电站设备无损检测相控阵超声新技术应用

电站设备无损检测相控阵超声新技术应用

罗春峡

国家电投集团青海黄河电力技术有限责任公司

摘要：本文以相控阵超声新技术为研究背景，对该技术在电站设备检测中的要点进行探讨。首先阐述超声相控阵检测无损检测技术的内涵及特点，然后探讨电站设备无损检测相控阵超声新技术的要点，以通过论述后可给相关工作人员提供一些参考。

关键词：电站设备；相控阵；超声检测；新技术应用

引言

相控阵超检测技术具备穿透能力强、检测结果精确、易于实现等特点，将其应用到电站设备检测中可以大大提升工作效率。因此，分析相控阵超声检测技术的应用要点，掌握技术的应用措施非常有意义。

1.超声相控阵检测技术

超声相控阵检测技术是现代科学技术发展之下的产物，其以惠更斯原理作为基础研发而应用的，将多个晶片组合后形成探头开展检测工作。在具体的应用中，要结合相应规则和标准，应用时序激活探头中的一组或者全部晶片，而相控仪器的检测能力对于最终的工作效果产生直接的影响。激活晶片后，在内部会形成超声波，这就是次波。系统内各个晶片出现的次波会有相互影响，所以会导致新波阵面的形成，还会存在相互传播作用，从而形成符合人们使用需要的超声波束检测元件。

2.无损检测技术

无损检测就是以不损坏元件作为目标，应用物理特性将被检测对象的内外缺陷的位置、形状、大小、扩展趋势等全面的了解，利用现代化检测技术进行应用。在传统的技术应用中，无损检测技术属于宏观不连续的技术，只能对应用了一定时间的结构部件开展检测工作。而经过大量的实际经验总结可以发现，应用无损检测技术在材料生产、应用的各个环节都可以发挥出非常好的效果，所以被逐步的推广和使用，产生非常好的效果。就目前现状而言，随着我国技术不断发展无损检测技术类型有很多中，例如超声检测技术、X射线检测技术与磁粉检测等诸多技术。

3.超声相控阵无损检测技术特点

和传统的无损检测技术比较，相控阵超声检测技术的本位原理是相位控制，其包含了发射端与结收端两个位置。对于发射端而言主要是把电子技术在阵元的发射相位，通过对超声强度进行调节能够让声束得到有效的聚焦于偏转。结合相应的焦点位置以及聚焦方向可以完成实现动态自动化的调整，也就是把各个阵元内发生的信号进行必要的相位调整，从而使得阵元中达到焦点的情况下，声束相位是一致的，达到相控聚焦的效果。分析接收方面，回波能够达到各个阵元发生的时间差，且相控阵会根据这个时间差做出延时补偿处理。根据需要把声束合成，在规定部位上实现回波信号重叠，从而实现信号增强反应。对于其他方向的回波信号容易被减弱或者取消，这就需要对各个阵元进行相位与幅度的控制，从而可以进行实现相控阵聚焦控制，其主要的特性就是最大限度内控制角度，并且完成动态变焦控制，才能满足运行的要求。

4.相控阵技术在电站设备检测中的典型应用

电站设备种类较多，有很多设备的壁厚大、结构内部复杂性高，比如汽包、厚壁机箱、管道焊缝、轮槽等，还有很多小管径的对接焊缝存在，如果使用传统的超声检测方式并不能准确发现其焊缝的质量问题，甚至都根本无法进行检测，尤其是管座角焊缝、小径管焊缝等，是目前电站设备内所无法进行检测的，也是当前的超声检测技术的缺陷，无法满足正常的运行标准，必须结合实际情况做出改进和调整，以达到正常使用的标准。

4.1小径管焊缝检测

对于小径管焊缝质量检测中，有下述问题：①施工工期不断缩短，检测周期也会缩短，不具备足够时间完成射线检测；②小径管壁厚小、曲率大，如果使用传统的超声检测技术，容易出现畸变的问题，缺陷识别难度高，检测灵敏度差，并且不能准确的记录数据信息，检测环节受到操作人员的干扰和影响比较大，还会导致重复性较高；③超临界与超超临界的设备中，小径厚壁大曲率管的数量较多，当前所使用的射线检测的方法无法快速确定其检测的范围，从而导致了机组的运行安全无法满足要求，也会给部分的电站产生较大的影响，甚至还会导致巨大的经济损失。相控阵无损检测技术的应用，设备可以控制声束性能，在小径管焊接质量检测中，有着非常明显的优势，即数据精度高、信噪比高、定位精度好，所以实际应用的价值较高，完全满足焊缝质量检测要求。在检测时，将设备的探头直接放置在扫查架上，采取扇形扫查的方法完成各个部位的焊缝质量检测。检测厚度参数时，获取多角度的影像，快速识别信号数据。

4.2管座角焊缝检测

管座角焊缝在进行检测中，主要是受到曲率、壁厚、马鞍状焊缝形式存在的干扰和影响，还有单侧扫查方面存在的不足，容易有如下缺陷：①无法快速、准确的识别信号信息；②无法技术完成定位；③扫查范围受到限制，难以完成焊缝100%检测。由于这些问题无法避免，所以导致管座角焊缝超声检测不能有效进行，数据精确性较差，尤其是集箱管座、疏水管座等长期受热影响的部分，焊缝容易存在缺陷、设计不当或者膨胀不畅等影响，导致其内部存在裂纹的问题。因此，在检修环节，必须有针对性的应用相控阵检测技术进行管座检测，以提高检测标准和要求。

管座相控阵检测总，需要在现场设置扫查架，如果是小径管座检测中，必须选择应用曲面线阵探头进行。检测实施环节，探头保持固定即可，完成一周的扫描，检测效果非常好。检测后，各项数据信息直接记录到系统内，数据实现多角度成像，显像非常的直观，信号的辨别也比较方便。同时，相控阵检测中，还可以实现声束的控制，对于缺陷的长度、高度进行准确的测量，快速掌握存在的质量问题。

5相控阵检测的前景

超声相控阵技术运用各个换能器实现阵元部分的控制，进而能够获得精度较高的合成波束，其特点是成像速度快，尤其是针对复杂性物体检测效果良好，具备较高的分辨率，信噪比也符合技术标准。由于超声信号中有多个超声束构成，根据运用的要求进行聚焦、偏转处理，达到检测精度的要求。超声相控阵检测技术的效率高、朱期内性好，尤其是对于复杂工件，是传统超声检测技术所不具备的优势，尤其是工业无损检测领域，应用非常广泛。随着发电机组日益发展，机组参数不断的扩大，对设备的要求也在提高，以前小容量机组很多都是不进行检验的，而超临界以上的设备来说，必须加强检验检测工作，以提升其运行的效果和质量。在电站设备检测中，很多条件下都会选择应用超声检测、射线检测，而传统检测技术已经无法满足现代社会的发展，不仅是工期方面的不足，更加体现的是检测能力不足，尤其是薄壁与结构复杂的部件，难以完成准确的检测。因此，超声相控阵检测环节，工作人员可以实现声束的全面控制，只需要使用一个探头可以完成各项操作，快速形成多角度影像，获得准确的检测数据，所以应用范围较大，未来会有更加广阔的使用空间，总体利用效果良好。

6 结语

总之， 对于电站设备而言，由于其工作环境较为特殊，承受的压力较大，因此设备自生性能好坏直接影响系统的稳定性运行。所以在电站设备检测时通过采用相控阵技术实施无损检测，能够明确设备存在的故障，可以给后续维修工作开展奠定基础。因此，在相控阵技术应用环节需要掌握技术要点，做好相关数据的收集与分析，如此才能提升检测技术的应水平。

参考文献：

[1]程灏. 金属中光声相控阵技术研究[D].电子科技大学,2021.

[2]滕德金,王东方,滕德巧.基于超声相控阵检测技术的连杆检测方法研究[J].机械制造与自动化,2018,47(06):198-202+211.

[3]周正干,孙广开,李洋.先进无损检测技术在复合材料缺陷检测中的应用[J].航空制造技术,2016(04):30-35.

[4]简添福,郭志贤,林东文.基于相控阵超声检测技术的钢构件角焊缝检测[J].化工装备技术,2021,42(03):38-40.

[5]唐飞阳亮,魏培生,陈春锋.相控阵超声技术在轴类键槽磨损修复中的应用[J].无损检测,2020,42(03):77-80.