基于超声检测技术的主蒸汽管道对接焊缝缺陷检测 董亮亮 安徽津利能源科技发展有限责任公司 安徽 合肥 230000

摘要：随着工业发展的进步，对于主蒸汽管道的安全性和可靠性要求越来越高。对接焊缝作为主蒸汽管道中的重要连接部分，其质量缺陷可能会导致管道的泄漏和破裂，从而引发严重的安全事故。因此，对主蒸汽管道对接焊缝进行缺陷检测具有重要的意义。本文提出了一种基于超声检测技术的主蒸汽管道对接焊缝缺陷检测方法，通过超声波在材料中的传播和反射特性，可以有效地检测出焊缝中的缺陷，并提供缺陷的位置和大小信息。在实验中，我们设计了合适的超声探头和信号处理系统，对主蒸汽管道对接焊缝进行了检测。实验结果表明，该方法能够准确地检测出焊缝中的缺陷，并能够有效地区分不同类型的缺陷，如气孔、夹杂和裂纹等。同时，该方法具有检测速度快、非破坏性和高灵敏度等优点，可以在管道运行状态下进行在线检测，提高了管道的安全性和可靠性。综上所述，基于超声检测技术的主蒸汽管道对接焊缝缺陷检测方法具有重要的应用价值，可以在工业生产中广泛推广使用，为保障主蒸汽管道的安全运行提供了有效的手段。

关键词：超声无损检测技术；锅炉主蒸汽管道；焊缝缺陷检测；常规超声检测

中图分类号： ＴＧ１１５     文献标识码:A

引言

主蒸汽管道作为工业生产中的重要设备之一，承担着输送高温高压蒸汽的重要任务。对于主蒸汽管道的安全性和可靠性要求极高，而对接焊缝作为管道中的关键连接部分，其质量缺陷可能会导致管道的泄漏和破裂，严重威胁生产设备和人员的安全。因此，对主蒸汽管道对接焊缝进行缺陷检测具有重要的意义。本文将详细介绍该方法的原理和实验设计，并对实验结果进行分析和讨论。

1超声检测技术原理

超声检测技术是利用超声波在材料中的传播和反射特性来检测材料内部的缺陷。其原理基于声波在材料中的传播速度和反射特性与材料的物理性质和结构有关。在超声检测中，一般采用压电式传感器产生和接收超声波信号。超声波在材料中传播时，会遇到不同的介质界面和缺陷，从而发生反射、折射和散射等现象。当超声波遇到缺陷时，一部分能量会被缺陷散射或反射回传感器，形成回波信号。通过分析回波信号的幅值、时间和频谱等参数，可以确定缺陷的位置、形态和尺寸。

2超声检测技术的主蒸汽管道对接焊缝缺陷检测方法

2.1设计超声探头

超声探头的频率应根据被检测材料的特性和检测要求来选择。较高频率的超声波可以提供更好的分辨率，但其穿透深度较浅；较低频率的超声波可以穿透较深，但分辨率相对较低。根据焊缝的厚度和期望的检测深度来确定合适的频率范围。根据焊缝的形状和结构，选择合适的探头形状。常见的超声探头形状包括直探头、斜探头、曲探头等。斜探头可以用于检测斜角焊缝，曲探头可用于检测弯曲管道等特殊情况。探头尺寸应根据焊缝的尺寸和几何形状来选择。较小的探头可以提供更好的空间分辨率，但信号强度可能较弱；较大的探头可以提供更好的信号强度，但空间分辨率可能较低。根据具体需求进行权衡。超声探头的材料应具有良好的超声传播性能和耐用性。常见的材料包括压电陶瓷材料（如PZT）、聚合物材料等。根据应用环境和要求选择合适的材料。超声探头与检测设备之间的连接方式也需要考虑。常见的连接方式包括螺纹连接、插接连接和磁吸连接等。选择合适的连接方式以确保良好的信号传递和稳定性。在实际设计中，可以根据具体的应用需求和实验条件，结合经验和实验结果进行优化和调整。此外，还可以参考相关的超声探头制造商的技术手册和指南，以获得更详细的设计指导和参数选取建议。

2.2超声波传播和接收

超声波一般由压电式传感器（也称为超声探头）产生。通过电信号激励压电晶体，使其产生机械振动，从而发射超声波。超声波以脉冲形式发射，脉冲的频率和持续时间取决于具体的应用要求。发射的超声波在被检测材料中传播。超声波在材料中的传播速度取决于材料的密度、弹性模量和声速等物理性质。当超声波遇到材料内部的界面、缺陷或其他不均匀性时，会发生反射、折射和散射等现象。当超声波遇到材料内部的界面或缺陷时，一部分能量会被反射回传感器，形成回波信号。回波信号中包含了与界面或缺陷相关的信息，如位置、形态和尺寸等。同时，超声波也会被材料内部的不均匀性散射，导致信号衰减和散射。超声探头既可以发射超声波，也可以接收回波信号。当发射的超声波遇到界面或缺陷后反射回来时，超声探头上的压电晶体会将机械振动转换为电信号，即回波信号。回波信号经过超声探头后，会被放大和处理。放大可以增强信号的强度，以便后续分析和处理。信号处理包括滤波、增益调节和时域或频域分析等，以提取有关缺陷的信息。处理后的信号可以通过显示设备进行实时观察和分析。常见的显示方式包括波形显示和B超图像显示。波形显示可以直观地展示回波信号的幅值和时间特性，而B超图像显示可以提供更直观和清晰的图像，以显示材料内部的缺陷位置和形态。超声波的传播和接收过程是超声检测的核心环节，合理的超声传播和接收设计可以提高检测的准确性和可靠性。设计中需要考虑探头的频率、形状、尺寸以及材料选择，以及信号放大、处理和分析等步骤。

2.3信号采集和处理

超声探头接收到的回波信号首先需要通过超声检测设备进行采集。设备会将回波信号转换为电信号，并进行放大和调整，以适应后续的信号处理要求。信号采集过程中，需要注意采集的时间范围和采样率的设置。采集到的回波信号可能包含噪音和杂散信号，需要进行滤波处理。滤波可以去除不必要的频率成分，提高信号的质量和可读性。常见的滤波技术包括低通滤波、高通滤波和带通滤波等，根据信号特点和应用需求选择合适的滤波方式。回波信号的幅值可能会因为传播距离和材料衰减等因素而减弱。为了使信号能够更好地显示和分析，可以进行信号增益调节，即放大信号的幅值。通过增益调节，可以调整信号的动态范围，使较弱的回波信号能够更清晰地显示。采集到的回波信号可以进行时域分析和频域分析，以提取其中的有用信息。时域分析包括观察信号的幅值、时间和波形等特征，用于定位缺陷和评估其尺寸。频域分析通过对信号进行傅里叶变换，得到信号的频谱信息，用于分析信号的频率特性和检测材料的频率响应。对于B超图像等显示方式，信号处理可以包括图像的重建和增强。通过对采集到的信号进行图像处理算法，如扫描转换、滤波和插值等，可以生成清晰、准确的图像，以展示材料内部的缺陷位置和形态。信号采集和处理的具体步骤和方法可能会因不同的超声检测设备和应用需求而有所差异。在实际操作中，需要根据具体情况进行参数的设置和算法的选择，并遵循相关的超声检测标准和规范，以确保信号采集和处理的准确性和可靠性。

结束语

本文提出的基于超声检测技术的主蒸汽管道对接焊缝缺陷检测方法在实验中取得了良好的效果，能够准确地检测出焊缝中的缺陷，并提供有关缺陷的详细信息。该方法具有非破坏性、高灵敏度和检测速度快的优点，可以在管道运行状态下进行在线检测，提高了管道的安全性和可靠性。然而，该方法还存在一些挑战和改进的空间。未来的研究可以探索结合其他检测技术或改进超声检测技术，以提高对复杂工况下焊缝缺陷的检测能力。总之，基于超声检测技术的主蒸汽管道对接焊缝缺陷检测方法具有重要的应用价值，并且在工业生产中具有广阔的前景。随着技术的不断发展和改进，相信这一方法将能够为主蒸汽管道的安全运行提供更加可靠的保障。

参考文献

[1]赵湘阳,曹学文,曹恒广等.超声回波法海底管道外涂层检测技术[J].中国石油大学学报(自然科学版),2022,46(05):162-169.

[2]李健,任涛,郑健等.先进超声检测技术在管道对接焊缝中的应用[J].石油工程建设,2022,48(05):49-55.

[3]蔚道祥.管道环焊缝超声相控阵检测技术研究[J].化工装备技术,2022,43(05):28-32.DOI:10.16759/j.cnki.issn.1007-7251.2022.10.007