超聲導(dǎo)波技術(shù)檢測長管拖車氣瓶研究

發(fā)布于：02-11

姜?斌?蕭艷彤?牛衛(wèi)飛



(天津市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院?天津300192)



摘要：為了解決長管拖車氣瓶瓶體內(nèi)部缺陷快速無損檢測的難題，利用超聲導(dǎo)波技術(shù)對長管拖車氣瓶試塊進(jìn)行檢測。結(jié)果顯示：超聲導(dǎo)波技術(shù)一次檢測的距離沿波束方向可以達(dá)到lm，并且可以準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)不同大小的V形槽缺陷。缺陷的位置和長度大小可以準(zhǔn)確的測量，并且和實際測量值取得了良好的符合。試驗結(jié)果很好地證明了超聲導(dǎo)波技術(shù)的快速準(zhǔn)確的優(yōu)點，對實際現(xiàn)場檢測具有指導(dǎo)意義。



關(guān)鍵詞：超聲波檢測?導(dǎo)波檢測?長管拖車氣瓶



近年來，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，長管拖車的應(yīng)用越來越廣泛。由于長管拖車氣瓶工作壓力達(dá)到20-30MPa，而且瓶中盛裝的為天然氣、氫氣等易燃易爆介質(zhì)，所以其危險性較大，一旦發(fā)生氣瓶的破壞事故，后果將十分嚴(yán)重。目前，長管拖車氣瓶的普通超聲波檢驗主要存在以下問題：常規(guī)超聲波探傷時，超聲波探頭要對瓶體進(jìn)行100％的覆蓋，工作量大。而且不能實現(xiàn)長管拖車氣瓶的不拆卸檢驗，仍需拆卸和重裝氣瓶，不僅可能破壞拖車結(jié)構(gòu)的完整性，還因檢驗耗時長、工裝設(shè)備和場地條件投入大、需要噴丸與油漆等表面處理等增加成本，影響經(jīng)濟效益。



導(dǎo)波技術(shù)在近年來取得了很大的進(jìn)展，導(dǎo)波在板狀介質(zhì)中傳播時，聲場遍及整個厚度，傳播距離長而且衰減較小，檢測時無需對整個板狀介質(zhì)表面進(jìn)行掃描，因此導(dǎo)波適合板狀材料的檢測。文章選用導(dǎo)波對長管拖車的氣瓶管段試塊進(jìn)行了檢測試驗，取得了良好的效果。



1試驗



1.1試塊



本文根據(jù)JB／T?4730.3-2005《承壓設(shè)備無損檢測-超聲檢測》中“承壓設(shè)備用無縫鋼管超聲檢測和質(zhì)量分級”中的規(guī)定加工對比試塊。試塊材料為長管拖車氣瓶的一段管段。材質(zhì)為4130。試塊的具體尺寸參數(shù)及缺陷的位置如圖l所示。人工缺陷均為外表面縱向V形槽，槽長度為40mm，深度為管子壁厚的5％、8％、10％，即為1.Omm、1.6mm、2.Omm。槽之間的距離為100mm。







圖1?長管拖車氣瓶試塊圖紙



1.2?試驗方法



試驗裝置為多功能超聲波檢測系統(tǒng)ISONIC的導(dǎo)波檢測部分，探頭為導(dǎo)波專用探頭，楔塊和氣瓶試塊外表面弧度相匹配。首先根據(jù)1.6mm深的V形槽缺陷進(jìn)行探頭延遲的標(biāo)定，探頭延遲為25?s，聲速設(shè)置為3230m／s。然后根據(jù)1.6mm深的V形槽制作DAC曲線，曲線如圖2所示。橫坐標(biāo)為探頭前沿到缺陷的距離，縱坐標(biāo)為波幅，A點為探頭前端距離缺陷300mm，調(diào)整波高為80%，這時的增益為50dB。B點為探頭前端距離缺陷600mm，C點為探頭前端距離缺陷900mm。由于鋼瓶外表面半周長為878mm，一次的掃查長度達(dá)到900mm即可通過正反方向2次掃查全部覆蓋氣瓶瓶體。







圖2?l.6mm深的V形槽DAC曲線



利用試塊上的1.0mm、1.6mm、2.0mm深的人工V形槽缺陷對試塊進(jìn)行實際探傷檢測試驗，參照J(rèn)B／T4730.3-2005《承壓設(shè)備無損檢測-超聲檢測》，掃查靈敏度提高6dB，即為56dB。掃查時，探頭連接編碼器，以便準(zhǔn)確記錄探頭所進(jìn)行的掃查長度。將探頭放于氣瓶瓶體圓周的任意位置，從氣瓶管段的一端沿長度方向進(jìn)行掃查以檢測縱向缺陷，并記錄存儲掃描數(shù)據(jù)。經(jīng)實際測量，實際掃查位置處，探頭前沿距離缺陷位置的周向長度為430mm。



2?結(jié)果與分析







圖3?實際檢測的C掃描圖像



圖3展示了實際檢測的C掃描圖像，縱坐標(biāo)為導(dǎo)波沿波束方向檢測的距離，為了保證覆蓋鋼瓶瓶體的半周，掃描距離選取了1050mm。橫坐標(biāo)為鋼瓶長度方向掃描的長度。可以從圖像中很明顯地發(fā)現(xiàn)有3個缺陷，而且噪聲信號并不明顯，有較高的信噪比。







圖4?2.0mm深V形槽的測量結(jié)果和A掃圖像



圖4展示了2.Omm深V形槽缺陷的測量結(jié)果和A掃圖像，可以從圖像中測量出缺陷距離探頭前沿的距離為442.1mm，V形槽的長度為39.1mm。缺陷距離探頭前沿的實際距離為430mm，槽的長度為40mm，可以看出測量結(jié)果和實際值之間的誤差并小大。調(diào)出A掃描的圖像，最高反射波達(dá)到了164％，缺陷信號十分明顯。







圖5?1.6mm深V形槽缺陷的測量結(jié)果和A掃圖像



圖5為1.6mm深V形槽缺陷的測量結(jié)果和A掃描圖像。從A掃描的圖像中可以看出，最高反射波達(dá)到了61％，很容易就發(fā)現(xiàn)了深度為壁厚8％的缺陷。從圖像中測量出缺陷距離探頭前沿的距離為455.3mm，V形槽的長度為41.1mm。這些測量結(jié)果和實際值依然比較接近。缺陷左端點距離測量起始點測量值為145.3mm，而1.6mm深V形槽左端點距離測量起點實際距離為140mm，這說明導(dǎo)波對缺陷的定位很精確。







圖6?1.Omm深缺陷的測量結(jié)果和A掃圖像



圖6為1.Omm深缺陷的測量結(jié)果和A掃圖像?？梢钥闯?，缺陷信號A掃描的波高僅僅為23％，信號幅度明顯低于1.6mm深V形槽和2.0mm深V形槽的信號幅度。但從C掃描圖像中依然可以判斷出缺陷的存在，并且準(zhǔn)確的測量缺陷。缺陷參數(shù)如圖中數(shù)據(jù)，測量值依然和實際值比較接近。為了防止在實際檢測中漏檢，對于小缺陷的檢測，要適當(dāng)提供增益，并且用對比試塊上的人工小缺陷進(jìn)行標(biāo)定。



3?結(jié)論



通過超聲導(dǎo)波對長管拖車氣瓶瓶體試塊的檢測，對深度為管子壁厚的5％、8％、10％，即為1.Omm、1.6mm、2.Omm的V形槽人工缺陷進(jìn)行了掃查試驗。結(jié)果顯示，超聲導(dǎo)波檢測一次的檢測距離可以沿波束傳播方向達(dá)到1m，也就是說可以通過正反兩個方向的檢測一次檢測長管拖車的氣瓶瓶體，并且可以準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)不同大小的V形槽缺陷。檢測得到的缺陷的位置、大小基本和實際情況相符合。而且檢測的數(shù)據(jù)通過C掃描很直觀的記錄并分析，從而減小了人為誤差的影響。試驗結(jié)果很好地證明了超聲導(dǎo)波技術(shù)的快速準(zhǔn)確的優(yōu)點，對實際檢測具有指導(dǎo)意義。



摘自08年4期《中國特種設(shè)備安全》