使用COBRA超聲相控陣解決方案替代射線成像方法檢測鍋爐管道的焊縫
用于在制造過程中檢測熱交換器排管的COBRA掃查器和OmniScan MX2探傷儀引言
對(duì)熱交換器的焊縫進(jìn)行檢測是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的工作，因?yàn)椴粌H要檢測的焊縫數(shù)量眾多，而且焊縫之間的距離還很近。 為了能夠接觸到焊縫，并獲得較高的檢測效率，我們需要使用一種專為這類檢測而優(yōu)化的工具。這個(gè)工具就是奧林巴斯的COBRA掃查器。這款掃查器可用于檢測外壁直徑范圍在0.84英寸到4.5英寸的管道。掃查器上可以最多安裝2個(gè)相控陣探頭，而且可以在狹小的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行檢測。這則應(yīng)用注釋介紹了一個(gè)由客戶分享的檢測實(shí)例：使用OmniScan探傷儀和COBRA解決方案，而不是射線成像方法，成功地完成了相控陣超聲檢測。
為什么要使用相控陣超聲檢測方法，而不是射線成像方法？
Dreifeld Materialprüftechnik GmbH是一家德國檢測公司，其任務(wù)是檢測制造工廠中的熱交換器排管。熱交換器排管由多個(gè)直管和彎管組成，在電力生產(chǎn)行業(yè)中用于進(jìn)行空氣到液體的熱量傳輸。
雖然射線成像檢測（RT）是制造商建議使用的主要無損檢測方法，但是Dreifeld公司得出結(jié)論：超聲檢測（UT）會(huì)成為一種更具優(yōu)勢(shì)的檢測方法。
得出這個(gè)結(jié)論有多種原因。首先，射線成像檢測所需要的檢測人員是超聲檢測的兩倍，而且射線成像檢測很難不對(duì)周圍環(huán)境構(gòu)成安全隱患，因此需要在晚上其他工作人員都下班之后進(jìn)行檢測。據(jù)估算，使用射線成像技術(shù)完成整個(gè)項(xiàng)目要比使用超聲檢測技術(shù)多花費(fèi)5倍的時(shí)間，而且由于夜班的工資費(fèi)率較高，因此會(huì)產(chǎn)生很高的人工成本。除此之外，還有因使用射線成像技術(shù)而產(chǎn)生的所有額外的費(fèi)用，其中包括購買膠片和成像化學(xué)制劑等耗材的費(fèi)用，以及處置鉛箔廢料的費(fèi)用。超聲技術(shù)優(yōu)于射線成像技術(shù)的另一個(gè)重要因素與檢出率有關(guān)。例如，針對(duì)一種需要檢測的關(guān)鍵性缺陷：側(cè)壁未熔合，使用射線成像技術(shù)的檢測效果就不是很好。
使用COBRA掃查器和相控陣（PA）技術(shù)的解決方案
熱交換器管道的外壁直徑為76毫米，壁厚為4.5毫米。為了校準(zhǔn)楔塊延遲、角度靈敏度和時(shí)間校正增益（TCG），專門設(shè)計(jì)和制造了一個(gè)試塊。
焊縫位于直管和彎頭的交界處，有一個(gè)30°V形坡口。由于COBRA掃查器不能用于檢測焊縫靠近彎頭的一側(cè)，因此需要將掃查器設(shè)置為單側(cè)配置。可以輕松完成COBRA掃查器的單側(cè)配置：拆下掃查器的一側(cè)，然后只使用掃查器帶有編碼器的一側(cè)完成檢測。在檢測中，還使用了一個(gè)手動(dòng)水泵，為楔塊提供耦合劑。
圖2：自行定制的校準(zhǔn)試塊
圖3：配置為單側(cè)檢測的COBRA掃查器Dreifeld公司使用的是一臺(tái)OmniScan MX2 16:128相控陣超聲檢測（PAUT）探傷儀，為了進(jìn)行檢測，他們?cè)趦x器中創(chuàng)建了兩個(gè)不同的組。第一組為橫波扇形掃查設(shè)置，用于在50°到72°的范圍內(nèi)以0.5°的角度分辨率進(jìn)行掃查。第二組為縱波零度聚焦法則，用于核查耦合劑的情況。掃查分辨率被設(shè)定為1毫米，使用含有16個(gè)晶片的孔徑生成聲束。
8天內(nèi)一共檢測了1604個(gè)焊縫，每天最多檢測320個(gè)焊縫。只需要一名檢測人員和一套檢測設(shè)備就完成了整個(gè)檢測過程。每天一個(gè)正常輪班的工作內(nèi)容包括8小時(shí)的掃查和2小時(shí)的數(shù)據(jù)分析。
自動(dòng)數(shù)據(jù)處理軟件有助于加快分析過程
數(shù)據(jù)文件通過由VeriPhase提供的Automatic Detection Technology（ADT，自動(dòng)探測技術(shù)）軟件進(jìn)行自動(dòng)處理和分析。自動(dòng)探測技術(shù)軟件的主要優(yōu)勢(shì)是可以加載多個(gè)文件（本實(shí)例中，可以加載100個(gè)到300個(gè)文件），而且軟件會(huì)生成一份Excel報(bào)告，報(bào)告中會(huì)顯示所有缺陷指示的預(yù)覽。自動(dòng)探測技術(shù)（ADT）軟件生成的報(bào)告還會(huì)標(biāo)出與數(shù)據(jù)質(zhì)量相關(guān)的問題，以確保檢測符合所適用的規(guī)范。軟件會(huì)直接在OmniScan數(shù)據(jù)文件中制作一個(gè)缺陷報(bào)表，以在OmniPC數(shù)據(jù)分析軟件中顯示最終確定的缺陷位置。報(bào)告中還包含所有相關(guān)的缺陷定位和定量信息。點(diǎn)擊某個(gè)缺陷指示，可以輕松地觀察到這個(gè)缺陷在焊縫中的位置。視圖中必要的變化會(huì)自動(dòng)完成，而且針對(duì)每個(gè)缺陷的參考光標(biāo)和測量光標(biāo)都被定位在適當(dāng)?shù)母叨群烷L度位置上。在生成最終報(bào)告之前，可以方便地編輯或刪除缺陷指示。
圖4：無缺陷焊縫的多組A-C-S視圖，屏幕底部顯示有耦合核查組
圖5：焊縫的A-C-R-S視圖，側(cè)壁未熔合出現(xiàn)在第二段聲程中（靠近探頭的側(cè)壁）
圖6：焊縫的A-C-R-S視圖，側(cè)壁未熔合出現(xiàn)在第三段聲程中（遠(yuǎn)端側(cè)壁） 如果焊冠的形狀足夠規(guī)整而可以在無過多衍射的情況下反射聲束，則可以探測到遠(yuǎn)端側(cè)壁融合的缺陷。本檢測實(shí)例就是這種情況。由于焊冠高度而使聲波傳播了更多的行程，會(huì)使視圖中的缺陷沒有正好出現(xiàn)在焊縫坡口上，而是出現(xiàn)在稍微遠(yuǎn)離坡口的位置，但是圖中可以非常清晰地觀察到這個(gè)缺陷指示。
結(jié)束語
奧林巴斯的相控陣超聲檢測（PAUT）解決方案包括COBRA掃查器、OmniScan MX2探傷儀和來自VeriPhase的自動(dòng)探測技術(shù)（ADT）軟件，可在8天之內(nèi)完全檢測和分析1604個(gè)熱交換器管道焊縫。檢測過程中，只需一名檢測人員操控設(shè)備并進(jìn)行分析。 使用相控陣解決方案替代射線成像方法，有助于防止漏檢側(cè)壁未熔合等缺陷，而且可以避免射線成像檢測所造成的與輻射安全相關(guān)的后續(xù)處理工作。據(jù)估算，使用超聲相控陣解決方案完成項(xiàng)目所用的時(shí)間比使用射線成像方法少5倍，而且還節(jié)省了很多成本。