[摘要]節流式流量計在電站鍋爐及其相連管道上應用廣泛，主要用于測量鍋爐主蒸汽、主給水以及減溫水的流量，屬承壓部件。市場監管總局文件，對電站鍋爐用流量計開展專項排查整治行動，其中對流量計環向對接接頭提出了相應超聲檢測要求�！　”疚尼槍α髁坑嬏厥獾慕Y構形式，分析檢測難點，擬定檢測方案，利用多種K值探頭，探索切實可行的超聲檢測工藝，旨在達到典型缺陷較高檢出率和掃查范圍覆蓋全焊縫的雙重目標。
　　2016年8月11日，湖北某地發生一起因主蒸汽管流量計焊縫爆裂，造成的重大事故，經濟損失和社會影響巨大。在后續排查工作中發現，部分地區流量計的設計、制造、安裝、使用管理、檢驗檢測等環節均存在安全技術規范及相關標準未得到嚴格執行等問題。
　　由于流量計結構復雜，透照厚度大，現場檢測成本高，射線檢測的實現難度較大。而超聲檢測具有檢測厚度大，靈敏度高，速度快，成本低等優勢，成為在制在役流量計檢測的優先選擇。實際檢測中，由于結構限制，流量計的超聲檢測一直存在困難，針對流量計特殊結構的超聲檢測方法研究顯得尤為重要。
1流量計結構及檢測難點
　　鍋爐常用節流式流量計包括長頸噴嘴系列、焊接噴嘴系列和焊接孔板系列。其中，焊接噴嘴及焊接孔板系列，主要用于主蒸汽或高壓主給水管道，材質為碳鋼或合金鋼。本文僅以焊接噴嘴式流量計為研究對象(噴嘴和孔板結構的不同對于焊縫的超聲檢測無影響)，具體計算以編號為DG1的某焊接噴嘴式流量計為例，結構尺寸如圖1所示。流量計通過測量管內節流件前后壓差變化換算得到流量大小，為了測量壓力需要，設置了環室、取源管及取源縫隙;為了固定噴嘴需要，焊縫位置厚度較薄且有臺階狀結構，如圖2所示。
 
以上結構造成的檢測難點主要有:
a由于焊縫余高的存在，探頭只能貼著焊縫邊緣進行平移，如前沿值過大，-.次波將無法掃查到焊縫根部;
b噴嘴頂部與焊縫根部未完全融合(圖3-2所示)，且焊縫底部凹凸不平，故無法利用焊縫底部反射的二次波進行檢測，只能以環室上部平臺作為超聲波反射面;
c作為反射面，環室長度1限制了二次波的實際檢測范圍;
d噴嘴與焊縫連接處的臺階狀結構存在，導致部分二次波無法覆蓋到焊縫檢測區域;
e平臺L長度不夠，二次波檢測的探頭移動范圍1.25P(P=2KT)。以常用K2探頭計算，L=60mm<1.25P=94mm，無法保證特定K值探頭的掃查范圍覆蓋全焊縫;
f結構不連續處的各種工件輪廓雜波信號較多，給檢測帶來--定干擾。
 
2檢測相關參數測定
　　由于目前在役流量計大多未在正規渠道采購，圖紙不全，尺寸參數均不明確。在進行流量計焊縫超聲檢測前，對流量計結構進行測量、繪制，為之后的檢測做圖形建模準備，以判斷檢測是否可行。
　　與檢測相關的尺寸參數，如圖1所示:平臺長度L:60mm;焊縫寬度b:20mm;坡口根部間隙a:2mm;坡口根部高度h:2mm;檢測厚度T:19mm;焊縫厚度t:13mm;環室長度(單側)1:28mm，噴嘴寬度c:20mm;探頭前沿q(可取6.5/9)mm。
　　其中平臺長度L、焊縫寬度b可直接利用鋼直尺測量得出，坡口根部間隙a和根部高度h默認為2mm(參照常見V型坡口)，探頭前沿由所選探頭參數而定�，F著重介紹檢測厚度T、噴嘴寬度c、焊縫厚度t、環室長度(單側)1四個參數的測定方法。
2.1檢測厚度T和噴嘴寬度c測定
　　由于噴嘴與母材在垂直方向未完全融合(圖4箭頭指示位置)，可以利用K1斜探頭入射到端角產生發射的原理，根據端角反射的最大回波信號，所示深度即為環室距離工件表面的距離(即檢測厚度T)。同時測量探頭前部位置與焊縫中心的距離，減去最大回波信號處的水平距離，所得數值乘以2，即得噴嘴寬度c。
 
2.2焊縫厚度t測定
　　由于焊縫未與噴嘴融合在一-起，無法利用斜探頭測量焊縫厚度，所以必須磨平一小塊焊縫余高，磨平范圍約為直探頭大小，將直探頭置于磨平余高焊縫處，此處接收到的最大回波信號所示深度即為焊縫厚度t。同樣利用測厚儀也可測量出焊縫厚度。
2.3環室長度1測定
　　利用直探頭得到兩個回波信號(分別為環室反射信號、平底反射信號)，根據超聲波大平底面回波聲壓與距離的反比關系，△12=201gx2/x1,以DG1為例，計算出兩個回波差值△=5db，根據閘門移動或設置雙閘門，比較回波的db差值，來判斷直探頭發射點是否處在環室的邊緣。最后通過鋼直尺測量焊縫邊緣與探頭中心的水平距離，即得到環室長度1。
 
3.超聲檢測工藝制訂
3.1儀器探頭選擇
3.1.1儀器選擇
　　綜合考慮水平線性、垂直線性、靈敏度余量、信噪比、檢測功率、分辨力、便攜度等參數，選擇較優的數字式超聲檢測儀。
3.1.2探頭選擇
a尺寸參數測定時，選擇高頻小尺寸縱波直探頭進行測量;
b焊縫檢測時選擇橫波斜探頭進行掃查，由于檢測厚度T不大(--般在20~40mm)，通常選用5MHz探頭，以提高檢測靈敏度、分辨力和聲速指向性;
c在探頭晶片尺寸的選擇上，前沿值q由于焊縫余高的存在對于一次波掃查范圍的影響:平臺長度L對探頭移動范圍的限制:以及減少耦合損失的考慮，通常選用6X6或8X12的小晶片探頭，來確保斜探頭的掃查覆蓋度。
3.2典型缺陷檢出
　　通過解剖流量計進行目視檢查、表面磁粉檢測和金相分析等多種檢測手段，發現該類流量計的常見缺陷主要為根部未焊透、坡口未熔合及與.坡口方向近似平行的裂紋(見圖3所示)。
3.2.1未焊透掃查
　　根據端角反射原理，優先選用K1探頭檢測未焊透缺陷(需滿足條件:q+b/2≤t，才能確保掃查到根部)，以DG1為例，由于焊縫寬度和探頭前沿所限，K1探頭無法檢測到焊縫根部，則需選擇較大K值探頭進行根部掃查。
3.2.2坡口掃查
　　針對坡口未熔合和裂紋，優先選擇角度與坡口缺陷方向垂直的K值探頭進行坡口缺陷掃查，計算坡口角度:K=tanθ=(t-h)(b-a)/2,DG1參數計算得K=1.2，近似取K1探頭的二次波進行坡口掃查。
3.3掃查全覆蓋
在3.2確保典型缺陷較高檢出率的基礎上，確保掃查范圍覆蓋全焊縫。
a圖像模擬:將流量計尺寸參數準確輸入CAD圖像，選擇多種K值探頭，通過做圖方式將其掃查范圍直接顯示于圖中，就可判斷是否覆蓋(如圖6所示)。
 
b計算:通過三角函數，計算幾種K值與焊縫中心線的交點，來判斷何種探頭組合可以覆蓋。DG1經圖像模擬和計算均得出，需三個K值探頭(K1,K2,K3)來保證焊縫掃查全覆蓋。
4試驗驗證
　　以上檢測工藝已在實際檢測中應用，從DG1的檢測結果(見表1)來看，能有效發現II區II區缺陷。對比射線檢測(解體后檢測)和相控陣等檢測方法的結果，缺陷的契合度較高。
 
　　另外在實際檢測中發現，不同流量計的尺寸變化較大，如每次都需要進行CAD模擬或計算，工作量較大。為方便選擇和檢測，開發了流量計模擬分析軟件，通過設置流量計尺寸參數，直觀、快速、準確地篩選出滿足掃查要求的探頭K值組合，并輸出焊縫成形圖和所用K值的掃查范圍圖(見圖7)，圖示有10種方案可供選擇，大大提高了檢測效率。
 
5總結
　　本文著手解決了流量計結構帶來的檢測難點，制定的超聲檢測工藝經實際驗證，對于在制在役流量計的超聲檢測能起到一定指導作用，特別是在智能軟件投用后，效率和可操作性有進一步提高。
　　脈沖反射法超聲檢測受操作人員水平影響較大，缺陷定性較為困難，僅能二維掃查成像的局限性仍然存在，隨著新型超聲檢測技術的推廣和相關標準實施的支撐，對于節流式流量計超聲檢測這一課題，會有更多研究方向。

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