[摘要]節流(liú)式
流量計(jì)
在電站鍋(guō)爐及其相(xiang)連管道上(shàng)應用廣泛(fàn)，主要用于(yú)測量鍋爐(lu)主蒸汽、主(zhu)給水以及(ji)減溫水的(de)流量，屬承(cheng)壓部件。市(shi)⭐場監♊管總(zong)局文件，對(duì)電站鍋爐(lu)用流量計(ji)開展專項(xiang)排查整治(zhi)行動，其中(zhong)對流量計(jì)環向對接(jiē)接頭提出(chu)了相應超(chāo)聲檢測要(yào)求。 本文針(zhēn)對流量計(ji)⛹🏻♀️特殊的結(jie)構形式，分(fèn)析檢測難(nan)點，拟定檢(jiǎn)測方案，利(lì)🏃🏻♂️用多種K值(zhí)探頭，探索(suǒ)切實可行(hang)☀️的超聲檢(jian)測工藝，旨(zhǐ)在達到典(dian)🌈型缺陷較(jiao)高檢🥵出率(lü)和掃查範(fàn)圍覆蓋全(quán)焊🏃♂️縫的雙(shuang)重目标。
2025年(nián)12月17日，湖北(bei)某地發生(shēng)一起因主(zhu)蒸汽管流(liu)量計焊縫(féng)爆裂，造成(chéng)的重大事(shì)故，經濟損(sun)失和社會(huì)影響巨大(dà)。在後續排(pái)查工作🌈中(zhōng)發現，部分(fèn)地區流量(liang)計的設計(ji)、制造💔、安裝(zhuāng)、使用管理(li)、檢驗檢測(cè)等環節均(jun)存在安全(quán)技術規範(fan)及相關标(biao)準未得到(dào)嚴格執行(háng)等問題。
由(yóu)于流量計(ji)結構複雜(zá)，透照厚度(dù)大，現場檢(jiǎn)測成本高(gao)，射線檢測(cè)的實現難(nán)度較大。而(er)超聲檢測(ce)具有檢測(cè)厚💰度大，靈(líng)敏度高，速(su)度快，成本(běn)低等優勢(shì)，成爲在制(zhi)在役流量(liang)計檢測的(de)選擇。實際(jì)檢測中，由(you)于結構♻️限(xian)制，流量😍計(ji)的超聲檢(jian)測一直存(cun)在困難，針(zhen)對流量🔞計(ji)特殊結構(gou)的超聲檢(jian)測方法研(yan)究顯得尤(you)爲重要。
1流(liu)量計結構(gou)及檢測難(nán)點
鍋爐常(cháng)用節流式(shi)流量計包(bāo)括長頸噴(pēn)嘴系列、焊(han)接噴嘴系(xì)列和焊接(jie)孔闆系列(lie)。其中，焊接(jie)噴嘴及焊(hàn)接孔闆系(xi)列，主要用(yong)于主蒸汽(qì)或高壓主(zhu)給水管道(dao)，材質爲碳(tàn)鋼或合金(jin)鋼。本文僅(jin)以焊接噴(pēn)嘴式流量(liàng)計爲研究(jiū)對象(噴嘴(zui)和👄孔闆結(jié)構的不同(tong)對于焊縫(féng)的💯超聲檢(jiǎn)測無🥰影響(xiǎng))，具體計💚算(suan)以編号爲(wèi)DG1的某焊接(jie)噴嘴式流(liu)量計爲例(lì)，結構尺寸(cun)如圖1所示(shi)。流量計通(tong)過測量管(guan)内🚶♀️節流件(jiàn)前後壓💔差(chà)變化換算(suàn)得到流量(liang)大💔小🚶，爲了(le)測量壓力(lì)需要，設置(zhì)了環室、取(qu)源管及取(qǔ)源縫隙;爲(wei)了固定噴(pēn)嘴需要，焊(han)縫位置厚(hou)度較薄且(qiě)有台階狀(zhuàng)結構，如圖(tu)2所示。
以上(shang)結構造成(chéng)的檢測難(nán)點主要有(yǒu):
a由于焊縫(féng)餘高的存(cun)在，探頭隻(zhi)能貼着焊(han)縫邊緣進(jin)行平💁移，如(ru)前📐沿值過(guò)大，-.次波将(jiāng)無法掃查(cha)到焊縫根(gen)‼️部;
b噴嘴頂(ding)部與焊縫(féng)根部未完(wan)全融合(圖(tu)3-2所示)，且焊(hàn)縫底部‼️凹(āo)凸不平，故(gu)無法利用(yòng)焊縫底部(bu)反射的二(èr)次波進行(háng)檢測，隻能(neng)以環室👨❤️👨上(shang)部平台作(zuò)爲超聲波(bo)反射面;
c作(zuo)爲反射面(miàn)，環室長度(dù)1限制了二(èr)次波的實(shi)際檢測範(fan)圍;
d噴嘴與(yu)焊縫連接(jiē)處的台階(jie)狀結構存(cún)在，導緻部(bu)分二次波(bō)無法覆蓋(gài)到焊縫檢(jiǎn)測區域;
e平(píng)台L長度不(bú)夠，二次波(bo)檢測的探(tàn)頭移動範(fàn)圍1.25P(P=2KT)。以常用(yong)K2探頭🥵計算(suan)，L=60mm<1.25P=94mm，無法保證(zheng)特定K值探(tàn)頭的掃查(cha)範圍覆蓋(gai)全焊縫;
f結(jié)構不連續(xù)處的各種(zhǒng)工件輪廓(kuò)雜波信号(hao)較多，給檢(jiǎn)測帶🐆來㊙️--定(dìng)幹擾。
2檢測(ce)相關參數(shu)測定
由于(yu)目前在役(yì)流量計大(dà)多未在正(zheng)規渠道采(cǎi)購，圖🆚紙不(bú)全，尺寸參(can)數均不明(ming)确。在進行(háng)流量計焊(hàn)縫超聲檢(jian)🏃🏻♂️測前，對流(liú)量計結構(gou)進行測量(liang)、繪制，爲之(zhī)後的檢測(cè)做💯圖形建(jian)模準備🌈，以(yǐ)判斷檢測(cè)是否可行(hang)。
與檢測相(xiàng)關的尺寸(cun)參數，如圖(tú)1所示:平台(tái)長度L:60mm;焊縫(féng)寬💔度💯b:20mm;坡口(kǒu)根部間隙(xi)a:2mm;坡口根部(bù)高度h:2mm;檢測(ce)厚度T:19mm;焊縫(feng)✂️厚度t:13mm;環室(shì)長度(單側(ce)🥰)1:28mm，噴嘴🔞寬度(dù)c:20mm;探頭前沿(yán)q(可取6.5/9)mm。
其中(zhong)平台長度(du)L、焊縫寬度(du)b可直接利(li)用鋼直尺(chǐ)測量得出(chū)，坡口根🚶部(bu)間隙a和根(gen)部高度h默(mò)認爲2mm(參照(zhào)常見V型坡(po)口)，探頭前(qian)沿由所選(xuǎn)🔴探頭參數(shu)而定。現着(zhe)重介紹檢(jian)測厚度T、噴(pen)嘴寬度c、焊(han)縫厚度t、環(huan)室長度(單(dān)側)1四個參(can)數的測定(ding)方法。
2.1檢測(cè)厚度T和噴(pen)嘴寬度c測(cè)定
由于噴(pen)嘴與母材(cai)在垂直方(fāng)向未完全(quán)融合(圖4箭(jiàn)頭指示位(wèi)置)，可🌈以利(lì)用K1斜探頭(tóu)入射到端(duān)角産生發(fa)射✌️的原理(li)，根☂️據端角(jiǎo)反射的✌️最(zuì)大回波信(xìn)号，所示深(shen)度即爲環(huan)室距離工(gong)件表面的(de)距離(即檢(jian)測厚度T)。同(tóng)時測量探(tan)頭前部位(wèi)置♌與焊縫(feng)中心的距(jù)離，減去最(zui)大回波信(xìn)号處的水(shuǐ)平距離，所(suo)得數值乘(chéng)以2，即得噴(pēn)嘴寬度c。
2.2焊(han)縫厚度t測(cè)定
由于焊(han)縫未與噴(pen)嘴融合在(zai)一-起，無法(fa)利用斜探(tan)頭測量焊(han)縫厚⚽度，所(suǒ)以必須磨(mo)平一小塊(kuài)焊縫餘高(gāo)，磨平範圍(wei)約🏒爲直探(tàn)頭大小⭐，将(jiang)直探頭置(zhì)于磨平餘(yu)高焊縫處(chu)，此處接收(shōu)到的最大(dà)回波信号(hao)所示深度(dù)即爲焊縫(féng)厚度t。同樣(yang)利用測厚(hòu)儀也可測(cè)量出焊縫(feng)厚度。
2.3環室(shi)長度1測定(dìng)
利用直探(tàn)頭得到兩(liǎng)個回波信(xin)号(分别爲(wei)環室反射(shè)信号、平底(di)反射信号(hào))，根據超聲(sheng)波大平底(dǐ)面回波聲(shēng)壓與距離(lí)的反⭐比關(guān)系，△12=201gx2/x1,以DG1爲例(li)，計算出兩(liǎng)個回波差(cha)值△=5db，根據✌️閘(zhá)門移🏃♂️動或(huò)設置雙閘(zhá)門，比較回(hui)波的db差值(zhi)♊，來判斷直(zhi)探頭發射(she)點是否處(chù)✂️在環室的(de)邊緣。最後(hòu)通過鋼直(zhi)尺測量焊(hàn)縫邊緣與(yǔ)探頭中心(xin)的水平距(ju)⛹🏻♀️離，即得到(dào)環室長度(dù)1。
3.超聲檢測(cè)工藝制訂(ding)
3.1儀器探頭(tou)選擇
3.1.1儀器(qi)選擇
綜合(he)考慮水平(píng)線性、垂直(zhi)線性、靈敏(mǐn)度餘量、信(xin)噪比、檢測(cè)📧功✉️率、分辨(biàn)力、便攜度(dù)等參數，選(xuǎn)擇較優的(de)數字式超(chao)聲檢測儀(yí)。
3.1.2探頭選擇(zé)
a尺寸參數(shù)測定時，選(xuan)擇高頻小(xiao)尺寸縱波(bo)直探頭進(jin)行測量💚;
b焊(han)縫檢測時(shi)選擇橫波(bo)斜探頭進(jìn)行掃查，由(you)于檢測厚(hou)度T不大😘(--般(bān)在20~40mm)，通常選(xuǎn)用5MHz探頭，以(yǐ)提高檢測(cè)靈敏度、分(fen)辨力和🌈聲(shēng)速指向🌈性(xìng);
c在探頭晶(jing)片尺寸的(de)選擇上，前(qian)沿值q由于(yú)焊縫餘高(gāo)的存在♌對(duì)于🆚一次波(bo)掃查範圍(wéi)的影響:平(píng)台長度L對(duì)探頭移動(dong)範圍的限(xiàn)💞制:以及減(jian)少耦合損(sun)失的考慮(lü)，通常選用(yong)6X6或8X12的🌈小晶(jing)片🐅探頭，來(lái)确保斜探(tàn)頭的掃查(cha)☀️覆蓋度。
3.2典(dian)型缺陷檢(jian)出
通過解(jie)剖流量計(jì)進行目視(shì)檢查、表面(mian)磁粉檢測(cè)和金相分(fen)🔱析等多種(zhong)檢測手段(duan)，發現該類(lèi)流量計的(de)常見缺陷(xian)主⭐要爲根(gēn)部未焊透(tou)、坡口未熔(róng)合及與.坡(pō)口㊙️方向近(jìn)🔱似平行的(de)裂紋(見圖(tú)3所示)。
3.2.1未焊(han)透掃查
根(gen)據端角反(fan)射原理，選(xuan)用K1探頭檢(jiǎn)測未焊透(tou)缺陷(需滿(man)🈲足條💞件💛:q+b/2≤t，才(cai)能确保掃(sao)查到根部(bù))，以DG1爲例，由(yóu)于焊縫🌈寬(kuān)度和探頭(tou)前沿所🌈限(xian)，K1探頭無法(fa)檢測到焊(hàn)縫根部，則(ze)需選擇較(jiao)大K值探頭(tou)👅進行根部(bu)掃查。
3.2.2坡口(kou)掃查
針對(dui)坡口未熔(rong)合和裂紋(wen)，優先選擇(ze)角度與坡(pō)口缺陷方(fāng)向💁垂直的(de)K值探頭進(jìn)行坡口缺(que)陷掃查，計(ji)算坡口角(jiǎo)度:K=tanθ=(t-h)(b-a)/2,DG1參數計(ji)算得K=1.2，近似(si)取K1探頭的(de)二次波進(jin)行坡口掃(sǎo)查。
3.3掃查全(quan)覆蓋
在3.2确(que)保典型缺(quē)陷較高檢(jian)出率的基(jī)礎上，确保(bǎo)掃查範圍(wei)覆🚩蓋全🧑🏾🤝🧑🏼焊(han)縫。
a圖像模(mo)拟:将流量(liang)計尺寸參(cān)數準确輸(shu)入CAD圖像，選(xuǎn)擇多種K值(zhí)探頭，通過(guò)做圖方式(shi)将其掃查(chá)範圍直接(jie)顯示于圖(tu)中，就可判(pàn)斷是否覆(fù)蓋(如圖6所(suo)示)。
b計算:通(tong)過三角函(hán)數，計算幾(jǐ)種K值與焊(han)縫中心線(xian)的😄交點，來(lai)判斷何種(zhong)探頭組合(he)可以覆蓋(gai)。DG1經圖像模(mó)拟和計✌️算(suan)均🛀🏻得出，需(xu)三個K值探(tan)頭(K1,K2,K3)來保證(zheng)焊縫掃查(cha)全覆蓋。
4試(shi)驗驗證
以(yǐ)上檢測工(gōng)藝已在實(shi)際檢測中(zhōng)應用，從DG1的(de)檢測結果(guo)(見表1)來看(kàn)，能有效發(fa)現II區II區缺(quē)陷。對比射(she)線檢測(解(jie)體後檢測(ce))和相控陣(zhèn)等檢測方(fang)法的結果(guǒ)，缺陷的契(qì)合度較高(gao)。
另外在實(shi)際檢測中(zhōng)發現，不同(tong)流量計的(de)尺寸變化(hua)較大，如每(mei)次都需要(yao)進行CAD模拟(ni)或計算，工(gōng)作量較大(da)。爲方便選(xuǎn)擇和檢測(cè)，流量計模(mó)拟分析軟(ruǎn)件，通過設(shè)置流量計(ji)尺寸🤟參數(shù)，直♈觀、快速(sù)🍉、正确地篩(shai)選出滿足(zu)掃查要求(qiú)的探頭K值(zhi)組合，并輸(shu)出焊縫成(cheng)形圖和所(suo)用K值的掃(sǎo)查範圍圖(tu)(見圖7)，圖示(shì)有10種方案(an)可供選擇(zé)☎️，大大提高(gāo)了🈚檢測效(xiao)率。
5總結
本(ben)文着手解(jie)決了流量(liàng)計結構帶(dai)來的檢測(ce)難點，制定(dìng)的超聲檢(jiǎn)測工藝經(jing)實際驗證(zhèng)，對于在制(zhi)在役流量(liàng)計的超㊙️聲(sheng)檢測能💔起(qi)到一定指(zhǐ)導作用，特(tè)别是在智(zhi)能軟件投(tóu)用後，效率(lǜ)和可操作(zuò)性有✂️進一(yī)步提高。
脈(mò)沖反射法(fǎ)超聲檢測(cè)受操作人(rén)員水平影(yǐng)響較大，缺(quē)⭐陷定性較(jiao)💔爲困難，僅(jin)能二維掃(sao)查成像的(de)局限性仍(reng)然存在❓，随(sui)着新型🔞超(chao)聲🏃🏻♂️檢測技(jì)術的推廣(guǎng)和相關标(biao)準實施的(de)支🌂撐，對于(yú)節流式流(liú)量計🐪超聲(sheng)檢測這一(yi)課題，會有(you)更多研究(jiū)方向。
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