小径管焊缝超声波探伤扫查装置的研制

1、科研成果与学术交流无损检测 小径管焊缝超声波探伤扫查装置的研制 郝红卫 ,郝晓军,韩彦峰扬守智 (河北省电力研究院 ,石家庄 050021)(石家庄海阔科技贸易有限公司 ,石家庄050021)摘 要:电厂水冷壁管焊缝手工超声探伤劳动强度大 ,探头难以通过 ,因此存 在不可探区。针对上述情况 ,探头在锅炉内 15mm的管排间隙中自动完成焊缝检 验,。该装置在现场取得了很好的应用效果。关键词:超声波检测;电站;焊缝中图分类号 :TG115.28文章编 号:100026656(2006)0120011202DevelopmentforUltrasonicTestingofSmall2Diameter

2、TubeWelds HAOHong2wei,HAOXiao2jun,HANYan2feng (HebeiElectricPowerResearchInstitute,Shijiazhuang050021,China) YANGShou2zhi(ShijiazhuangHaikuoScienceandTechnologyTradeCo.Ltd,Shijiazhuang050021,China) Abstract:Anautomaticscanningequipmentforultrasonictestingofsmall2diametertubeweld swasdevelopedtosolve

3、theproblemsoflargeamountofworkanduninspectedweldzonesdueto thesmallgapsofthetubelinesofpowerstationwater2coolingsysteminmanualultrasonictestin g.Alltheweldsinaboilerwereautomaticallyinspectedbytheprobescanninginthetubelineswit hgapsof 15mmwithoutmissing.Itwasshownbyon2siteinspectionthattheequipmentw

4、aseff ectual.Keywords:Ultrasonictesting;Powerstation;Small2diametertube;Weld;Scanningequipme nt1 设计方案的确定 目前 ,电厂水冷壁管焊缝手工超声波探伤劳动强度较大 ,检验人员先要在炉外对外 半圈焊缝进行检验 ,然后再通过人孔门到炉内对焊缝的另半圈进行检验 ,整个焊缝 检验分两次完成 ,遇到人孔门少或脚手架搭设较高的锅炉 ,检验人员就要多次爬上 爬下 ,此时的劳动强度更大。另外 ,由于水冷壁管之间的间隙较小 ,探头不能自由通 过,所以水冷壁管焊缝超声波探伤必然存在一定长度的不可探区。 河北省电力研究

5、院开发研制了一套自动小径管焊缝探伤扫查装置,炉外安装 ,探头自动进入锅炉内部 ,一次便可以完成整圈焊缝的检验 ,可以最大程度地减轻探伤人 员的劳动强度 ,消除焊缝的不可探区 , 收稿日期 :2005204215 提高探伤效率和准确性。该装置同样可以应用到其 它小径管的检验中。2 装置的设计2.1 探头传送机构现场的水冷壁管排成排布置 ,管与管的间隙在 2025mm 不等,考虑到现场安装工 艺的差别 ,为使探头顺利通过管子之间的间隙 ,探头及其传送部件的高度应 <15mm。目前市场上没有直径 <<15mm 而驱动力达到要求的电机出售 ,因此探头在炉膛内部 的移动只有靠安装在炉膛

6、外侧的电机来驱动。手工超声波探伤时探头的扫查轨迹为图 1a 所示的垂直于焊缝的锯齿形 ,通过机械 装置实现该扫查是非常困难的。笔者将垂直于焊缝的锯齿形扫查改为平行于焊缝 的矩形扫查 (图 1b),简化了机械运2006年第 28卷第 1 期11郝红卫等 :小径管焊缝超声波探伤扫查装置的研制无损检测 油泵、流量控制和输油管等 ,探头制作也增加了难度。同样本着扫查装置力求简 单、可靠和实用的原则 ,最终选择了手工刷油的方式 ,并专门制作了一个半圆形油 刷,工作人员仅需在炉外一次性对焊缝两侧刷涂耦合剂便可进行探伤。2.6 探头压紧方式(a)垂直于焊缝扫查 (b)平行于焊缝扫查图 1 扫查方式动方式 ,

7、方便了自动扫查的实现。扫查方式的改变 ,使探头不再左右转动 ,保证了探头入射点的位置 ,提高了缺陷定位 精度。 2.2 电机驱动 最初探头压紧方案设计为在探头两侧安装吸力适中的磁铁 ,在实际应用中发现磁铁 在压紧探头的同时 ,也吸附了一些铁屑 ,。所以。根据以上方案设计了图样并进行加工制造。在制造过程中 ,遇到一系列工艺难题 , 如由于受空间限制 ,设计的机械零部件尺寸都很小、杆件较细、轨道不是整圆周等 给机加工和热处理增加了难度 ,零件特别容易变形 ,精度难以保证。后通过优化设 计改进加工工艺 ,如用高精度数控加工切割机床 ,并采用特殊热处理工艺 ,保证了机 械部件的加工质量。电机选择的要求

8、是动。成像要求。 ,察波形的需要。简单、可靠和实用的原则 , 最终选用了步进电机。 2.3 电气控制采用直流 24V 电源驱动步进电机工作 ,开环便于速度控制。将双轴控制板卡安装 于普通 PC计算机内 ,连接步进电机驱动器和电源 ,分别试验各种速度下的运行状况 调试修改控制程序。 2.4 悬挂方案4 小径管焊缝超声波探伤扫查装置的特点 扫查装置和操作界面如图 2和 3 所示。其特点水冷壁管排多为垂直布置 ,这就要求扫查装置可以悬吊在管子上。设计了电磁夹 紧、永磁夹紧和机械夹紧三种悬吊方案。电磁夹紧方案需要一个6V 电源,夹紧力较大,操作方便。由于市场上没有适合于试验所用的电磁铁 ,专门设计制作

9、了电磁铁 ,并做了现场使用试验 ,效果良 好。但其致命的缺点是如果现场突然断电 ,仪器就会失去吸引力 ,掉落下来 ,容易摔 坏。机械夹紧方案安全可靠 , 设计的机械夹紧机构的最大缺点是操作繁琐。永磁夹 紧可以克服电磁夹紧不安全的缺点 ,同时安装拆卸简单。比较三种夹紧方式后 ,选 择了永磁夹紧方案 ,并进行了负载试验 ,确定了磁铁型号。 2.5 探头耦合 图2小径管焊缝超声波探伤扫查装置超声波探伤过程中 ,为保证探头与工件之间耦合良好 ,超声波能够有效地传入工件 需要施加耦合剂。甘油具有声阻抗高、耦合性好等优点 ,特别适用于小径管探伤 因此选择甘油作为耦合剂。耦合剂施加方案初步确定为电动供液和手

10、工刷油两 种。电动操作能够实现自动控制 ,但设备又增加了图 3 操作界面 （下转第 16 页）122006 年第 28 卷第 1期梁宏林等 :用超声衍射时差法对焊缝缺陷定性表征对点状夹杂 ,如果单纯看 TOFD 显示图,在衍射信号不太强的情况下 ,很容易误判为点状气孔 ;对条状夹杂 ,则容易误 判为其它危害类缺陷 (如裂纹、未焊透等 )。但用鼠标点击 TOFD 显示图上缺陷的 不同位置 ,同时观察相位图和底波的变化情况 ,误判的几率将大大降低。因此 ,必须 将 TOFD 显示图和相位图结合起来 , 以实现对缺陷的准确定性。 2.3 裂纹 普通超声波检测时 ,裂纹的回波高度较大 ,波幅宽 ,会出

11、现多峰。探头平移时 ,反射波 连续出现,波幅有变动 ;探头转动时 ,波峰有上下错动现象。TOFD 法对裂纹的定性非常准确。如上所述 ,定性提供了充分的依据。检测裂纹 时, 的“判别依据将不再可靠 ;当裂纹方向与焊缝方向垂直或者近似垂直时 ,普通超 声检测很容易漏检。 TOFD 法检测裂纹的局限是只能得到缺陷的二维显示 ;对面积 型缺陷的倾斜角度类重要信息无法完全表达 ;对位于焊缝根部的小裂纹 ,无法看到 明显的缺陷衍射波 ,只能根据底波的变化来判断。 2.4 未焊透 普通超声波检测时 ,声波在未焊透表面类似镜面反射 ,对于单面焊接根部未焊透 ,类 似端角反射。探头平移时 ,未焊透波形较稳定 ;

12、焊缝两侧探伤时 ,均能得到大致相同 的反射波幅。TOFD 法对未焊透的定性也具有较高的准确性。因为未焊透不仅反射波较强,且衍射波也较强 ,杂波较少。 (上接第 12 页)无损检测3 结论 笔者使用 TOFD 设备检出了大量缺陷 ,并对其特点进行分析 ,通过用 TOFD 技术对 缺陷定性表征的试验研究 ,得到如下结论 :(1) 因 TOFD 技术采用全波记录和图像显示 ,故对缺陷的评价可利用的信息量大 ,更 加直观。(2) 不同缺陷的 TOFD 检测图像在特点、相位 ,可以此区分缺陷的类型。(3) ,TOFD 法能。TO法对缺陷定性表征 ,对检测人员 ,结果分析更科学。 以上结论能否经受实践的检

13、验 ,还需要对更大数量的实际检测数据进行分析和总 结。特别是在针对不同检测条件下的检测结果的分析和对更多类型缺陷的分析方 面,还需要进行大量的工作。参考文献 :1 CharlesworthJP,TempleJAG.EngineeringApplica2 tionsofUltrasonicTime2of2Flight2DiffractionM.TauntonSomerset,England:ResearchS tudiesPressLtd,1989.2 DijkstraFH,RaaddeJA,BoumaT.TOFD&Ac2 ceptancecriteria:AperfectteamM.R

14、otterdam,TheNetherlands:RtgenTechnischeDienstb v,1998.3 马 崇.超声波 TOFD 检测技术 J.华北电力技术 , 2003,(9):31-33.4 ENV583-6(1997),Non2destructiveTesting Ul2 trasonicExaminationPart6:Time2of2FlightDif2fractionTechniqueasaMethodforDefectDetectionandSizingS. 有,体积小、易携带 ,探头可以自由通过 15mm 的间隙。扫查装置的安装夹紧为磁性座夹紧 ,安装方便、夹紧可靠。测控板卡 及所编制的数据库软件可以控制两个步进电机独立调整转速,从而实现探头纵向及圆周运动速度的调整 ,以满足探头不同运动速度的要求。其轴向扫查范围为 0 70mm,扫查速度 0200mm/s可调 ,扫查精度 0.1mm;周向扫查范围为 0°360°,扫 查速度 0200mm/s可调 ,扫查精度 0.1 °。实