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  时间：2023-3-20 08:30:43

节流式流量计筒体焊缝超声检测

[摘要]节流式流量计在电站锅炉及其相连管道上应用广泛，主要用于测量锅炉主蒸汽、主给水以及减温水的流量，属承压部件。市场监管总局文件，对电站锅炉用流量计开展专项排查整治行动，其中对流量计环向对接接头提出了相应超声检测要求�！　”疚恼攵粤髁考铺厥獾慕峁剐问�，分析检测难点，拟定检测方案，利用多种K值探头，探索切实可行的超声检测工艺，旨在达到典型缺陷较高检出率和扫查范围覆盖全焊缝的双重目标。
　　2016年8月11日，湖北某地发生一起因主蒸汽管流量计焊缝爆裂，造成的重大事故，经济损失和社会影响巨大。在后续排查工作中发现，部分地区流量计的设计、制造、安装、使用管理、检验检测等环节均存在安全技术规范及相关标准未得到严格执行等问题。
　　由于流量计结构复杂，透照厚度大，现场检测成本高，射线检测的实现难度较大。而超声检测具有检测厚度大，灵敏度高，速度快，成本低等优势，成为在制在役流量计检测的选择。实际检测中，由于结构限制，流量计的超声检测一直存在困难，针对流量计特殊结构的超声检测方法研究显得尤为重要。
1流量计结构及检测难点
　　锅炉常用节流式流量计包括长颈喷嘴系列、焊接喷嘴系列和焊接孔板系列。其中，焊接喷嘴及焊接孔板系列，主要用于主蒸汽或高压主给水管道，材质为碳钢或合金钢。本文仅以焊接喷嘴式流量计为研究对象(喷嘴和孔板结构的不同对于焊缝的超声检测无影响)，具体计算以编号为DG1的某焊接喷嘴式流量计为例，结构尺寸如图1所示。流量计通过测量管内节流件前后压差变化换算得到流量大小，为了测量压力需要，设置了环室、取源管及取源缝隙;为了固定喷嘴需要，焊缝位置厚度较薄且有台阶状结构，如图2所示。
 
以上结构造成的检测难点主要有:
a由于焊缝余高的存在，探头只能贴着焊缝边缘进行平移，如前沿值过大，-.次波将无法扫查到焊缝根部;
b喷嘴顶部与焊缝根部未完全融合(图3-2所示)，且焊缝底部凹凸不平，故无法利用焊缝底部反射的二次波进行检测，只能以环室上部平台作为超声波反射面;
c作为反射面，环室长度1限制了二次波的实际检测范围;
d喷嘴与焊缝连接处的台阶状结构存在，导致部分二次波无法覆盖到焊缝检测区域;
e平台L长度不够，二次波检测的探头移动范围1.25P(P=2KT)。以常用K2探头计算，L=60mm<1.25P=94mm，无法保证特定K值探头的扫查范围覆盖全焊缝;
f结构不连续处的各种工件轮廓杂波信号较多，给检测带来--定干扰。
 
2检测相关参数测定
　　由于目前在役流量计大多未在正规渠道采购，图纸不全，尺寸参数均不明确。在进行流量计焊缝超声检测前，对流量计结构进行测量、绘制，为之后的检测做图形建模准备，以判断检测是否可行。
　　与检测相关的尺寸参数，如图1所示:平台长度L:60mm;焊缝宽度b:20mm;坡口根部间隙a:2mm;坡口根部高度h:2mm;检测厚度T:19mm;焊缝厚度t:13mm;环室长度(单侧)1:28mm，喷嘴宽度c:20mm;探头前沿q(可取6.5/9)mm。
　　其中平台长度L、焊缝宽度b可直接利用钢直尺测量得出，坡口根部间隙a和根部高度h默认为2mm(参照常见V型坡口)，探头前沿由所选探头参数而定。现着重介绍检测厚度T、喷嘴宽度c、焊缝厚度t、环室长度(单侧)1四个参数的测定方法。
2.1检测厚度T和喷嘴宽度c测定
　　由于喷嘴与母材在垂直方向未完全融合(图4箭头指示位置)，可以利用K1斜探头入射到端角产生发射的原理，根据端角反射的最大回波信号，所示深度即为环室距离工件表面的距离(即检测厚度T)。同时测量探头前部位置与焊缝中心的距离，减去最大回波信号处的水平距离，所得数值乘以2，即得喷嘴宽度c。
 
2.2焊缝厚度t测定
　　由于焊缝未与喷嘴融合在一-起，无法利用斜探头测量焊缝厚度，所以必须磨平一小块焊缝余高，磨平范围约为直探头大小，将直探头置于磨平余高焊缝处，此处接收到的最大回波信号所示深度即为焊缝厚度t。同样利用测厚仪也可测量出焊缝厚度。
2.3环室长度1测定
　　利用直探头得到两个回波信号(分别为环室反射信号、平底反射信号)，根据超声波大平底面回波声压与距离的反比关系，△12=201gx2/x1,以DG1为例，计算出两个回波差值△=5db，根据闸门移动或设置双闸门，比较回波的db差值，来判断直探头发射点是否处在环室的边缘。最后通过钢直尺测量焊缝边缘与探头中心的水平距离，即得到环室长度1。
 
3.超声检测工艺制订
3.1仪器探头选择
3.1.1仪器选择
　　综合考虑水平线性、垂直线性、灵敏度余量、信噪比、检测功率、分辨力、便携度等参数，选择较优的数字式超声检测仪。
3.1.2探头选择
a尺寸参数测定时，选择高频小尺寸纵波直探头进行测量;
b焊缝检测时选择横波斜探头进行扫查，由于检测厚度T不大(--般在20~40mm)，通常选用5MHz探头，以提高检测灵敏度、分辨力和声速指向性;
c在探头晶片尺寸的选择上，前沿值q由于焊缝余高的存在对于一次波扫查范围的影响:平台长度L对探头移动范围的限制:以及减少耦合损失的考虑，通常选用6X6或8X12的小晶片探头，来确保斜探头的扫查覆盖度。
3.2典型缺陷检出
　　通过解剖流量计进行目视检查、表面磁粉检测和金相分析等多种检测手段，发现该类流量计的常见缺陷主要为根部未焊透、坡口未熔合及与.坡口方向近似平行的裂纹(见图3所示)。
3.2.1未焊透扫查
　　根据端角反射原理，选用K1探头检测未焊透缺陷(需满足条件:q+b/2≤t，才能确保扫查到根部)，以DG1为例，由于焊缝宽度和探头前沿所限，K1探头无法检测到焊缝根部，则需选择较大K值探头进行根部扫查。
3.2.2坡口扫查
　　针对坡口未熔合和裂纹，优先选择角度与坡口缺陷方向垂直的K值探头进行坡口缺陷扫查，计算坡口角度:K=tanθ=(t-h)(b-a)/2,DG1参数计算得K=1.2，近似取K1探头的二次波进行坡口扫查。
3.3扫查全覆盖
在3.2确保典型缺陷较高检出率的基础上，确保扫查范围覆盖全焊缝。
a图像模拟:将流量计尺寸参数准确输入CAD图像，选择多种K值探头，通过做图方式将其扫查范围直接显示于图中，就可判断是否覆盖(如图6所示)。
 
b计算:通过三角函数，计算几种K值与焊缝中心线的交点，来判断何种探头组合可以覆盖。DG1经图像模拟和计算均得出，需三个K值探头(K1,K2,K3)来保证焊缝扫查全覆盖。
4试验验证
　　以上检测工艺已在实际检测中应用，从DG1的检测结果(见表1)来看，能有效发现II区II区缺陷。对比射线检测(解体后检测)和相控阵等检测方法的结果，缺陷的契合度较高。
 
　　另外在实际检测中发现，不同流量计的尺寸变化较大，如每次都需要进行CAD模拟或计算，工作量较大。为方便选择和检测，流量计模拟分析软件，通过设置流量计尺寸参数，直观、快速、正确地筛选出满足扫查要求的探头K值组合，并输出焊缝成形图和所用K值的扫查范围图(见图7)，图示有10种方案可供选择，大大提高了检测效率。
 
5总结
　　本文着手解决了流量计结构带来的检测难点，制定的超声检测工艺经实际验证，对于在制在役流量计的超声检测能起到一定指导作用，特别是在智能软件投用后，效率和可操作性有进一步提高。
　　脉冲反射法超声检测受操作人员水平影响较大，缺陷定性较为困难，仅能二维扫查成像的局限性仍然存在，随着新型超声检测技术的推广和相关标准实施的支撑，对于节流式流量计超声检测这一课题，会有更多研究方向。

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