专利名称：一种压力容器筒体整体超声导波检测方法
技术领域：
本发明涉及一种压力容器筒体的整体超声导波检测的方法。
背景技术：
作为一类重要的特种设备，压力容器广泛应用于石油、电力、化工等行业，并且随着社会经济的发展的需要，其运行参数也不断提高，对安全生产影响越来越大。在其制造、安装、运行和维护等各个环节中都可能产生诸如裂纹、腐蚀等缺陷，缺陷不管来源于哪个环节，都将影响压力容器的安全使用。因此，加强压力容器的检验、发现并消除缺陷，对保证其安全运行，具有非常重要的意义。 然而，由于压力容器筒体面积较大，实际检测中采用传统的超声波检测、测厚等检测方法，均为局部检测，同时由于容器内件以及结构的影响，无法做到容器筒体的全面检测，容易造成缺陷漏检。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种压力容器筒体整体超声导波检测方法，其能够实现高效、全面地检测压力容器筒体缺陷。本发明的技术方案为
本发明一种压力容器筒体的整体超声导波检测方法，其步骤如下
1.根据待检压力容器的规格、材质计算出纵向或周向导波的相速度及群速度频散 2.根据相速度、群速度频散曲线图确定用于检测待检压力容器的检测用导波模态，并确定检测用导波激励频率的范围；
3.采用有限元技术进行仿真计算，对频率和导波入射角度进行试验，不断改变探头角度及频率，确定最佳的检测用导波频率和导波入射角度；
4.根据频率及角度确定出合适的导波探头，采用普通超声波探伤仪，将超声波探伤仪声速选项设置为由有限元试验确定的频率在群速度频散图上对应的相应模态导波的群速度值，将检测范围选项设置到略大于被检工件长度的范围；
5.将探头和仪器正确连接，将探头放置到容器筒体上进行轴向或周向扫查，采用容器筒体焊缝的反射回波调节灵敏度或根据需要检测的缺陷加工人工反射体确定检测灵敏度，
由当进行纵波导波轴向检测时，探头轴线和容器筒体轴线平行，使超声波传播方向沿筒体
轴向传播，圆周方向移动探头绕筒体一圈，完成筒体轴向扫查，如图I所示；2)当进行周向
导波周向检测时，探头轴线和筒体轴线垂直，使超声波的传播方向沿筒体周向传播一圈，探头沿筒体轴线方向移动，从筒体一端移动到另一端，扫查结束，检测完毕。本发明在实际应用时限于目前探头制造技术，且压力容器筒体壁厚从几毫米到几十毫米，范围较大，因此，选用相速度频散图中最下方曲线所对应的导波模态进行导波检测，该导波模态对应的频率范围较宽，即可采用现有的工艺制作出合适频率的导波探头，同时满足压力容器筒体检测要求。本发明的原理是
当超声波入射进板状工件内后，工件内的纵波、横波将会在平行的边界上产生来回的反射而沿平行板面的方向行进，即平行的边界制导超声波在板内传播，导波的声场遍及整个壁厚，如图3所示。导波通常在一个有限体中可以存在多种不同的导波模态，并且导波具有频散现象，因此如何激励出可用于无损检测的单模态导波，并能够对反射回波信号进行分辨、分析就成为研究的重要课题。本发明根据不同规格、材质的压力容器筒体中导波相速度与群速度的频散曲线(图4、图5)，大致确定用于检测的导波频率范围以及声速范围，再利用有限元软件ansys进行模拟分析(图6),确定最佳的检测参数(频率、入射角),从而确定应采用的导波探头类型，并利用常规脉冲回波超声波探伤仪激励并接收可识别、分析的导波回波 信号，通过对回波信号(图7)波形、幅度的分析判读，确定容器筒体中是否存在缺陷，和对缺陷进行定量。本发明的有益效果为本发明利用超声导波声场特性，根据被检对象选择合适频率及入射角的超声导波探头、激励并接受超声导波信号，实现压力容器筒体整体的全面、高效、快速检测，解决了传统的取点检测可能导致漏检的问题，是压力容器无损检测领域的一种新方法。以火力发电厂一台600MW机组为例，如发生高压加热器因母材吹损而导至泄漏，从泄漏停运到抢修投运，一般至少需要72小时，损失电量达4200万千瓦时，每度电按0. 2元的上网电价计算，造成的直接经济损失840万元。此外，机组启动时燃油的消耗所需费用约为15万元，机组起停对设备寿命的损耗估价约80万元。由以上分析可以看出，减少容器泄漏一次至少可带来900万元左右的经济效益。
图I为本发明实施例轴向扫查示意 图2为本发明实施例周向扫查示意 图3为本发明实施例采用超声导波检测压力容器筒体方法的示意 图4为本发明实施例0400X IOmm碳素钢筒体中的纵向导波相速度频散曲线；
图5为本发明实施例O 400 X IOmm碳素钢筒体中的纵向导波群速度频散曲线；
图6为为本发明实施例0400X IOmm碳素钢筒体中缺陷高2mm宽0. Imm时的超声导波检测信号波形 图7为本发明实施例一定频率下两种不同模态的导波在筒体中传播的ansys仿真计算
本发明在附图中1超声波探伤仪、2导波探头、3容器筒体。
具体实施例方式下面结合以附图结合实施例对本发明做进一步说明。实施例本发明实施例是对规格为0400X IOmm材质为20R的压力容器筒体进行纵向超声导波检测，先计算出的纵向导波相速度、群速度频散图分别为图4、图5。由图5可以看出当超声导波频率超过70KHz时，A曲线所对应的模态的导波群速度变化较小，便于对回波进行定位。当频率超过200KHz时，会有其他模态的导波产生，一方面引起杂波，另一方面也会降低A曲线对应的模态的导波的能量，导致检测时的信噪比下降。因此将导波频率确定为70KHz 200KHz。不同的导波入射角度会产生不同的检测效果。为确定最佳的检测效果，需要制作多种不同入射角度的探头进行试验。为降低费用和缩短开发周期，采用有限元技术(图6)进行试验确定合适的超声导波入射角度。结果显示对规格为0400X10mm材质为20R的压力容器，当超声导波入射角度为60°时检测效果较好。并用有限元方法对70KHz 200KHz范围内的导波激励频率进行试验，结果显示在该范围内频率对导波检测影响不明显。因此采用了中心频率为lOOKHz、导波入射角度为70°的楔形压电晶体换能器探头和常规脉冲回波数字超声波探伤仪对容器筒体进行纵向导波检测。根据群速度频散曲线图查相应曲线在IOOKHz时的群速度为3072m/s，设置仪器的声速为3072m/s，将超声波检测范围设置为稍大于容器筒体长度的数值。将探头与超声波探伤仪3连接，探头置于容器筒体外壁，采用甘油做耦合剂，使探头与筒体外壁良好耦合，便可以激励和接收到超声导波信号。根据回波信号的波形(图7)确定容器筒体内壁是否有缺陷并结合导波模态以及回波信号的传播时间对筒体内壁缺陷进行定量、定位分析。分别采用上述方法，对筒体进行轴向与 周向检测，便可实现对容器筒体的全方位检测。根据上述技术方案对现场压力容器进行检验，检验效果较好。该实施例的步骤主要有以下几步
1:计算导波在容器筒体中传播的纵向超声导波相速度、群速度频散图如图(4)，图(5)
2:根据相速度群速度频散曲线确定导波模态，并确定激励频率在70KHz 200KHz范围内。3:用有限元技术进行仿真计算，不断改变探头角度及频率，确定最佳的检测频率IOOKHz和导波入射角度70°。4 :根据频散曲线上查到的IOOKHz对应的群速度3072m/s，使用普通超声波探伤仪。开机，设置探头类型为直探头，将超声波探伤仪声速选项设置为3072m/s，将检测范围选项设置到略大于被检工件长度的范围。5 :将探头和仪器正确连接，将探头放置到容器筒体上进行轴向扫查；采用容器筒体焊缝的反射回波调节灵敏度或根据需要检测的缺陷加工人工反射体确定检测灵敏度。扫查时，探头轴线和筒体轴线平行，探头沿圆周方向移动一整圈。6:检测完毕。在对筒体进行周向导波检测时，按照同样的步骤进行即可完成周向导波检测。
权利要求
1.一种压力容器筒体的整体超声导波检测方法，其特征在于该方法的步骤如下 (1).根据待检压力容器的规格、材质计算出纵向或周向导波的群速度及相速度频散图； (2).根据相速度群速度频散曲线图确定用于检测待检压力容器的检测用导波模态，并确定检测用导波激励频率的范围； (3).采用有限元技术进行仿真计算，对频率和导波入射角度进行试验，不断改变探头角度及频率，确定最佳的检测用导波频率和导波入射角度； (4).根据上述参数确定出导波探头，并确定出导波探头，采用普通超声波探伤仪，将超声波探伤仪声速选项设置为和最佳的检测用导波频率对应的群速度值，将检测范围选项设置到略大于被检工件长度的范围； 将探头和仪器正确连接，将探头放置到容器筒体上进行轴向或径向扫查，采用容器筒体焊缝的反射回波调节灵敏度或根据需要检测的缺陷加工人工反射体确定检测灵敏度， 当进行纵波导波轴向检测时，探头轴线和容器筒体轴线平行，使超声波传播方向沿筒体轴向传播，圆周方向移动探头绕筒体一圈，完成筒体轴向扫查，如图I所示; 当进行周向导波周向检测时，探头轴线和筒体轴线垂直，使超声波的传播方向沿筒体周向传播一圈，探头沿筒体轴线方向移动，从筒体一端移动到另一端，扫查结束，检测完毕。
2.根据权利要求I所述的一种压力容器筒体的整体超声导波检测方法，其特征在于选用相速度频散图中最下方曲线所对应的导波模态进行导波检测。
全文摘要
本发明涉及一种压力容器筒体的整体超声导波检测方法，其步骤如下1.计算出纵向或周向导波的相速度及群速度频散图；2.并确定检测用导波激励频率的范围；3.确定最佳的检测用导波频率和导波入射角度；4.采用普通超声波探伤仪，设定超声波探伤仪声速选项；5.将探头和仪器正确连接，将探头放置到容器筒体上进行轴向或周向扫查，采用容器筒体焊缝的反射回波调节灵敏度或根据需要检测的缺陷加工人工反射体确定检测灵敏度，直到检测完毕。本发明能够实现高效、全面地检测压力容器筒体缺陷。
文档编号G01N29/07GK102636569SQ20121001162
公开日2012年8月15日 申请日期2012年6月4日 优先权日2012年6月4日
发明者刘长福, 牛晓光, 王强, 王志永, 郝晓军 申请人:河北省电力研究院