，內(nèi)、外壁裂紋反射信號不相互干擾，內(nèi)、 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(nèi)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(nèi)外部缺陷驗證參照國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)JB/T4730. 3-2005 (《承壓設(shè)備無損檢測》第三 部分超聲檢測)第4. 5條以及附錄D執(zhí)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(nèi)表面加工人工缺陷，若工件 厚度大于80mm時，還要在周向內(nèi)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(fā)明是一種電站厚壁管道的超聲導(dǎo)波缺陷檢測方法，屬于無損檢測領(lǐng)域。該方 法根據(jù)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(qū)域并涂抹耦合劑，使用導(dǎo)波探頭沿該移動區(qū)域進行掃查，即可實現(xiàn)對未打磨區(qū)域的檢測， 通過改變探頭的移動方向?qū)崿F(xiàn)對不同方向缺陷的檢測。本發(fā)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(fā)明具有快速、簡單、安全 可靠的特點，可克服常規(guī)無損檢測方法的某些局限性，降低人工檢測強度，節(jié)省人力和物
5力。本發(fā)明對于保證電站鍋爐管道安全穩(wěn)定運行有著重大的意義。
本發(fā)明主要具有如下優(yōu)點 (1)電站厚壁管道超聲導(dǎo)波檢測方法利用專用導(dǎo)波探頭實現(xiàn)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(nèi)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(zhì)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(qū)域進行打磨除銹處 理即可保證探頭完成對整個區(qū)域的檢測，大大縮短了檢測前期準(zhǔn)備工作，節(jié)約了檢測時間， 保證了在鍋爐檢修期內(nèi)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(jīng)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(yīng)數(shù)字超聲波檢測儀，使得整個檢 測系統(tǒng)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(shè)備對現(xiàn)場的要 求，實現(xiàn)了對狹小空間、交錯分布等復(fù)雜管道位置的檢測。


圖1為檢測用導(dǎo)波探頭標(biāo)準(zhǔn)調(diào)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(qū)域示意圖；
圖5是被檢管道表面的探頭周向移動位置區(qū)域示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明是針對電站厚壁管道的超聲導(dǎo)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(dǎo)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(jù)被檢管道的外徑、厚度、材質(zhì)，選擇專用超聲導(dǎo)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(dǎo)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(yīng)大于2。，主聲束垂直方 向上不應(yīng)有明顯的雙峰，超聲導(dǎo)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(shù)字超聲 波檢測系統(tǒng)，可以調(diào)制發(fā)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(tǒng)校驗如圖1所示標(biāo)準(zhǔn)試塊1為CSK-IA用來校準(zhǔn)檢測系統(tǒng)參數(shù)，導(dǎo)波檢測儀 和探頭的系統(tǒng)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(yīng)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(guī)格和材料的管段，管段長度一般不應(yīng)小于 500mm。 ii.在管段的內(nèi)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(nèi)、外壁模擬裂紋間距400mm，內(nèi)、外壁裂紋反射信號不應(yīng)相互干擾， 內(nèi)、外壁裂紋信號不應(yīng)與試件邊沿信號相互干擾，見圖3，其中7為測試點，C為內(nèi)壁模擬裂 紋，D為外壁模擬裂紋。 iii.在管段的內(nèi)、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(nèi)、外壁模擬裂紋間距400mm，內(nèi)、外壁裂紋反射信號不應(yīng)相互干擾，
內(nèi)外壁裂紋信號不應(yīng)與試件邊沿信號相互干擾，見圖2，其中6為測試點，A為內(nèi)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(shù)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(qū)。
ii.內(nèi)表面模擬裂紋距離波幅曲線制作 距離內(nèi)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(shù)即為單次有效檢測長度，此時的增益值即為內(nèi)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(qū)。
(5)掃查靈敏度確定比較內(nèi)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(nèi)表面檢 測靈敏度，如果外表面單次有效檢測長度大于內(nèi)表面模擬裂紋單次有效檢測長度2倍以上 時，應(yīng)分別利用內(nèi)外壁檢測靈敏度對其缺陷進行掃查。 群速度調(diào)整在CSK-IA試塊上，利用R100圓弧將探頭零點標(biāo)定。然后根據(jù)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(diào)到最強，并調(diào)節(jié)聲速將兩點距 離差調(diào)為200mm，并將聲速標(biāo)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(qū)域，5為探頭周向移動區(qū)域，3為探頭，軸向和環(huán)向掃查面都呈帶狀，寬度為始波盲 區(qū)寬度+100mm，兩個掃查面的距離不大于單次掃查長度，導(dǎo)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(biāo)定。(7)檢測結(jié)果驗證及分級管壁內(nèi)外部缺陷驗證參照J(rèn)B/T4730. 3-2005 (《承壓設(shè)
備無損檢測》第三部分超聲檢測)第4. 5條以及附錄D執(zhí)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(nèi)表面加
工人工缺陷，若工件厚度大于80mm時，還要在周向內(nèi)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(diào)節(jié)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(fā)現(xiàn)一超標(biāo)缺
陷，該缺陷經(jīng)過現(xiàn)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(guī)超聲橫波檢測和磁粉、滲透檢測比較，準(zhǔn)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(jié)約工期24天。節(jié)約工期帶來新增發(fā)電產(chǎn)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(fā)現(xiàn)管道母 材潛在的危害性缺陷，避免四大管道開裂造成的嚴(yán)重危害，如果四大管道因為缺陷導(dǎo)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(shù)百萬乃至幾千萬元，間接的 發(fā)電產(chǎn)值損失以更換恢復(fù)一段5米長的主蒸汽管道最短工期15天為例，其發(fā)電產(chǎn)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(shù)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(quán)利要求
電站厚壁管道超聲導(dǎo)波檢測方法，其特征在于該方法的步驟為①選擇超聲導(dǎo)波檢測探頭根據(jù)被檢管道的外徑、厚度、材質(zhì)，選擇超聲導(dǎo)波探頭，探頭晶片尺寸為20mm×20mm，檢測頻率為0.5MHz～1.5MHz，超聲導(dǎo)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(dǎo)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(shù)字超聲波檢測系統(tǒng)，調(diào)制發(fā)射波型為方波；③制作靈敏度試塊采用與被檢對象相同規(guī)格、材質(zhì)、熱處理狀態(tài)的管段，在管段的內(nèi)、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(nèi)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(shù)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(qū)；⑤掃查比較內(nèi)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(huán)向掃查面都呈帶狀，寬度為始波盲區(qū)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(biāo)定；⑦檢測結(jié)果驗證及分級檢測靈敏度為人工缺陷槽反射回波幅度調(diào)節(jié)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(jù)權(quán)利要求1所述的電站厚壁管道超聲導(dǎo)波檢測方法，其特征在于所述的超聲導(dǎo)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(dǎo)波檢測儀和探頭的系統(tǒng)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(yīng)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(jù)權(quán)利要求1所述的電站厚壁管道超聲導(dǎo)波檢測方法，其特征在于所述的超聲 導(dǎo)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(jù)權(quán)利要求1所述的電站厚壁管道超聲導(dǎo)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(nèi)、 外壁模擬裂紋間距400mm，內(nèi)、外壁裂紋反射信號不相互干擾，內(nèi)、外壁裂紋信號不與試件邊 沿信號相互干擾。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電站厚壁管道超聲導(dǎo)波檢測方法，其特征在于在靈敏度試 塊上距離外/內(nèi)表面模擬裂紋相鄰兩測試點之間距離小于等于200mm。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電站厚壁管道超聲導(dǎo)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(jù)權(quán)利要求1所述的電站厚壁管道超聲導(dǎo)波檢測方法，其特征在于管壁內(nèi)外部 缺陷驗證參照國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)JB/T4730. 3-2005 (《承壓設(shè)備無損檢測》第三部分超聲檢測)第 4. 5條以及附錄D執(zhí)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(nèi)表面加工人工缺陷，若工件厚度大于80mm時，還要在周向內(nèi)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(fā)明屬于無損檢測領(lǐng)域，特別是一種電站厚壁管道超聲導(dǎo)波檢測方法，該方法的步驟為選擇超聲導(dǎo)波檢測探頭；選擇超聲導(dǎo)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(jié)果驗證及分級。本發(fā)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(fā)明具有快速、簡單、安全可靠的特點，可克服常規(guī)無損檢測方法的某些局限性，降低人工檢測強度，節(jié)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(yōu)先權(quán)日2009年12月1日
發(fā)明者李世濤, 蔡紅生 申請人:河南電力試驗研究院