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
對熱交換器的焊縫進行檢測是一項極具挑戰(zhàn)性的工作，因為不僅要檢測的焊縫數(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個相控陣探頭，而且可以在狹小的區(qū)域內(nèi)進行檢測。這則應(yīng)用注釋介紹了一個由客戶分享的檢測實例：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直管和彎管組成，在電力生產(chǎn)行業(yè)中用于進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）會成為一種更具優(yōu)勢的檢測方法。
得出這個結(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行檢測。據(jù)估算，使用射線成像技術(shù)完成整個項目要比使用超聲檢測技術(shù)多花費5倍的時間，而且由于夜班的工資費率較高，因此會產(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)生的所有額外的費用，其中包括購買膠片和成像化學制劑等耗材的費用，以及處置鉛箔廢料的費用。超聲技術(shù)優(yōu)于射線成像技術(shù)的另一個重要因素與檢出率有關(guān)。例如，針對一種需要檢測的關(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。為了校準楔塊延遲、角度靈敏度和時間校正增益（TCG），專門設(shè)計和制造了一個試塊。
焊縫位于直管和彎頭的交界處，有一個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?？梢暂p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，還使用了一個手動水泵，為楔塊提供耦合劑。
圖2：自行定制的校準試塊
圖3：配置為單側(cè)檢測的COBRA掃查器Dreifeld公司使用的是一臺OmniScan MX2 16:128相控陣超聲檢測（PAUT）探傷儀，為了進行檢測，他們在儀器中創(chuàng)建了兩個不同的組。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個晶片的孔徑生成聲束。
8天內(nèi)一共檢測了1604個焊縫，每天最多檢測320個焊縫。只需要一名檢測人員和一套檢測設(shè)備就完成了整個檢測過程。每天一個正常輪班的工作內(nèi)容包括8小時的掃查和2小時的數(shù)據(jù)分析。
自動數(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，自動探測技術(shù)）軟件進行自動處理和分析。自動探測技術(shù)軟件的主要優(yōu)勢是可以加載多個文件（本實例中，可以加載100個到300個文件），而且軟件會生成一份Excel報告，報告中會顯示所有缺陷指示的預(yù)覽。自動探測技術(shù)（ADT）軟件生成的報告還會標出與數(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。軟件會直接在OmniScan數(shù)據(jù)文件中制作一個缺陷報表，以在OmniPC數(shù)據(jù)分析軟件中顯示最終確定的缺陷位置。報告中還包含所有相關(guān)的缺陷定位和定量信息。點擊某個缺陷指示，可以輕松地觀察到這個缺陷在焊縫中的位置。視圖中必要的變化會自動完成，而且針對每個缺陷的參考光標和測量光標都被定位在適當?shù)母叨群烷L度位置上。在生成最終報告之前，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，則可以探測到遠端側(cè)壁融合的缺陷。本檢測實例就是這種情況。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)在稍微遠離坡口的位置，但是圖中可以非常清晰地觀察到這個缺陷指示。
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的自動探測技術(shù)（ADT）軟件，可在8天之內(nèi)完全檢測和分析1604個熱交換器管道焊縫。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目所用的時間比使用射線成像方法少5倍，而且還節(jié)省了很多成本。