摘要：本文是作者结合实践的工作经验总结的，探讨了超声波检测技术在锅炉压力容器缺陷检测中的应用。
关键词： 超声波检测；压力容器
1 超声波检测技术的原理
超声检测主要应用超声波在材料中的传播特性，以及超声波与缺陷的相互作用机理来进行检测。理论上，超声波在无限大均匀介质中是沿直线传播的，但实际上，任何介质总有边界，当超声波在非均匀介质中传播，或从一种介质传播到另一种介质时，由于介质的声阻抗发生了变化，超声波会在声阻抗改变的分界面上产生反射、折射和透射现象，从而来判断被检测物是否存在缺陷。
目前，超声波检测中应用最广泛的是A型显示脉冲检测仪，通过长期的超声波检测实践及对材料、制造工艺的充分了解，通过对检测中发现的缺陷进行解剖、分析、验证，以积累经验，可以从显示屏上显示的缺陷回波的静态和动态波形，起波速度，回波前沿的陡峭程度与回波后沿的下降斜度，波峰形状，回波占宽，移动探头时缺陷回波的波幅、位置、数量及包络形状，多次反射底波的次数与波幅的下降规律，底波高度的损失情况等等，再根据缺陷在被检工作中的位置、分布状况、缺陷的当量大小、延伸情况，结合具体的材料特点、工艺及超声波的基础理论知识作出综合判断，达到较准确地评估缺陷的性质或种类。在对锅炉压力容器的探伤中，超声波的优点比较明显，即：1超声波的指向性好，能形成窄的波束；o波长短，小的缺陷也能够较好的反射；"距离的分辨力好，缺陷的分辨率高。由于裂纹是最危险的缺陷之一，所以通过超声波检测可以大大提高缺陷检测率，确保产品质量。
2 锅炉压力容器的常见缺陷
2.1 裂纹
裂纹是压力容器中一种危险的缺陷，标准中认为，只要判定为裂纹，即为不合格。裂纹形成机理较复杂，根据产生条件和时机，可分为：热裂纹、再热裂纹、冷裂纹和层状撕裂。裂纹方向性很强，有的回波较大，但有的回波也较小，用不同K值的探头，从不同方向入射，可能找出较大回波。
2.2 未熔合
未熔合是指焊缝金属与母材金属，或焊缝金属之间未熔化结合在一起的缺陷。未熔合按其所在部位可分为坡口未熔，层间未熔合和根部未熔合三种。未熔合一方面能根据其所在位置判定；另一方面，由于其为面状缺陷，方向性很强。因此，不同的K值探头，其反射回波的当量会有很大的差别。
2.3 未焊透
未焊透有中间未焊透和根部未焊透，特别是对于根部未焊透，其回波的起波速度较快，反应强烈，在焊缝两侧探查都能发现，且反射波幅大致相同。
3 锅炉压力容器的超声波检测技术应用
3.1 锅炉压力容器角焊缝超声波检测技术
对角焊缝做全体积的超声波检测，一般采用双晶直探头和斜探头并用的检测方法。双晶直探头检测法，检测时双晶直探头置于接管内壁，此时易检出靠近探头侧与筒体侧坡口面的未熔合，对焊缝根部未焊透类不连续性无法检出，双晶直探头不可检测的区域由斜探头来完成检测。
3.1.1 探头选择
对角焊缝进行超声波检测时，通常接管侧采用直射法及一次反射法，为了保证经小径管内壁反射后的超声波束仍具有较高的检测灵敏度和较高的分辨力，建议根据集箱及接管不同的壁厚，采用专门研制的不同焦距的小径管线聚焦斜探头或小径管双晶聚焦斜探头。
3.1.2 探伤面的确定
为能发现角焊缝余高及热影响区中可能产生的缺陷，再将此值加上角焊缝腰高和热影响区。根据三角原理，划出一次反射法探头移动距离的探伤基准线，以保证在一倍跨距内的声束能完整地检查到角焊缝区域，而检测根部未焊透时则用一次直射法即可划定的基准线为22. 5 mm。
3.1.3 扫描线调节与灵敏度校验
采用曲面平底孔试块调节仪器扫描线，由于下降管壁厚>100mm，所以扫描时基线按深度1B2进行调节。下降管角焊缝最大检测厚度是接管壁厚、角焊缝盖面宽度和焊缝两侧热影响区宽度（一般取5 mm）三者之和。
3.1.4 波形识别
将直探头置于插入式接管内壁检测，在焊缝金属边缘，相当于角焊缝盖面处，也会收到正常接管或筒体外壁的底面回波，若不注意分辨，有可能造成错判或漏检。为此，需要在移动探头的同时观察底波降低的情况，来确定焊缝与母材侧的交接边界，使探头从接管侧向焊缝侧移动。若探头与该标记重合时，底波依然很高，则有可能是接管侧或筒体侧有未熔合或未焊透存在。
3.2 锅炉压力容器内壁裂纹超声波检测
锅炉压力容器内壁裂纹超声波检测原理是根据现有的检测设备条件，结合被检工件的规格、结构形状和产生裂纹的必然形态、拟采用小K值与大K值两种斜探头相结合的超声波检测方案，以确定容器内壁是否存在应力裂纹，及推断减温器喷水管根部是否存在泄漏。
3.2.1 纵波检测
采用2. 5 MHz，直径为20 mm的直探头，置于容器外圆面，用直接接触法作周向或轴向100%扫查。检测灵敏度为2平底孔当量直径，可利用容器完好部位内圆孔的大圆柱底面回波调节得到。
3.2.2 环向缺陷的横波检测
同一容器的检验，先后采用K1、K3探头进行扫查，对缺陷相互验证。用K1探头对管座沿纵向和周向进行扫查，探头周向扫查较难实现良好的耦合，以轴向扫查为主。如内壁有龟状裂纹存在，K1探头扫查显示波为壁厚深度的端角反射波，其波高与同厚度试块端角反射相近。在此扫查灵敏度下，对于裂纹深度根部处往往无反射波。K1探头扫查的目的是判断内壁是否开口，裂纹深度定量困难。屏幕显示的最高波总是在壁厚深度位置上，而且随着探头的移动，缺陷波不断出现。用K3探头对管座进行扫查，周向和纵向相结合，以纵向扫查为主。在周向上扫查时因外形结构的影响，对反射波的定性与定位分析较困难。由于其K值较大，龟状裂纹较深较密，往往无法获得内壁处裂纹开口处端角的反射波。在裂纹扩展的根部，反射波更趋近于垂直反射，反射信号最强。
3.2.3 缺陷的定量测定与评定
检测中发现了缺陷波，利用前后、左右移动探头的方法，找到缺陷的最高回波，然后根据不同探头定出缺陷的当量值，直探头探测时定出缺陷回波的平底孔当量值，K1和K3斜探头探测时，根据检测灵敏度定出缺陷回波高所在的距离一波幅区域及波高分贝值。
3.3 锅炉压力容器封头管板裂纹的超声波检测
3.3.1 扫描速度和仪器灵敏度的调整
由于锅筒封头管板管孔很多，且被检管板厚度一般都是20 mm左右，K值的选择入射角度为50b左右为宜。为达到检测的规范性，可制作参考试块，其尺寸按被检板厚、孔径、孔距确定。扫描速度的调整，可在标准试块CSK-1A上调整，也可利用参考试块摸拟管孔的上下端角信号调整。由于管孔的间距较小，调整后至少使二次波能呈现在荧光屏上。灵敏度的调整，按照最大灵敏度原则，结合参考试块摸拟管孔人工裂纹最大反射信号调整到荧光屏满刻度的50%，同时测出管板表面粗糙度的声能损失dB差，也可用以前切割下来的钢板上的自然小裂纹调整灵敏度。
3.3.2 扫查方式和裂纹的判断
探头前后移动，反射信号游动范围内平稳清晰。把探头放置在裂纹两侧垂直于裂纹的直线上，且至裂纹的距离相同。探测时，可得到形状近似、位置相同的反射信号。固有信号和裂纹信号的波形动态过程：探头顺孔径方向放置，找到孔边端角最强信号K，然后探头向裂纹位置逐渐偏转，孔边端角信号逐渐下降，若在其稍后的位置逐渐升起一个信号，而且当该信号最强时，孔边端角信号消失，则该信号即是裂纹信号。探头再往回偏转时，出现相反过程。
4 锅炉压力容器超声波检测技术的展望
随着温度变化，超声波声压衰减变化相当显著。此外，不同的反射体，其所处的不同位置可能有不同的衰减幅度，不同的传感器频率也会有不同的衰减特性。这些问题均需要在今后的高温超声波检测过程中加强研究和重视。
