| 高溫緊固螺栓的超聲相控陣檢測技術(shù) —— 嚴曉東 （華東電力試驗研究院科技開發(fā)有限公司） 作為火力發(fā)電廠汽輪機的關(guān)鍵部件，高溫緊固螺栓廣泛應(yīng)用于各類高溫部件的連接。 高溫螺栓在結(jié)合處產(chǎn)生壓緊力和緊固力，其工作溫度高（500～620℃）應(yīng)力大，如產(chǎn)生裂紋而導(dǎo)致運行中斷裂，則造成機組非計劃停機，甚至人身傷亡事故，經(jīng)濟損失巨大。 
歷來火電廠都將高溫緊固螺栓作為重點監(jiān)視部件，嚴格檢測。要求盡早盡小的發(fā)現(xiàn)裂紋。 超聲波檢測是一種對裂紋類缺陷非常有效的無損檢測手段，因其靈敏、快速，被廣泛應(yīng)用于高溫螺栓的質(zhì)量監(jiān)控。 新問題的出現(xiàn) 常規(guī)的螺栓超聲波檢測以直探頭、小角度縱波探頭端部檢測或橫波桿部檢測為主，通?？捎行Оl(fā)現(xiàn)≥1mm槽深當量的裂紋。 但隨著火電機組向超臨界、高參數(shù)發(fā)展，越來越多特殊牌號、規(guī)格和形狀的螺栓被應(yīng)用于新型設(shè)備中，給螺栓檢測帶來不易克服的困難。 提高螺栓超聲檢測的精度和準確性，需進一步提高螺栓超聲檢測的靈敏度和信噪比。 檢測靈敏度是檢測出*小缺陷的能力，只有當缺陷反射信號被超聲檢測系統(tǒng)放大到可“視”的程度，缺陷才可能被發(fā)現(xiàn)，這與缺陷反射回波的大小密切相關(guān)。 相對于提高靈敏度，信噪比的增高則更為關(guān)鍵和困難，單純提高靈敏度，對小裂紋的檢出沒有明顯改善。 微小裂紋與其他結(jié)構(gòu)波、變形波的有效區(qū)分和識別，需要更多的特征信息和數(shù)據(jù)進行比對及確認。 與傳統(tǒng)超聲檢測技術(shù)相比，相控陣能夠通過電子的方式改變超聲波的焦點與角度，一個位置即可實現(xiàn)多個角度同時掃查，并且能夠通過二維圖像的方式將各個角度的回波信息同時顯示出來。 超聲相控陣具有聲束可聚焦、角度可變、可進行多角度扇形掃描的特性，這正對應(yīng)了提高螺栓檢測靈敏度、信噪比和缺陷信號識別的需要。   直探頭檢測螺栓時，主聲束角度為0°，到達螺紋部位的多數(shù)為副瓣聲束。 超聲相控陣在掃查范圍內(nèi)，每一個到達螺紋的波束均為聚焦主聲束，聲壓高于直探頭的副瓣，提高了靈敏度。 超聲相控陣聲束角度可變，能夠覆蓋-30～30°范圍，對螺紋根部萌生的大多數(shù)裂紋都能實現(xiàn)垂直入射，顯著提高了反射率，大大提升了信噪比。 超聲相控陣運用多個法則，將多個角度的反射波通過扇形圖像顯示出來，螺紋信號穩(wěn)定清晰、間隔均勻且無雜波。 
當螺紋中存在裂紋時： 均勻的螺紋信號將被破壞，間隔中出現(xiàn)異常信號裂紋與其相鄰螺紋信號存在色差，幅度與裂紋深度正向相關(guān)。 超聲相控陣扇掃圖像，提供了整個檢測范圍內(nèi)的二維圖像。給缺陷波的識別提供了更多的信息，提高了缺陷識別的準確率和可靠性。 可顯示不同深度上聲束的反射信號和波高，結(jié)合探頭的移動，還可顯示某一個深度上不同角度的波形。 這樣既能對比不同深度上裂紋的波形，也能夠?qū)Ρ韧簧疃?，多個角度的波形，這對特定部位小裂紋的識別，提供了現(xiàn)有其他方法無法給與的判別信息。大大提升了微小裂紋檢測的可靠性和準確性。 
相控陣縱波檢測螺栓本側(cè)時，可以清晰看到螺栓各螺紋的信號，信號強度依次遞減；當螺栓有缺陷時，相鄰螺紋信號中間出現(xiàn)異常信號。 
總結(jié)： 超聲相控陣檢測螺栓技術(shù)，可有效提高微小裂紋的檢出率，靈敏度高準確性好； 動態(tài)改變超聲波入射角度，信噪比提升明顯，裂紋可識別率大大提高，結(jié)果穩(wěn)定可靠； 多角度連續(xù)掃查，覆蓋范圍大，提高了檢測效率； 超聲相控陣橫波檢測螺栓時，各類波形穩(wěn)定、清晰，有助于裂紋波的識別，顯著降低誤判率； 檢測結(jié)果可以同時以A掃描和扇形掃描顯示，既給缺陷波的識別提供了更多的信息，又能夠按現(xiàn)行的探傷標準進行質(zhì)量評定，提高了缺陷識別的準確率和技術(shù)的適用性； 提高了粗晶材質(zhì)螺栓檢驗的信噪比，但檢測深度仍受衰減影響較大，需進一步改進探頭及儀器。 超聲相控陣作為螺栓檢測方面的新技術(shù)， 在靈敏度、信噪比和缺陷的識別方面有較大進步，是螺栓檢測的新技術(shù)和新方向，值得推廣和應(yīng)用。 | 