| 高温紧固螺栓的超声相控阵检测技术 —— 严晓东 （华东电力试验研究院科技开发有限公司） 作为火力发电厂汽轮机的关键部件，高温紧固螺栓广泛应用于各类高温部件的连接。 高温螺栓在结合处产生压紧力和紧固力，其工作温度高（500～620℃）应力大，如产生裂纹而导致运行中断裂，则造成机组非计划停机，甚至人身伤亡事故，经济损失巨大。 
历来火电厂都将高温紧固螺栓作为重点监视部件，严格检测。要求尽早尽小的发现裂纹。 超声波检测是一种对裂纹类缺陷非常有效的无损检测手段，因其灵敏、快速，被广泛应用于高温螺栓的质量监控。 新问题的出现 常规的螺栓超声波检测以直探头、小角度纵波探头端部检测或横波杆部检测为主，通常可有效发现≥1mm槽深当量的裂纹。 但随着火电机组向超临界、高参数发展，越来越多特殊牌号、规格和形状的螺栓被应用于新型设备中，给螺栓检测带来不易克服的困难。 提高螺栓超声检测的精度和准确性，需进一步提高螺栓超声检测的灵敏度和信噪比。 检测灵敏度是检测出*小缺陷的能力，只有当缺陷反射信号被超声检测系统放大到可“视”的程度，缺陷才可能被发现，这与缺陷反射回波的大小密切相关。 相对于提高灵敏度，信噪比的增高则更为关键和困难，单纯提高灵敏度，对小裂纹的检出没有明显改善。 微小裂纹与其他结构波、变形波的有效区分和识别，需要更多的特征信息和数据进行比对及确认。 与传统超声检测技术相比，相控阵能够通过电子的方式改变超声波的焦点与角度，一个位置即可实现多个角度同时扫查，并且能够通过二维图像的方式将各个角度的回波信息同时显示出来。 超声相控阵具有声束可聚焦、角度可变、可进行多角度扇形扫描的特性，这正对应了提高螺栓检测灵敏度、信噪比和缺陷信号识别的需要。 直探头检测螺栓时，主声束角度为0°，到达螺纹部位的多数为副瓣声束。 超声相控阵在扫查范围内，每一个到达螺纹的波束均为聚焦主声束，声压高于直探头的副瓣，提高了灵敏度。 超声相控阵声束角度可变，能够覆盖-30～30°范围，对螺纹根部萌生的大多数裂纹都能实现垂直入射，显著提高了反射率，大大提升了信噪比。 超声相控阵运用多个法则，将多个角度的反射波通过扇形图像显示出来，螺纹信号稳定清晰、间隔均匀且无杂波。 
当螺纹中存在裂纹时： 均匀的螺纹信号将被破坏，间隔中出现异常信号裂纹与其相邻螺纹信号存在色差，幅度与裂纹深度正向相关。 超声相控阵扇扫图像，提供了整个检测范围内的二维图像。给缺陷波的识别提供了更多的信息，提高了缺陷识别的准确率和可靠性。 可显示不同深度上声束的反射信号和波高，结合探头的移动，还可显示某一个深度上不同角度的波形。 这样既能对比不同深度上裂纹的波形，也能够对比同一深度，多个角度的波形，这对特定部位小裂纹的识别，提供了现有其他方法无法给与的判别信息。大大提升了微小裂纹检测的可靠性和准确性。 
相控阵纵波检测螺栓本侧时，可以清晰看到螺栓各螺纹的信号，信号强度依次递减；当螺栓有缺陷时，相邻螺纹信号中间出现异常信号。 
总结： 超声相控阵检测螺栓技术，可有效提高微小裂纹的检出率，灵敏度高准确性好； 动态改变超声波入射角度，信噪比提升明显，裂纹可识别率大大提高，结果稳定可靠； 多角度连续扫查，覆盖范围大，提高了检测效率； 超声相控阵横波检测螺栓时，各类波形稳定、清晰，有助于裂纹波的识别，显著降低误判率； 检测结果可以同时以A扫描和扇形扫描显示，既给缺陷波的识别提供了更多的信息，又能够按现行的探伤标准进行质量评定，提高了缺陷识别的准确率和技术的适用性； 提高了粗晶材质螺栓检验的信噪比，但检测深度仍受衰减影响较大，需进一步改进探头及仪器。 超声相控阵作为螺栓检测方面的新技术， 在灵敏度、信噪比和缺陷的识别方面有较大进步，是螺栓检测的新技术和新方向，值得推广和应用。 | 