李国华
广西壮族自治区特种设备检验研究院 广西南宁市 530299
摘要：随着社会的发展，压力容器的定期检验是保障设备安全运行的必要手段之一，压力容器制造过程中产生的埋藏缺陷是压力容器安全运行的隐患，对埋藏缺陷的检测和监控具有重大意义，而超声检测方法的组合应用是一种可靠的手段。
关键词：压力容器定期检验；超声检测方法；组合应用
引言
与射线检测等其他检测方法一样，应用于压力容器定期检验中的超声检测，主要被用于检测压力容器中的缺陷，从而使得工作人员能够及时采取相关行之有效的对策进行处理，避免因缺陷的持续扩大而导致更为严重的安全事故。可见在压力容器定期检验当中，超声检测发挥着至关重要的作用。因此本文将从简单介绍超声检测及其应用优势入手，结合实际应用案例探究超声检测在压力容器定期检验中的应用。
1超声检测方法的介绍
超声检测方法分类方式有多种。按原理分类，可分为脉冲反射法、衍射时差法、穿透法和共振法；按波形分类可分为横波法、纵波法、表面波法、爬波法和板波法等。每个具体的检测方法都是不同分类方式的组合，每种检测方法都有其优点和局限性，根据检测对象的特性选择不同的检测方法，或者利用两种以上方法的组合应用，来实现优势互补。超声检测方法很多，应用比较多的有脉冲反射式超声波检测方法、衍射时差法超声检测、超声相控阵检测技术等。各种检测方法都有优缺点。脉冲反射式超声检测方法无法直观地显示缺陷的位置和记录缺陷，其检测结果受人为因素的影响较大，大多时候对缺陷的危害性判断需要非常丰富的检测经验。但是这种方法的检测效率很高，检测成本较低，检测盲区较小。衍射时差法超声检测技术的局限性在于检测面和底面存在较大的盲区，对横向缺陷的检测不可靠。这种不可靠的产生主要是由于横向条形缺陷或面状缺陷在衍射时差法超声检测非平行扫查图像中的显示很容易被误判为点状缺陷。当然衍射时差法超声检测有其独特的优越性，主要表现在检测结果可以形成图像记录并保存、检测灵敏度高、对缺陷高度和深度的测量精度高。
2压力容器定期检验中超声检测方法的组合应用
2.1选用耦合剂与探头
超声能量能否具有较高的声强透射率，以有效将超声能量准确传入至被检测对象处取决于耦合剂。一般在超声检测当中会使用化学糨糊、水、机油等作为耦合剂，其中耦合效果最优但价格最贵的耦合剂是甘油。而处于经济成本的检测精确度等因素的考量，在本次检测当中选择使用化学糨糊作为耦合剂。在特种设备当中，焊缝不仅为细晶粒同时超声波各向同性。基于此，一般选用频率在2.5MHz到5MHz之间的横波作为检测波形，并结合母材的具体板厚选择探头K值，K值越大则越表明母材板厚较薄。在本次检测当中焊缝的宽度为2cm，为有效保障检测的精确度和灵敏度，并尽可能提升缺陷定位的准确度，结合相关规定选择使用2.5P13×13K2的探头。
2.2试块的选用
试块分为标准试块和对比试块两种。标准试块是指具有规定化学成分、表面粗糙度、热处理及几何形状的材料块，用于评定和校准超声检测设备。对比试块是指与被检件或材料化学成分相似，含有意义明确参考反射体的试块，用以调节超声检测设备的幅度和声程，以将所检测出的缺陷信号与已知反射体所产生的信号相比较，即用于检测校准的试块。
2.3评定和处理缺陷
在定期检验压力容器的过程中使用超声检测时，工作人员需要认真记录所有超过评定线的信号，并利用检测设备对缺陷的位置以及具体特性等进行精确计算，由此判断压力容器中的潜藏缺陷，譬如说出现裂纹、熔合程度不够等等。而如果能够大致锁定压力容器的缺陷类型与特征，则可以通过适当变化K值并增加检测面的方式，对动态波形进行实时观察以提高评定的精确性。
但如果在判断波形过程中出现阻碍或困难，则可以配合使用包括射线检测等其他方法完成缺陷判定，最后需要依照相关标准要求根据超声检测得到的缺陷类型对其进行质量分级。此时工作人员需要及时将缺陷类型、等级以及位置、尺寸等信息进行上报，使得缺陷得到及时处理，从而有效保障压力容器的正常。
2.4小角度纵波直探头
常见压力容器螺柱材质主要为碳钢、低合金钢，所以小角度纵波直探头可选用6°～8.5°，频率为2.5～5MHz，探头晶片尺寸根据螺柱规格选择，被检螺柱的两端面要为平面，且表面粗糙度要达到检验要求。采用小角度纵波法检验通常有4种灵敏度调节方式:第一，人工裂纹。由于大量断裂螺柱的旧痕迹约为1mm，即人工裂纹是在无缺陷螺柱上加工深度为1mm的参考试块，而无缺陷螺柱的结构尺寸需要与被测螺柱相同，且加工地方在无缺陷螺柱靠近退刀槽第一道或第二道螺纹之间根部。对于不同类型的螺柱，人工裂纹加工地方不一样，裁丝型螺柱是在裁丝端进行加工。进行检测时，探头应接近缺陷的这一端，使人工裂纹的波高达到60%即可。第二，螺柱端面的底纹波高。给规格和形状一定的螺柱检测时，比较人工裂纹反射波和端面底纹波在底面反射条件相同时的波高情况，前者波高和后者的波高存在一定的分贝差。根据实验求出人工裂纹反射波波高与端面底纹波波高的分贝差，将后者作为参考信号调整灵敏度。第三，螺纹波法。螺纹波是一种声速扩散在螺纹上信号较弱的反波形，它与信号非常强烈的裂纹波不同。螺纹波与裂纹波是两种不同的信号，前者如果比较为有用的信号，那后者就是噪声信号，可以利用螺纹波这种噪声的信噪比进行仪器灵敏度的检验和判伤。第四，参照电力标准DL/T694－2012《高温紧固螺柱超声波检测技术导则》中对比试块LS－1调节灵敏度，具体参看标准。此方法优点是有明确的灵敏度模拟裂纹反射当量。
2.5选择灵敏度与扫查方法
依照相关标准要求，当检测对象的厚度在 6mm 到 2m 之间时，使用斜探头和 CSK-IIA 试块对焊接接头进行全面检测，此时需要保障扫查的灵敏度在 2×40-18dB 以上，而至少为 20%的荧光屏满屏刻度则为在检测范围之内，声程最大位置的评定线高度。通常情况下，检测人员会使用斜探头按照前后方式、左右方式以及转角、环绕等方式进行扫查，如果在进行压力容器横向缺陷检测时则可以使用斜探头在两侧焊接接头的边缘位置处，保持与其中心线不超过 10°的两方向，且速度控制在 150mm/s 的斜平行扫查。
2.6变形波
螺柱检测中会经常出现变形波，这是由于探头在检测螺柱时，干涉和变形横波在螺杆的侧壁产生，这就是变形波。识别方法:在螺柱的探伤检测中，螺柱周围全是不带中心的孔螺柱，可用黏有耦合剂的手指触击螺杆部位找到波型转换点，抑制侧壁反射波，这样降低侧壁干涉。探测带中心孔螺柱时，波形显示最大特点就是一丛，中间高，两头低，并且整圈都有。
结语
压力容器定期检验主要是在使用一定时间后对容器的安全状况进行检查，所以对制造时焊缝埋藏缺陷的高度进行监控就显得尤为重要。射线检测对缺陷高度的测量误差较大，影响因素较多。衍射时差法超声检测对缺陷高度的测量精度很高，而且可以实现检测结果的长期保存。所以衍射时差法超声检测技术对埋藏性缺陷的监控是有效的。通过与上次定期检验中缺陷高度的比较，可以判断缺陷的扩展及危害。这为容器的安全状况评定和监控使用情况提供了参考和依据。而脉冲反射式超声检测方法的补充，很大程度上减少了衍射时差法超声检测的盲区，确定了缺陷的位置，结合衍射时差法超声检测图谱为缺陷的定性提供了参考。衍射时差法超声检测和脉冲反射法超声检测的组合应用，为埋藏缺陷的检测提供了可靠的方法。
参考文献
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