[摘(zhāi)要]節流(liú)式 流(liú)量計 在電(diàn)站(zhàn)鍋爐及(jí)其相連管道上應用廣泛，主要(yào)用(yòng)于測量鍋爐主蒸汽、主(zhǔ)給水(shuǐ)以及(jí)減溫(wēn)水的流量，屬承(chéng)壓部件。市場監(jiān)管總局文件，對(duì)電站鍋爐(lú)用流(liú)量計開展專(zhuān)項排查(chá)整治行動(dòng)，其中(zhōng)對流量計(jì)環向對(duì)接接頭(tóu)提出了相應超(chāo)聲檢測要求。　　本(běn)文針(zhēn)對流(liú)量計(jì)特殊(shū)的結構形(xíng)式，分析(xī)檢測難(nán)點，拟定檢測方(fāng)案，利用多種(zhǒng)k值探頭，探索(suǒ)切實可行(háng)的超聲檢(jiǎn)測工藝(yì)，旨在達(dá)到(dào)典型缺陷較高檢(jiǎn)出率和掃(sǎo)查範圍覆(fù)蓋全(quán)焊縫的雙(shuāng)重目(mù)标。
　　2016年(nián)8月(yuè)11日(rì)，湖北某地發生一起(qǐ)因主蒸汽(qì)管流量計焊縫爆裂(liè)，造成的重大事(shì)故，經濟損失和(hé)社會影響巨大(dà)。在後續排(pái)查工(gōng)作中發現，部分(fèn)地區流量計的(de)設計、制造、安裝(zhuāng)、使用管(guǎn)理、檢驗(yàn)檢測等環(huán)節(jiē)均存在(zài)安全技術(shù)規範及相關标(biāo)準未得到(dào)嚴格(gé)執行等(děng)問題。
　　由(yóu)于流量(liàng)計結構(gòu)複雜，透照(zhào)厚度(dù)大，現場(chǎng)檢(jiǎn)測成(chéng)本高，射線(xiàn)檢測的實(shí)現(xiàn)難度較(jiào)大。而超聲(shēng)檢測(cè)具有檢測厚度(dù)大，靈敏(mǐn)度(dù)高，速度快(kuài)，成本低等(děng)優勢，成爲在制在役(yì)流量計檢(jiǎn)測的(de)選擇(zé)。實際檢測中(zhōng)，由于結(jié)構限制(zhì)，流量計的超聲檢測一(yī)直存在困難(nán)，針對流(liú)量計特殊(shū)結構(gòu)的超聲檢測方(fāng)法研究顯(xiǎn)得尤爲重(zhòng)要。
1流(liú)量計結構(gòu)及檢(jiǎn)測難點(diǎn)
　　鍋爐常(cháng)用節(jiē)流式流量(liàng)計包(bāo)括長(zhǎng)頸噴(pēn)嘴系列(liè)、焊接噴(pēn)嘴系列和焊接(jiē)孔闆(pǎn)系列。其中(zhōng)，焊接噴(pēn)嘴及焊(hàn)接孔闆系列，主要用于主蒸汽(qì)或高壓主(zhǔ)給水(shuǐ)管道，材質爲碳鋼或(huò)合金鋼。本(běn)文僅以焊(hàn)接噴(pēn)嘴(zuǐ)式流(liú)量(liàng)計爲(wèi)研究對象(噴嘴(zuǐ)和孔闆結(jié)構的(de)不同對(duì)于焊縫的超(chāo)聲檢測無(wú)影響)，具體(tǐ)計算(suàn)以編(biān)号爲dg1的某(mǒu)焊接噴嘴(zuǐ)式流(liú)量計爲(wèi)例，結構(gòu)尺寸(cùn)如(rú)圖1所示。流量計通過測(cè)量管(guǎn)内節(jiē)流件前後壓差變化(huà)換算得到(dào)流量(liàng)大小(xiǎo)，爲(wèi)了測量(liàng)壓力(lì)需要，設置了環(huán)室、取源管(guǎn)及取源縫隙;爲(wèi)了固(gù)定(dìng)噴嘴需(xū)要，焊縫位(wèi)置厚度較(jiào)薄且有台(tái)階狀(zhuàng)結構，如圖(tú)2所示(shì)。
 
以上結構(gòu)造成的檢(jiǎn)測難(nán)點主要有:
a由于焊縫(féng)餘高(gāo)的存在，探頭隻(zhī)能貼(tiē)着焊縫邊(biān)緣進(jìn)行平移(yí)，如前沿(yán)值過(guò)大，-.次波将無法掃查到焊(hàn)縫根(gēn)部;
b噴(pēn)嘴頂部與焊縫根部(bù)未完(wán)全(quán)融合(圖3-2所示(shì))，且焊縫底(dǐ)部凹(āo)凸不平，故無法利用焊縫(féng)底部反射的二次波進行(háng)檢測(cè)，隻能以環(huán)室上部平(píng)台作爲超(chāo)聲波反(fǎn)射面;
c作爲反射面，環室(shì)長度1限(xiàn)制(zhì)了二(èr)次波(bō)的實際檢(jiǎn)測範(fàn)圍;
d噴嘴與(yǔ)焊縫連接處的(de)台階狀結構存(cún)在，導緻部分二(èr)次波無法覆蓋到焊(hàn)縫檢測區(qū)域;
e平台l長(zhǎng)度不夠，二次波檢測的探頭移(yí)動範圍1.25p(p=2kt)。以常用k2探頭(tóu)計(jì)算，l=60mm<1.25p=94mm，無法(fǎ)保證(zhèng)特定(dìng)k值探(tàn)頭(tóu)的(de)掃查範圍(wéi)覆蓋(gài)全焊(hàn)縫;
f結構不連續(xù)處的(de)各種(zhǒng)工件輪(lún)廓(kuò)雜波(bō)信号(hào)較多，給檢測帶(dài)來--定(dìng)幹擾(rǎo)。
 
2檢測(cè)相關參數(shù)測定(dìng)
　　由于(yú)目前(qián)在役流量(liàng)計大(dà)多未在正規渠(qú)道采購，圖紙不(bú)全，尺(chǐ)寸參(cān)數均不明(míng)确。在(zài)進行(háng)流量(liàng)計焊縫超(chāo)聲檢測(cè)前，對流量計結構進行(háng)測量、繪制(zhì)，爲之後的檢(jiǎn)測做圖(tú)形建模(mó)準備，以(yǐ)判斷檢測是(shì)否(fǒu)可行。
　　與檢(jiǎn)測相關的尺寸(cùn)參數(shù)，如圖1所(suǒ)示(shì):平台(tái)長度(dù)l:60mm;焊縫寬度(dù)b:20mm;坡口根部(bù)間隙a:2mm;坡口(kǒu)根部高度(dù)h:2mm;檢測厚(hòu)度t:19mm;焊縫(féng)厚度(dù)t:13mm;環(huán)室長度(dù)(單側)1:28mm，噴嘴(zuǐ)寬度(dù)c:20mm;探頭前沿q(可取(qǔ)6.5/9)mm。
　　其中(zhōng)平台(tái)長度(dù)l、焊縫寬(kuān)度b可直(zhí)接利(lì)用(yòng)鋼直尺測量(liàng)得出，坡口(kǒu)根部間(jiān)隙a和根(gēn)部高度(dù)h默(mò)認爲(wèi)2mm(參照常(cháng)見v型坡口)，探頭前沿由(yóu)所選(xuǎn)探頭(tóu)參數而定(dìng)。現(xiàn)着重介(jiè)紹檢測厚度t、噴嘴寬度c、焊縫厚(hòu)度t、環室長(zhǎng)度(單側(cè))1四(sì)個參數的(de)測定(dìng)方法(fǎ)。
2.1檢測厚度t和噴嘴寬(kuān)度c測(cè)定
　　由于噴(pēn)嘴與母材在垂(chuí)直方向未完全融合(圖4箭頭(tóu)指(zhǐ)示位置)，可(kě)以利(lì)用k1斜(xié)探(tàn)頭(tóu)入射(shè)到端(duān)角産生發射的原理(lǐ)，根據(jù)端角反射的最(zuì)大回波信号，所(suǒ)示深度(dù)即(jí)爲環(huán)室距離工件表(biǎo)面的(de)距離(即檢(jiǎn)測厚度t)。同時測量探頭前部位(wèi)置與(yǔ)焊縫中心的距(jù)離，減去最(zuì)大(dà)回(huí)波(bō)信号處(chù)的水平(píng)距離，所(suǒ)得數值乘(chéng)以2，即得噴嘴(zuǐ)寬度c。
 
2.2焊(hàn)縫厚(hòu)度t測定
　　由(yóu)于焊縫未(wèi)與噴(pēn)嘴融(róng)合在(zài)一-起(qǐ)，無法利用(yòng)斜探頭測量焊縫厚(hòu)度，所以必(bì)須磨(mó)平一小塊焊縫(féng)餘高，磨(mó)平(píng)範圍(wéi)約爲直(zhí)探頭大小，将直(zhí)探頭置(zhì)于磨(mó)平餘高焊縫處，此處接收到的最大(dà)回(huí)波(bō)信号(hào)所示(shì)深度(dù)即爲(wèi)焊縫厚度(dù)t。同樣(yàng)利用(yòng)測厚儀(yí)也(yě)可測量出(chū)焊縫厚(hòu)度。
2.3環室(shì)長度(dù)1測定
　　利用直探頭(tóu)得(dé)到兩個回(huí)波信(xìn)号(分别(bié)爲環室反射信号(hào)、平(píng)底反射(shè)信号(hào))，根(gēn)據超聲(shēng)波大平底面回波聲(shēng)壓(yā)與距離(lí)的反比關(guān)系，△12=201gx2/x1,以(yǐ)dg1爲例(lì)，計(jì)算出(chū)兩個回(huí)波差值△=5db，根(gēn)據閘門(mén)移動或(huò)設置(zhì)雙(shuāng)閘(zhá)門，比(bǐ)較回波(bō)的db差值(zhí)，來判斷直探頭發射點是否處(chù)在環室(shì)的邊緣。最後通過鋼直(zhí)尺測量(liàng)焊縫邊(biān)緣與(yǔ)探頭中心(xīn)的水平距(jù)離，即(jí)得到環(huán)室長度(dù)1。
 
3.超聲檢測工藝(yì)制訂
3.1儀(yí)器探頭(tóu)選擇(zé)
3.1.1儀器(qì)選擇(zé)
　　綜合考慮(lǜ)水平(píng)線性(xìng)、垂直線性(xìng)、靈敏度(dù)餘量、信(xìn)噪比、檢測功率(lǜ)、分辨力、便(biàn)攜度(dù)等參數，選(xuǎn)擇較(jiào)優的數(shù)字式超聲檢(jiǎn)測儀(yí)。
3.1.2探頭選擇
a尺寸(cùn)參數(shù)測定(dìng)時，選擇高(gāo)頻小(xiǎo)尺寸縱波(bō)直探(tàn)頭(tóu)進(jìn)行測量;
b焊縫(féng)檢(jiǎn)測時(shí)選擇(zé)橫波(bō)斜探(tàn)頭進(jìn)行掃查，由(yóu)于檢測厚度t不(bú)大(--般在(zài)20~40mm)，通(tōng)常選(xuǎn)用5mhz探(tàn)頭，以提高(gāo)檢測靈敏(mǐn)度、分(fèn)辨力和聲速(sù)指向性;
c在探(tàn)頭晶片尺寸的選擇(zé)上，前沿值(zhí)q由于(yú)焊縫餘(yú)高的存(cún)在對于一次波(bō)掃查(chá)範(fàn)圍的影(yǐng)響:平台(tái)長度l對探頭(tóu)移動範圍的限制:以及減(jiǎn)少耦合損失的(de)考慮，通(tōng)常選用(yòng)6x6或8x12的小晶片探頭，來(lái)确保斜探(tàn)頭的掃查覆蓋(gài)度。
3.2典(diǎn)型缺陷(xiàn)檢出
　　通過解剖流(liú)量計進(jìn)行目視檢查(chá)、表面磁粉(fěn)檢(jiǎn)測和金相分(fèn)析等多種(zhǒng)檢測(cè)手段，發(fā)現(xiàn)該類流量計的常見(jiàn)缺陷(xiàn)主(zhǔ)要爲根部未(wèi)焊(hàn)透、坡口(kǒu)未熔合及(jí)與.坡口方向近似平(píng)行的裂紋(見圖(tú)3所示(shì))。
3.2.1未(wèi)焊透掃(sǎo)查(chá)
　　根據端角反(fǎn)射原(yuán)理，選用k1探(tàn)頭檢測未焊透缺陷(xiàn)(需滿足條件:q+b/2≤t，才能确(què)保掃(sǎo)查到(dào)根部(bù))，以dg1爲(wèi)例，由于焊(hàn)縫寬度和(hé)探(tàn)頭(tóu)前沿(yán)所限(xiàn)，k1探頭無法檢測到焊縫根(gēn)部，則需選擇較(jiào)大k值探頭進行根部(bù)掃查(chá)。
3.2.2坡口掃查(chá)
　　針對坡口(kǒu)未熔合和裂紋(wén)，優先選擇角度(dù)與坡口缺陷方向垂(chuí)直的(de)k值探(tàn)頭進行(háng)坡(pō)口缺陷掃(sǎo)查，計算坡(pō)口(kǒu)角度(dù):k=tanθ=(t-h)(b-a)/2,dg1參數計(jì)算得(dé)k=1.2，近似取k1探(tàn)頭的二(èr)次(cì)波進行坡口掃(sǎo)查。
3.3掃(sǎo)查全覆蓋(gài)
在3.2确(què)保典型(xíng)缺(quē)陷較(jiào)高檢出率的基礎上，确保(bǎo)掃查(chá)範圍(wéi)覆(fù)蓋(gài)全焊縫。
a圖(tú)像模拟:将(jiāng)流量(liàng)計尺(chǐ)寸參數準确(què)輸入cad圖(tú)像，選擇多種k值(zhí)探頭，通過做圖(tú)方式将其掃查(chá)範圍(wéi)直接顯示(shì)于圖(tú)中，就可判斷是否(fǒu)覆蓋(如(rú)圖6所示(shì))。
 
b計算:通(tōng)過三角函數，計算幾種k值與焊(hàn)縫中心線的交(jiāo)點，來判斷(duàn)何種(zhǒng)探頭(tóu)組合(hé)可以(yǐ)覆蓋。dg1經(jīng)圖像模(mó)拟(nǐ)和計算均得(dé)出，需(xū)三個k值探頭(k1,k2,k3)來保(bǎo)證焊縫掃查全覆蓋。
4試驗驗證(zhèng)
　　以(yǐ)上檢測工藝已(yǐ)在實(shí)際檢測中(zhōng)應用，從dg1的檢(jiǎn)測結果(見表1)來(lái)看，能有(yǒu)效發現ii區ii區缺陷。對(duì)比(bǐ)射線檢(jiǎn)測(解(jiě)體後(hòu)檢測(cè))和相控陣等檢測方法的(de)結果(guǒ)，缺陷(xiàn)的契(qì)合度(dù)較(jiào)高(gāo)。
 
　　另外(wài)在實(shí)際檢測(cè)中發現(xiàn)，不同(tóng)流量(liàng)計的(de)尺寸變化(huà)較大(dà)，如每次都(dōu)需要(yào)進行cad模(mó)拟或計(jì)算，工作量(liàng)較(jiào)大。爲方(fāng)便選擇和(hé)檢測，流量計模拟分析軟件，通(tōng)過(guò)設置流(liú)量計(jì)尺寸(cùn)參(cān)數(shù)，直觀(guān)、快速、正(zhèng)确(què)地篩(shāi)選出滿足(zú)掃查(chá)要求(qiú)的探頭k值(zhí)組合，并輸出焊(hàn)縫成(chéng)形圖(tú)和所(suǒ)用k值的掃查範(fàn)圍圖(見(jiàn)圖7)，圖示有10種(zhǒng)方案可供(gòng)選擇，大(dà)大(dà)提高(gāo)了檢測效率。
 
5總(zǒng)結
　　本文着(zhe)手解(jiě)決了(le)流量計結(jié)構帶來的(de)檢測(cè)難(nán)點，制(zhì)定(dìng)的超(chāo)聲檢測工藝(yì)經實際驗證，對于(yú)在制在役(yì)流量(liàng)計的超(chāo)聲檢測(cè)能起(qǐ)到一(yī)定指(zhǐ)導作用，特别是在智能軟(ruǎn)件投用後，效率和可(kě)操作性有進一(yī)步提高。
　　脈沖反(fǎn)射法超聲(shēng)檢測(cè)受操(cāo)作人員水平影響較(jiào)大，缺陷定性較爲困(kùn)難，僅能二維掃(sǎo)查成(chéng)像的(de)局(jú)限(xiàn)性仍然(rán)存(cún)在，随着新型超聲檢(jiǎn)測技術的推廣(guǎng)和相關(guān)标準實(shí)施的支(zhī)撐，對(duì)于(yú)節流式流量計(jì)超聲(shēng)檢(jiǎn)測這一(yī)課題(tí)，會有更多(duō)研究方向。

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