670T/H过热器母材探伤专用探头的制作

　　1 引言

　　在大唐长春第三热电厂670T/H 炉过热器焊口X 射线检验中，发现焊口附近的母材上有类似裂纹状缺陷影像。为保障锅炉的安全运行，厂部决定对该种规格过热器管段母材进行全面检验。由于边缘效应的影响，管端头近200mm 的部位，无法用涡流探伤方法检验，超声波探伤相对于X 射线探伤对裂纹的检出率高，成本低、时间短。但常规探头无法对该种规格的管段进行探伤，必须研制专用探头。

　　2 对比试块的制作

　　在该种管段的内外表面沿轴向各刻一个60°0.5mm 深的人工尖角槽，其长度大于或等于40mm，如图1 所示。

　　3 专用探头的研制

　　3.1 最佳折射角的选择

　　3.1.1 第Ⅰ临界角所对应的横波折射角的计算

　　为避免多峰反射，所以只能选择纯横波，为获得纯横波，入射角必须大于第Ⅰ临界角，为此，先求第Ⅰ临界角。在图2 中，超声波倾斜入射到界面上，若第2 介质纵波的波速CL2 大于第1 介质中纵波波速CLl，即CL2>CLl，则纵波折射角βL 大于纵波入射角α，即βL>α。随着入射角增大，βL 也增加，当α 增大到一定程度时，βL=90°，这时所对应的纵波入射角称为第Ⅰ临界角，用αL 表示。根据反射、折射定律得：sinα/CL1=sinβL/CL2 (1)

　　令βL=90°，得第Ⅰ临界角αL 为：αL=arcsinCL1/CL2 (2)

　　对于横波，根据反射、折射定律得：sinα/CL1 = sinβS/CS2 (3)

　　式中βs—横波折射角;CS2—第2 介质中的横波波速。

　　若求入射角为第Ⅰ临界角时的横波折射角，则应把式(2)代入式(3)得：1/ CL2 = sinβs/CS2

　　整理得：βs=arcsin(CS2/CL2) (4)

　　对于钢，CS2=3200m/s CL2=5900m/s故有βs = arcsin(3200/5900)= 32.85° (5)

　　3.1.2 声束与管内壁相切时折射角βr 的计算

　　为了使横波能够扫查到管子的整个截面，折射声速必须扫查到管子的内壁，为此，必须计算出允许的最大折射角βr 值，如图3 所示(r 为内半径，R为外半径)sinβr = r/R (6)

　　3.1.3 最佳折射角的选择

　　为了同时满足纯横波和扫查到管子内壁，探伤时所用的探头折射角数值必须在βs 与βr 之间，即：βs<β<βr (7)

　　一般取β=(βs+βr)/2 (8)

　　3.2 探头的研制

　　为使探头与管壁接触良好，减少杂波，提高分辨力和灵敏度，把延迟块磨成与管外壁曲率相近的形状，如图4 所示。探头的入射角应对应于式(8)或所确定的折射角，即符合折射定律。