專利名稱：一種壓力容器筒體整體超聲導(dǎo)波檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓力容器筒體的整體超聲導(dǎo)波檢測的方法。
背景技術(shù)：
作為一類重要的特種設(shè)備，壓力容器廣泛應(yīng)用于石油、電力、化工等行業(yè)，并且隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展的需要，其運行參數(shù)也不斷提高，對安全生產(chǎn)影響越來越大。在其制造、安裝、運行和維護等各個環(huán)節(jié)中都可能產(chǎn)生諸如裂紋、腐蝕等缺陷，缺陷不管來源于哪個環(huán)節(jié)，都將影響壓力容器的安全使用。因此，加強壓力容器的檢驗、發(fā)現(xiàn)并消除缺陷，對保證其安全運行，具有非常重要的意義。 然而，由于壓力容器筒體面積較大，實際檢測中采用傳統(tǒng)的超聲波檢測、測厚等檢測方法，均為局部檢測，同時由于容器內(nèi)件以及結(jié)構(gòu)的影響，無法做到容器筒體的全面檢測，容易造成缺陷漏檢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于提供一種壓力容器筒體整體超聲導(dǎo)波檢測方法，其能夠?qū)崿F(xiàn)高效、全面地檢測壓力容器筒體缺陷。本發(fā)明的技術(shù)方案為
本發(fā)明一種壓力容器筒體的整體超聲導(dǎo)波檢測方法，其步驟如下
1.根據(jù)待檢壓力容器的規(guī)格、材質(zhì)計算出縱向或周向?qū)Рǖ南嗨俣燃叭核俣阮l散 2.根據(jù)相速度、群速度頻散曲線圖確定用于檢測待檢壓力容器的檢測用導(dǎo)波模態(tài)，并確定檢測用導(dǎo)波激勵頻率的范圍；
3.采用有限元技術(shù)進行仿真計算，對頻率和導(dǎo)波入射角度進行試驗，不斷改變探頭角度及頻率，確定最佳的檢測用導(dǎo)波頻率和導(dǎo)波入射角度；
4.根據(jù)頻率及角度確定出合適的導(dǎo)波探頭，采用普通超聲波探傷儀，將超聲波探傷儀聲速選項設(shè)置為由有限元試驗確定的頻率在群速度頻散圖上對應(yīng)的相應(yīng)模態(tài)導(dǎo)波的群速度值，將檢測范圍選項設(shè)置到略大于被檢工件長度的范圍；
5.將探頭和儀器正確連接，將探頭放置到容器筒體上進行軸向或周向掃查，采用容器筒體焊縫的反射回波調(diào)節(jié)靈敏度或根據(jù)需要檢測的缺陷加工人工反射體確定檢測靈敏度，
由當進行縱波導(dǎo)波軸向檢測時，探頭軸線和容器筒體軸線平行，使超聲波傳播方向沿筒體
軸向傳播，圓周方向移動探頭繞筒體一圈，完成筒體軸向掃查，如圖I所示；2)當進行周向
導(dǎo)波周向檢測時，探頭軸線和筒體軸線垂直，使超聲波的傳播方向沿筒體周向傳播一圈，探頭沿筒體軸線方向移動，從筒體一端移動到另一端，掃查結(jié)束，檢測完畢。本發(fā)明在實際應(yīng)用時限于目前探頭制造技術(shù)，且壓力容器筒體壁厚從幾毫米到幾十毫米，范圍較大，因此，選用相速度頻散圖中最下方曲線所對應(yīng)的導(dǎo)波模態(tài)進行導(dǎo)波檢測，該導(dǎo)波模態(tài)對應(yīng)的頻率范圍較寬，即可采用現(xiàn)有的工藝制作出合適頻率的導(dǎo)波探頭，同時滿足壓力容器筒體檢測要求。本發(fā)明的原理是
當超聲波入射進板狀工件內(nèi)后，工件內(nèi)的縱波、橫波將會在平行的邊界上產(chǎn)生來回的反射而沿平行板面的方向行進，即平行的邊界制導(dǎo)超聲波在板內(nèi)傳播，導(dǎo)波的聲場遍及整個壁厚，如圖3所示。導(dǎo)波通常在一個有限體中可以存在多種不同的導(dǎo)波模態(tài)，并且導(dǎo)波具有頻散現(xiàn)象，因此如何激勵出可用于無損檢測的單模態(tài)導(dǎo)波，并能夠?qū)Ψ瓷浠夭ㄐ盘栠M行分辨、分析就成為研究的重要課題。本發(fā)明根據(jù)不同規(guī)格、材質(zhì)的壓力容器筒體中導(dǎo)波相速度與群速度的頻散曲線(圖4、圖5)，大致確定用于檢測的導(dǎo)波頻率范圍以及聲速范圍，再利用有限元軟件ansys進行模擬分析(圖6),確定最佳的檢測參數(shù)(頻率、入射角),從而確定應(yīng)采用的導(dǎo)波探頭類型，并利用常規(guī)脈沖回波超聲波探傷儀激勵并接收可識別、分析的導(dǎo)波回波 信號，通過對回波信號(圖7)波形、幅度的分析判讀，確定容器筒體中是否存在缺陷，和對缺陷進行定量。本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明利用超聲導(dǎo)波聲場特性，根據(jù)被檢對象選擇合適頻率及入射角的超聲導(dǎo)波探頭、激勵并接受超聲導(dǎo)波信號，實現(xiàn)壓力容器筒體整體的全面、高效、快速檢測，解決了傳統(tǒng)的取點檢測可能導(dǎo)致漏檢的問題，是壓力容器無損檢測領(lǐng)域的一種新方法。以火力發(fā)電廠一臺600MW機組為例，如發(fā)生高壓加熱器因母材吹損而導(dǎo)至泄漏，從泄漏停運到搶修投運，一般至少需要72小時，損失電量達4200萬千瓦時，每度電按0. 2元的上網(wǎng)電價計算，造成的直接經(jīng)濟損失840萬元。此外，機組啟動時燃油的消耗所需費用約為15萬元，機組起停對設(shè)備壽命的損耗估價約80萬元。由以上分析可以看出，減少容器泄漏一次至少可帶來900萬元左右的經(jīng)濟效益。


圖I為本發(fā)明實施例軸向掃查示意 圖2為本發(fā)明實施例周向掃查示意 圖3為本發(fā)明實施例采用超聲導(dǎo)波檢測壓力容器筒體方法的示意 圖4為本發(fā)明實施例0400X IOmm碳素鋼筒體中的縱向?qū)Рㄏ嗨俣阮l散曲線；
圖5為本發(fā)明實施例O 400 X IOmm碳素鋼筒體中的縱向?qū)Рㄈ核俣阮l散曲線；
圖6為為本發(fā)明實施例0400X IOmm碳素鋼筒體中缺陷高2mm寬0. Imm時的超聲導(dǎo)波檢測信號波形 圖7為本發(fā)明實施例一定頻率下兩種不同模態(tài)的導(dǎo)波在筒體中傳播的ansys仿真計算
本發(fā)明在附圖中1超聲波探傷儀、2導(dǎo)波探頭、3容器筒體。
具體實施例方式下面結(jié)合以附圖結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步說明。實施例本發(fā)明實施例是對規(guī)格為0400X IOmm材質(zhì)為20R的壓力容器筒體進行縱向超聲導(dǎo)波檢測，先計算出的縱向?qū)Рㄏ嗨俣?、群速度頻散圖分別為圖4、圖5。由圖5可以看出當超聲導(dǎo)波頻率超過70KHz時，A曲線所對應(yīng)的模態(tài)的導(dǎo)波群速度變化較小，便于對回波進行定位。當頻率超過200KHz時，會有其他模態(tài)的導(dǎo)波產(chǎn)生，一方面引起雜波，另一方面也會降低A曲線對應(yīng)的模態(tài)的導(dǎo)波的能量，導(dǎo)致檢測時的信噪比下降。因此將導(dǎo)波頻率確定為70KHz 200KHz。不同的導(dǎo)波入射角度會產(chǎn)生不同的檢測效果。為確定最佳的檢測效果，需要制作多種不同入射角度的探頭進行試驗。為降低費用和縮短開發(fā)周期，采用有限元技術(shù)(圖6)進行試驗確定合適的超聲導(dǎo)波入射角度。結(jié)果顯示對規(guī)格為0400X10mm材質(zhì)為20R的壓力容器，當超聲導(dǎo)波入射角度為60°時檢測效果較好。并用有限元方法對70KHz 200KHz范圍內(nèi)的導(dǎo)波激勵頻率進行試驗，結(jié)果顯示在該范圍內(nèi)頻率對導(dǎo)波檢測影響不明顯。因此采用了中心頻率為lOOKHz、導(dǎo)波入射角度為70°的楔形壓電晶體換能器探頭和常規(guī)脈沖回波數(shù)字超聲波探傷儀對容器筒體進行縱向?qū)Рz測。根據(jù)群速度頻散曲線圖查相應(yīng)曲線在IOOKHz時的群速度為3072m/s，設(shè)置儀器的聲速為3072m/s，將超聲波檢測范圍設(shè)置為稍大于容器筒體長度的數(shù)值。將探頭與超聲波探傷儀3連接，探頭置于容器筒體外壁，采用甘油做耦合劑，使探頭與筒體外壁良好耦合，便可以激勵和接收到超聲導(dǎo)波信號。根據(jù)回波信號的波形(圖7)確定容器筒體內(nèi)壁是否有缺陷并結(jié)合導(dǎo)波模態(tài)以及回波信號的傳播時間對筒體內(nèi)壁缺陷進行定量、定位分析。分別采用上述方法，對筒體進行軸向與 周向檢測，便可實現(xiàn)對容器筒體的全方位檢測。根據(jù)上述技術(shù)方案對現(xiàn)場壓力容器進行檢驗，檢驗效果較好。該實施例的步驟主要有以下幾步
1:計算導(dǎo)波在容器筒體中傳播的縱向超聲導(dǎo)波相速度、群速度頻散圖如圖(4)，圖(5)
2:根據(jù)相速度群速度頻散曲線確定導(dǎo)波模態(tài)，并確定激勵頻率在70KHz 200KHz范圍內(nèi)。3:用有限元技術(shù)進行仿真計算，不斷改變探頭角度及頻率，確定最佳的檢測頻率IOOKHz和導(dǎo)波入射角度70°。4 :根據(jù)頻散曲線上查到的IOOKHz對應(yīng)的群速度3072m/s，使用普通超聲波探傷儀。開機，設(shè)置探頭類型為直探頭，將超聲波探傷儀聲速選項設(shè)置為3072m/s，將檢測范圍選項設(shè)置到略大于被檢工件長度的范圍。5 :將探頭和儀器正確連接，將探頭放置到容器筒體上進行軸向掃查；采用容器筒體焊縫的反射回波調(diào)節(jié)靈敏度或根據(jù)需要檢測的缺陷加工人工反射體確定檢測靈敏度。掃查時，探頭軸線和筒體軸線平行，探頭沿圓周方向移動一整圈。6:檢測完畢。在對筒體進行周向?qū)Рz測時，按照同樣的步驟進行即可完成周向?qū)Рz測。
權(quán)利要求
1.一種壓力容器筒體的整體超聲導(dǎo)波檢測方法，其特征在于該方法的步驟如下 (1).根據(jù)待檢壓力容器的規(guī)格、材質(zhì)計算出縱向或周向?qū)Рǖ娜核俣燃跋嗨俣阮l散圖； (2).根據(jù)相速度群速度頻散曲線圖確定用于檢測待檢壓力容器的檢測用導(dǎo)波模態(tài)，并確定檢測用導(dǎo)波激勵頻率的范圍； (3).采用有限元技術(shù)進行仿真計算，對頻率和導(dǎo)波入射角度進行試驗，不斷改變探頭角度及頻率，確定最佳的檢測用導(dǎo)波頻率和導(dǎo)波入射角度； (4).根據(jù)上述參數(shù)確定出導(dǎo)波探頭，并確定出導(dǎo)波探頭，采用普通超聲波探傷儀，將超聲波探傷儀聲速選項設(shè)置為和最佳的檢測用導(dǎo)波頻率對應(yīng)的群速度值，將檢測范圍選項設(shè)置到略大于被檢工件長度的范圍； 將探頭和儀器正確連接，將探頭放置到容器筒體上進行軸向或徑向掃查，采用容器筒體焊縫的反射回波調(diào)節(jié)靈敏度或根據(jù)需要檢測的缺陷加工人工反射體確定檢測靈敏度， 當進行縱波導(dǎo)波軸向檢測時，探頭軸線和容器筒體軸線平行，使超聲波傳播方向沿筒體軸向傳播，圓周方向移動探頭繞筒體一圈，完成筒體軸向掃查，如圖I所示; 當進行周向?qū)Рㄖ芟驒z測時，探頭軸線和筒體軸線垂直，使超聲波的傳播方向沿筒體周向傳播一圈，探頭沿筒體軸線方向移動，從筒體一端移動到另一端，掃查結(jié)束，檢測完畢。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種壓力容器筒體的整體超聲導(dǎo)波檢測方法，其特征在于選用相速度頻散圖中最下方曲線所對應(yīng)的導(dǎo)波模態(tài)進行導(dǎo)波檢測。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種壓力容器筒體的整體超聲導(dǎo)波檢測方法，其步驟如下1.計算出縱向或周向?qū)Рǖ南嗨俣燃叭核俣阮l散圖；2.并確定檢測用導(dǎo)波激勵頻率的范圍；3.確定最佳的檢測用導(dǎo)波頻率和導(dǎo)波入射角度；4.采用普通超聲波探傷儀，設(shè)定超聲波探傷儀聲速選項；5.將探頭和儀器正確連接，將探頭放置到容器筒體上進行軸向或周向掃查，采用容器筒體焊縫的反射回波調(diào)節(jié)靈敏度或根據(jù)需要檢測的缺陷加工人工反射體確定檢測靈敏度，直到檢測完畢。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)高效、全面地檢測壓力容器筒體缺陷。
文檔編號G01N29/07GK102636569SQ20121001162
公開日2012年8月15日 申請日期2012年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月4日
發(fā)明者劉長福, 牛曉光, 王強, 王志永, 郝曉軍 申請人:河北省電力研究院