给螺旋管焊缝做B超？

           给螺旋管焊缝做B超？

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超声波太学术？B超各位都知道吧，其实B超就是超声波检测的一种运用！

螺旋管圈水冷壁是国产1000MW超超临界锅炉的最主要承压部件之一。螺旋管圈水冷壁鳍片焊缝上一旦有裂纹就会造成频繁的停炉事故。所以必须有效地揪出这些危害性的裂纹，本文就给大家讲讲如何给这种螺旋管焊缝进行B超！

1.为什么选择超声波检测？

螺旋管圈水冷壁采用在管子之间焊接扁钢连接而成，在工程上，把用来连接水冷壁管子的扁钢称为鳍片，鳍片和水冷壁管子的焊接角焊缝称为鳍片焊缝，如图1所示。

图1 水冷管与鳍片焊接示意图

这种鳍片焊缝频繁产生裂纹造成停炉事故。但受到结构限制采用表面检测和射线检测均存在较大问题，但采用超声波检测可以解决这一问题。不过常规的超声波检测，由于鳍片之间的间隙窄，无法进行检测，怎么办呢？

2.那就特别设计一下呗！

超声检测系统主要包括探头和检测仪器两部分。

2.1 探头设计

螺旋管圈水冷壁鳍片焊缝检测分探头对侧焊缝检测和探头侧焊缝检测两种情况，超声在介质中的传播途径分别如图2和图3所示。H为焊缝下端与鳍片上端面垂直距离，α为楔块与金属界面超声波入射角，β为折射角。近探头侧鳍片焊缝裂纹检测可采用鳍片底边二次反射横波检测。

            图2 探头对侧焊缝检测示意图

              图3 探头侧焊缝检测示意图

根据实际检测要求，探头尺寸不能太大，水冷管双边四条鳍片焊缝从扁钢单面完成检测最佳，此外需要选用波长较短的横波进行探伤。

通过对多种材料加以比对后，选择聚砜制作楔块较为合适。

专用超声探头设计主要包括晶片设计、探头楔块设计、探头背衬设计和探头电匹配四部分。

为获得较高检测灵敏度，选择矩形复合材料压电晶片。为保证缺陷检测灵敏度和缺陷定量分析，探头声场距离以三倍近场长度为佳。根据钢中横波波长及横波近场长度，可以计算出压电晶片面积。根据计算的压电晶片长度，可以近似求得探头前沿长度，按照实际生产需要，鳍片与水冷管焊接融合深度约为鳍片厚度的60%，计算得到的探头前沿，确保在检测过程中，有效避免鳍片与水冷管壁接触区中间未熔合区域产生的超声波反射信号进入超声波探头。然后根据计算得到的晶片长度和压电晶片面积，进而计算得到晶片宽度。

探头楔块形状设计既要保证探头前沿值尽量短又要杂波少，为减少楔块侧面造成的反射杂波，在楔块四周侧面开深度约为0.5～1mm宽度0.2mm左右的竖槽，楔块外形设计如图4所示，其中α为入射角，γ为楔块前端倾斜角。

             图4 楔块外形示意图

完成楔块设计后，要得到理想的窄脉冲波以提升探头检测分辨灵敏度，需要对超声探头背衬吸声层和电匹配精确设计。

为实现与压电晶片声阻抗的匹配，本设计对背衬复合材料的声阻抗作了理论上的计算分析，寻找其声阻抗与钨粉体积浓度之间的关系。

为增加超声换能器的带宽，还有一个重要的手段就是电匹配问题。

2.2 超声检测仪器设计

鳍片焊缝专用超声检测仪器设计包括超声发射电路、超声增益放大电路、滤波电路和数据采集电路等。

为了方便系统灵活调试，本设计采用非调谐式发射电路，其脉冲控制参数可以通过核心控制器FPGA方便地进行修改设定。

超声检测信号接收/数据采集模块中的程控放大电路放大后，再经过超声滤波电路。在本设计中，选用带通滤波电路，使有用信号正好在它的通频带上，有效滤除噪声。为兼顾不同的应用和频段选择，本设计中利用FPGA控制继电器选通五组带通滤波电路。

数据采集电路采用常规设计。

3.是骡子是马拉出来溜溜呗！

3.1 缺陷加工

采用四根水冷壁管焊接水冷壁试件，取试件长度约1m，管外径Φ38mm，壁厚8mm，鳍片宽度30mm，厚度6mm，坡焊缝沿鳍片宽度方向宽度约为3mm，两管之间的鳍片平面宽度约为24mm。在试件鳍片焊缝上进行人工刻伤，刻得平底孔刻痕，如图5所示。

图5 深5mm，直径φ1mm的平底孔

                   3.2 缺陷检测

采用研制的超声探头和检测仪器在水冷壁试件上进行探伤。无缺陷部位的检测信号图像如图6所示，在同缺陷侧面检测φ1mm×5mm平底孔信号图像如图7所示，在缺陷背面检测φ1mm×5mm平底孔的信号图像如图8所示。

                   图6 无缺陷图像

      图7 同面检测φ1mm×5mm人工平底孔图像

       图8 背面检测φ1mm×5mm人工平底孔图像

分析上述检测结果可以发现在焊缝背面（人工缺陷远离焊缝的一面）和焊缝同面（人工缺陷靠近焊缝的一面）均顺利检测出了人工缺陷。  

另外使用本系统对水冷壁试件上背面0.5mm×10mm×5mm人工刻痕进行检测，也顺利检测出了人工缺陷。

4.结束语

超声波在无损检测方面的应用，由于设备和人员技术的限制还有很大的提升空间。相信通过本文的介绍，您是不是觉得身边的很多东西都想给它“B超”一下？那就赶快行动起来，通过您巧妙的设计就可以让超声波检测的应用范围越来越宽!

来源：节选自《无损检测》2015年第37卷第6期，版权归原作者所有，如有侵权请联系我们及时处理。