[摘要]節(jié)流式流量計(jì)在電站鍋爐及其相連管道上應(yīng)用廣泛，主要用于測(cè)量鍋爐主蒸汽、主給水以及減溫水的流量，屬承壓部件。市場(chǎng)監(jiān)管總局文件，對(duì)電站鍋爐用流量計(jì)開展專項(xiàng)排查整治行動(dòng)，其中對(duì)流量計(jì)環(huán)向?qū)�接接頭提出了相應(yīng)超聲檢測(cè)要求。　　本文針對(duì)流量計(jì)特殊的結(jié)構(gòu)形式，分析檢測(cè)難點(diǎn)，擬定檢測(cè)方案，利用多種K值探頭，探索切實(shí)可行的超聲檢測(cè)工藝，旨在達(dá)到典型缺陷較高檢出率和掃查范圍覆蓋全焊縫的雙重目標(biāo)。
　　2016年8月11日，湖北某地發(fā)生一起因主蒸汽管流量計(jì)焊縫爆裂，造成的重大事故，經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響巨大。在后續(xù)排查工作中發(fā)現(xiàn)，部分地區(qū)流量計(jì)的設(shè)計(jì)、制造、安裝、使用管理、檢驗(yàn)檢測(cè)等環(huán)節(jié)均存在安全技術(shù)規(guī)范及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)未得到嚴(yán)格執(zhí)行等問題。
　　由于流量計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，透照厚度大，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)成本高，射線檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)難度較大。而超聲檢測(cè)具有檢測(cè)厚度大，靈敏度高，速度快，成本低等優(yōu)勢(shì)，成為在制在役流量計(jì)檢測(cè)的選擇。實(shí)際檢測(cè)中，由于結(jié)構(gòu)限制，流量計(jì)的超聲檢測(cè)一直存在困難，針對(duì)流量計(jì)特殊結(jié)構(gòu)的超聲檢測(cè)方法研究顯得尤為重要。
1流量計(jì)結(jié)構(gòu)及檢測(cè)難點(diǎn)
　　鍋爐常用節(jié)流式流量計(jì)包括長頸噴嘴系列、焊接噴嘴系列和焊接孔板系列。其中，焊接噴嘴及焊接孔板系列，主要用于主蒸汽或高壓主給水管道，材質(zhì)為碳鋼或合金鋼。本文僅以焊接噴嘴式流量計(jì)為研究對(duì)象(噴嘴和孔板結(jié)構(gòu)的不同對(duì)于焊縫的超聲檢測(cè)無影響)，具體計(jì)算以編號(hào)為DG1的某焊接噴嘴式流量計(jì)為例，結(jié)構(gòu)尺寸如圖1所示。流量計(jì)通過測(cè)量管內(nèi)節(jié)流件前后壓差變化換算得到流量大小，為了測(cè)量壓力需要，設(shè)置了環(huán)室、取源管及取源縫隙;為了固定噴嘴需要，焊縫位置厚度較薄且有臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)，如圖2所示。
 
以上結(jié)構(gòu)造成的檢測(cè)難點(diǎn)主要有:
a由于焊縫余高的存在，探頭只能貼著焊縫邊緣進(jìn)行平移，如前沿值過大，-.次波將無法掃查到焊縫根部;
b噴嘴頂部與焊縫根部未完全融合(圖3-2所示)，且焊縫底部凹凸不平，故無法利用焊縫底部反射的二次波進(jìn)行檢測(cè)，只能以環(huán)室上部平臺(tái)作為超聲波反射面;
c作為反射面，環(huán)室長度1限制了二次波的實(shí)際檢測(cè)范圍;
d噴嘴與焊縫連接處的臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)存在，導(dǎo)致部分二次波無法覆蓋到焊縫檢測(cè)區(qū)域;
e平臺(tái)L長度不夠，二次波檢測(cè)的探頭移動(dòng)范圍1.25P(P=2KT)。以常用K2探頭計(jì)算，L=60mm<1.25P=94mm，無法保證特定K值探頭的掃查范圍覆蓋全焊縫;
f結(jié)構(gòu)不連續(xù)處的各種工件輪廓雜波信號(hào)較多，給檢測(cè)帶來--定干擾。
 
2檢測(cè)相關(guān)參數(shù)測(cè)定
　　由于目前在役流量計(jì)大多未在正規(guī)渠道采購，圖紙不全，尺寸參數(shù)均不明確。在進(jìn)行流量計(jì)焊縫超聲檢測(cè)前，對(duì)流量計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)量、繪制，為之后的檢測(cè)做圖形建模準(zhǔn)備，以判斷檢測(cè)是否可行。
　　與檢測(cè)相關(guān)的尺寸參數(shù)，如圖1所示:平臺(tái)長度L:60mm;焊縫寬度b:20mm;坡口根部間隙a:2mm;坡口根部高度h:2mm;檢測(cè)厚度T:19mm;焊縫厚度t:13mm;環(huán)室長度(單側(cè))1:28mm，噴嘴寬度c:20mm;探頭前沿q(可取6.5/9)mm。
　　其中平臺(tái)長度L、焊縫寬度b可直接利用鋼直尺測(cè)量得出，坡口根部間隙a和根部高度h默認(rèn)為2mm(參照常見V型坡口)，探頭前沿由所選探頭參數(shù)而定�，F(xiàn)著重介紹檢測(cè)厚度T、噴嘴寬度c、焊縫厚度t、環(huán)室長度(單側(cè))1四個(gè)參數(shù)的測(cè)定方法。
2.1檢測(cè)厚度T和噴嘴寬度c測(cè)定
　　由于噴嘴與母材在垂直方向未完全融合(圖4箭頭指示位置)，可以利用K1斜探頭入射到端角產(chǎn)生發(fā)射的原理，根據(jù)端角反射的最大回波信號(hào)，所示深度即為環(huán)室距離工件表面的距離(即檢測(cè)厚度T)。同時(shí)測(cè)量探頭前部位置與焊縫中心的距離，減去最大回波信號(hào)處的水平距離，所得數(shù)值乘以2，即得噴嘴寬度c。
 
2.2焊縫厚度t測(cè)定
　　由于焊縫未與噴嘴融合在一-起，無法利用斜探頭測(cè)量焊縫厚度，所以必須磨平一小塊焊縫余高，磨平范圍約為直探頭大小，將直探頭置于磨平余高焊縫處，此處接收到的最大回波信號(hào)所示深度即為焊縫厚度t。同樣利用測(cè)厚儀也可測(cè)量出焊縫厚度。
2.3環(huán)室長度1測(cè)定
　　利用直探頭得到兩個(gè)回波信號(hào)(分別為環(huán)室反射信號(hào)、平底反射信號(hào))，根據(jù)超聲波大平底面回波聲壓與距離的反比關(guān)系，△12=201gx2/x1,以DG1為例，計(jì)算出兩個(gè)回波差值△=5db，根據(jù)閘門移動(dòng)或設(shè)置雙閘門，比較回波的db差值，來判斷直探頭發(fā)射點(diǎn)是否處在環(huán)室的邊緣。最后通過鋼直尺測(cè)量焊縫邊緣與探頭中心的水平距離，即得到環(huán)室長度1。
 
3.超聲檢測(cè)工藝制訂
3.1儀器探頭選擇
3.1.1儀器選擇
　　綜合考慮水平線性、垂直線性、靈敏度余量、信噪比、檢測(cè)功率、分辨力、便攜度等參數(shù)，選擇較優(yōu)的數(shù)字式超聲檢測(cè)儀。
3.1.2探頭選擇
a尺寸參數(shù)測(cè)定時(shí)，選擇高頻小尺寸縱波直探頭進(jìn)行測(cè)量;
b焊縫檢測(cè)時(shí)選擇橫波斜探頭進(jìn)行掃查，由于檢測(cè)厚度T不大(--般在20~40mm)，通常選用5MHz探頭，以提高檢測(cè)靈敏度、分辨力和聲速指向性;
c在探頭晶片尺寸的選擇上，前沿值q由于焊縫余高的存在對(duì)于一次波掃查范圍的影響:平臺(tái)長度L對(duì)探頭移動(dòng)范圍的限制:以及減少耦合損失的考慮，通常選用6X6或8X12的小晶片探頭，來確保斜探頭的掃查覆蓋度。
3.2典型缺陷檢出
　　通過解剖流量計(jì)進(jìn)行目視檢查、表面磁粉檢測(cè)和金相分析等多種檢測(cè)手段，發(fā)現(xiàn)該類流量計(jì)的常見缺陷主要為根部未焊透、坡口未熔合及與.坡口方向近似平行的裂紋(見圖3所示)。
3.2.1未焊透掃查
　　根據(jù)端角反射原理，選用K1探頭檢測(cè)未焊透缺陷(需滿足條件:q+b/2≤t，才能確保掃查到根部)，以DG1為例，由于焊縫寬度和探頭前沿所限，K1探頭無法檢測(cè)到焊縫根部，則需選擇較大K值探頭進(jìn)行根部掃查。
3.2.2坡口掃查
　　針對(duì)坡口未熔合和裂紋，優(yōu)先選擇角度與坡口缺陷方向垂直的K值探頭進(jìn)行坡口缺陷掃查，計(jì)算坡口角度:K=tanθ=(t-h)(b-a)/2,DG1參數(shù)計(jì)算得K=1.2，近似取K1探頭的二次波進(jìn)行坡口掃查。
3.3掃查全覆蓋
在3.2確保典型缺陷較高檢出率的基礎(chǔ)上，確保掃查范圍覆蓋全焊縫。
a圖像模擬:將流量計(jì)尺寸參數(shù)準(zhǔn)確輸入CAD圖像，選擇多種K值探頭，通過做圖方式將其掃查范圍直接顯示于圖中，就可判斷是否覆蓋(如圖6所示)。
 
b計(jì)算:通過三角函數(shù)，計(jì)算幾種K值與焊縫中心線的交點(diǎn)，來判斷何種探頭組合可以覆蓋。DG1經(jīng)圖像模擬和計(jì)算均得出，需三個(gè)K值探頭(K1,K2,K3)來保證焊縫掃查全覆蓋。
4試驗(yàn)驗(yàn)證
　　以上檢測(cè)工藝已在實(shí)際檢測(cè)中應(yīng)用，從DG1的檢測(cè)結(jié)果(見表1)來看，能有效發(fā)現(xiàn)II區(qū)II區(qū)缺陷。對(duì)比射線檢測(cè)(解體后檢測(cè))和相控陣等檢測(cè)方法的結(jié)果，缺陷的契合度較高。
 
　　另外在實(shí)際檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)，不同流量計(jì)的尺寸變化較大，如每次都需要進(jìn)行CAD模擬或計(jì)算，工作量較大。為方便選擇和檢測(cè)，流量計(jì)模擬分析軟件，通過設(shè)置流量計(jì)尺寸參數(shù)，直觀、快速、正確地篩選出滿足掃查要求的探頭K值組合，并輸出焊縫成形圖和所用K值的掃查范圍圖(見圖7)，圖示有10種方案可供選擇，大大提高了檢測(cè)效率。
 
5總結(jié)
　　本文著手解決了流量計(jì)結(jié)構(gòu)帶來的檢測(cè)難點(diǎn)，制定的超聲檢測(cè)工藝經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證，對(duì)于在制在役流量計(jì)的超聲檢測(cè)能起到一定指導(dǎo)作用，特別是在智能軟件投用后，效率和可操作性有進(jìn)一步提高。
　　脈沖反射法超聲檢測(cè)受操作人員水平影響較大，缺陷定性較為困難，僅能二維掃查成像的局限性仍然存在，隨著新型超聲檢測(cè)技術(shù)的推廣和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施的支撐，對(duì)于節(jié)流式流量計(jì)超聲檢測(cè)這一課題，會(huì)有更多研究方向。

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