小管道的内部超声检测VIP

仪器方法 小管道的内部超声检测 胡 超 (宁波大学,宁波 315211) 摘 要 由超声传感器、 反射镜和旋转机构等组成的微型探头,可伸进内径为1070mm的 小管道,用水浸方式对管道进行扫描检查,并将信号传向探伤仪或计算机,实现对管壁厚度、 内外壁 损耗、 裂缝以及其它参数的检测。 主题词 超声检验 管道 裂纹 厚度检测 INNER ULTRASONIC TESTING FOR S MALL TUBES Hu Chao (N ingbo U niversity) Abstract The m icro2probe composed of ultrasonic transducer, reflector and rotating element can be used to do i mmersion scanning in the small tubes w ith 1070mm inner diameters, by which signals can be transfered to instrument or m icrocomputer to test the tube wall thickness, the loss and cracks of inner and outer surfaces of tubes and other parameters . Keywords U ltrasonic testing Tube Crack Thicknessmeasurement 某些小管道,如电厂的锅炉、 压缩机中的管道, 由于其结构特点,希望在不拆卸的情况下进行维修 检查,但这种检查在管道外部难以实现,理想的方法 是将探头伸进管道内部来进行检测。对于小的薄型 金属管,以往常采用内部电涡流法检测,但对导磁材 料的管道,其磁导率分布不均匀,难以获得精确的检 测结果;对管壁较厚的管道,电涡流检测会受到很多 限制。为此新日本非破坏检查公司研制出一种内部 超声波检测装置1,以实现对管道快速有效的检查。 作者于1998年上半年在日本参加了无损检测的研 修,曾在此公司学习,本文就此作一介绍。 1 系统的主要指标 测量参数:管壁厚度、 内外壁损耗、 裂缝以及轴 向和周向截面形状 测量范围:管壁厚度0. 520mm 测量精度:0. 1mm 适用管内径: 1070mm 测量速度:最大500mm?s(内径 35mm ,马达驱动) 弯管半径:最小200mm 测量长度: 15m(连续测量) 适用材料:金属及非磁性材料 2 系统构成 系统由超声探头、 卷取机、 水泵、 探伤仪、 便携式 计算机和记录仪组成(图 1) 。 图1 系统原理图 超声探头由超声传感器、 反射镜、 旋转机构(分 马达驱动和水涡轮驱动)和连接器等组成,这些元件 都装在密封圆管内。图2所示为马达驱动式超声探 头。 微型马达通过齿轮带动连接器转动,连接器上装 有不锈钢制成的超声反射镜,超声传感器发出超声 波被反射并旋转,从而实现对被检对象的扫查。 超声 探头分直管和弯管两种,直管探头的各部分硬联接, 弯管探头各部分则用弹簧管柔性联接,可用于检测 弯曲半径 200mm的管子。 433 第22卷第7期 2 0 0 0年7月 无损检测 NDT Vol . 22 No. 7 July 2 0 0 0 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 图2 超声探头结构简图 工作时,水泵通过缆线中的水管将超声探头快 速地推进被测管道中,并使其周围充满水,即采用水 浸式工作方式。 探头到达被测管道的尽头时,卷取机 卷动缆线将探头收回。 同时,探伤仪控制反射镜绕轴 线旋转,并发出频率为1020 M Hz的超声波脉冲, 此信号经管壁反射后,送回到探伤仪中。 操作者可从 探伤仪的CRT显示器上观测反射信号,从而了解 管壁的厚度及损伤情况。 检测过程中,计算机可实时地接收从探伤仪传 出的信号,自动进行处理和计算,给出各种被测参数 和管道的截面图、 损伤图。也可用记录仪进行记录。 3 壁厚的检测 2, 3 壁厚的检测采用直管探头。 测量时,选择与管内 径相配的支撑片,将探头置于管子中间。如图3所 示,超声波脉冲由传感器发出,经旋转反射镜反射到 管壁上,在管壁内外面又发生反射,按原路线返回, 被传感器接收。 根据管壁内外面反射信号的情况,可 判断管壁的厚度变化。 图3 检测示意图 设完好的管子在CRT上的波形显示如图4所 示 , S 1 , S 2表示管内外壁响应信号。当波形变化如图 5所示 , S 1不动 , S 2向S1方向移动,则说明外壁减 薄;当波形变化如图6所示 , S 2不动 , S 1向S2方向 移动,则说明内壁减薄。 由于检测过程中,探头不断移动,反射镜由微电 机控制转动,所以计算机可完整准确地计算、 记录整 图4 完好管子的情况 图5 外壁减薄的情况 图6 内壁减薄的情况 个管子的壁厚变化情况,并能显示任一截面图。 4 裂缝的检测 2, 3 当裂缝平面与圆周面平行或接近平行时,检测 方法与壁厚的检测相似。 如图7所示,由于裂缝位于 内外管壁之间,产生的反射波将出现在内外壁响应 信号S1和S2之间。 图7 平行于圆周面的裂缝检测 当裂缝平面与圆周面不平行时,往往不用反射 镜,而用超声探头直接对裂缝进行检测。 将裂缝大致 分为轴向(裂缝与管道轴线平行)和周向(裂缝与管 道轴线垂直)两种,为获取较大的信号,超声传播方 向应尽可能与裂缝平面垂直,所以对裂缝的检测方 法也有两种。 对轴向裂缝的检测如图8所示,这时探 头轴线和发出的超声信号与管子轴线垂直,但探头 偏离轴线一定距离,并绕轴线旋转,经调整,超声信 号经管壁表面折射后,与裂缝方向垂直(或接近垂 直)。对管外壁裂缝采用直接反射法(图 8a ), 对内壁 裂缝采用二次反射法(图 8b )进行检测。 周向裂缝的检测如图9所示,由于裂缝与管子 533 胡 超:小管道的内部超声检测 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 (a)外壁轴向裂缝(b)内壁轴向裂缝 图8 轴向裂缝检测 (a)外壁周向裂缝(b)内壁周向裂缝 图9 周向裂缝检测 轴线垂直,检测时将探头轴线与管子轴线偏转一个 角度,这样超声信号以一定角度入射管壁内表面,折 射后也与裂缝方向垂直(或接近垂直)。同样也可采 用直接反射法(图 9a )和二次反射法(图 9b )对外壁 和内壁裂缝进行检测。 探头绕管子轴线转动,并沿轴 线方向移动,从而实现对管壁的扫描式检查。 检查结 果经处理后可由计算机显示,并按标准格式打印。 参考文献 1 新日本非破坏检查株式会社.火力发电设备非破坏检 查新技术介绍资料.北九州,日本, 1996. 2 中国机械工程学会无损检测学会.无损检测概论.北京: 机械工业出版社, 1993. 3 张俊哲等.无损检测技术及其应用.北京:科学出版社, 1993. 收稿日期: 1998209218 (上接第309页) 的检测,并进行了解剖,结果表明误差基本上能控制 在510mm范围内。 我们在两个剥离间隙较小,检测时又想分别标 出边界的情况下,在模拟试块和容器试块上作了一 些尝试。 在基体侧探测,探头从剥离中心先向外移动 时,缺陷波明显下降,底波出现并明显上升,继续向 外移动,缺陷波没消失却又上升,这样以底波最高 时,探头中心点左右各5mm定为两剥离边界的间 隙距离。 在堆焊层侧检测,探头从剥离中心向外移动 时,缺陷波逐渐下降,在波形尚未消失时(高度约为 10%20% ),缺陷波又逐渐升高。此时以缺陷波最 低时,探头中心点左右各5mm作为两剥离边界的 间隙距离。 经与实际解剖结果相比较,剥离边界间隙在8 15mm时,可以区分。 5 小结 目前国内热壁加氢反应器越来越多,制订一个 氢剥离的在役检验行业标准是非常必要的。 (1)合理选择有代表性的部位检测,如温度、 压 力波动较大区域(如冷氢段 ), 内壁制造时返修较多 部位,停车降温时,温度下降较快、 厚度较小的封头 处等作为检测重点,视检测结果决定是否扩检。 (2)外壁检验时最好在筒体上调节灵敏度,否 则会造成很大误差,此误差主要是由标准试块与容 器筒体晶粒度差异而造成。笔者在检验工作中还发 现,即使同一容器两个筒节之间也有差异,这也是造 成内、 外壁检测结果不一致的主要原因之一。 (3)为了使检测结果有一个可比性,应使用同 一型号探头、 同一测长方法和同一灵敏度调节方法 进行再检测。 收稿日期: 1999212202 (上接第333页) (a)检验参数规定 射线源的能量与透射方 向、 成象几何、 扫描、 图象处理与显示参数。 (b)辅助措施 射线束的准直与滤波、 工件的 遮蔽及其它控制散射线措施。 (c)质量控制 采用象质计(E747, E1025)显 示图象质量,象质计的选择、 数目和放置等应符合标 准的规定。 (d)标记 图象应有定位标志和识别标志。 (4)系统性能鉴定与监测 系统的性能在检验前应进行鉴定,在检验过程 中应定期核查。 上述规定与要求可保证焊件和铸件射线实时成 象检验结果的可靠性和稳定性。 图726给出的是射线实时成象检验系统在低电 压下的丝型象质计灵