1引言

水-水换热器做为过热注汽锅炉水处理部分重要的枢纽部件，其结构特殊，分为内套管、外套管，外套管又属异径接头。水-水换热器结构形式见图1。对于外套管焊口，由于结构特殊，对其进行无损检测成为一项技术难题。依照TSG G0001-2012《锅炉安全技术监察规程》规定：”外径大于159mm或者壁厚大于或者等于20mm的集箱、管道和其他管件的环向对接接头，100%射线或者100%超声检测”。生产过程中，由于穿管工序，水-水换热器外套管其中三道焊口无法进行射线透照，即透照出的影像，内套焊缝与外套焊缝重合无法对缺陷进行分辨。故水-水换热器外套管亦采用超声波检测实现质量控制，但是众所周知，超声波检测对接焊缝多应用于检测面与焊缝为同一水平线位置，如果，检测面为带有一定角度的坡面，那么仪器所接收到的检测数据，并非检测者所需要的实际定位数据，水水换热器外套管焊口的结构就属于这种情况，那么就要求对定位数据进行修正，对于修正的方法，通过理论计算和对理论计算的验证，提出如下文修正方法，并对修正方法的现场使用提出合理化建议。

图1. 水水换热器结构示意图

2水-水换热器外套管焊口定位修正方法

2.1 一次波检测理论计算修正

进行理论计算前，有必要对水-水换热器外套管焊口（以下为便于叙述，简称为外套管）的工艺参数和结构形式进行了解。外套管为22mm厚板与22mm过度到14mm的削薄板对接，材质：20G，一侧为直管段，另一侧为弯头，故只能采用单面单侧检测。参考图2，外套管检测面为与水平线成8.97 º的斜面，且外套管的焊缝边沿有一个2.3mm的直边段，导致探头移动到该位置则无法前移，无形中加大探头实际前沿，降低了一次波的覆盖面积。外套管的外表面和内表面与水平线的夹角相差2.7º，并非同一平行面，那么导致二次波无法实现定位修正。

图2. 水水换热器外套管结构示意图

下面对一次波修正方法做以介绍，如图3所示，利用1:1等比例图，模拟将探头置于检测面，利用一次波检测焊缝中某一深度的缺陷，并对焊缝中缺陷定位进行修正。已知使用探头折射角度β（实测），检测面与水平线夹角α，反射体的声程S（按仪器实际显示），探头的前沿X0 （实测），以及通过测量得到探头前沿距直边段的距离X，已知如上参数，可对其定位进行推到，推到如下：

如图3，虚线是方便推导画的参考线，

推导：

α+∠ABC=90°；∠DCB+∠ABC=90°；∴α=∠DCB  

∵∠DCB与∠ECF为同位角，故α=∠ECF；

由于探头位于下斜面检测，K值应变大，变大折射角即为∠ECF；

绝对高度H0= S×cos(β+∠ECF);

相对高度H=(X+X0)×sinα+H0 ；

绝对水平与相对水平计算推导依照绝对高度，与相对高度推到方法，通过上述推导可得到如下公式：

H0=S×cos(β+α)；

L0=S×sin(β+α)；

H=(X+X0)×sinα+H0 ；

L= L0 -(X+ X0)×cosα；

经计算即可得出缺陷在焊缝中的相对深度H，缺陷相对水平L。实际测量时，H应以焊缝水平线向下测量，L应以直段边沿向焊缝方向测量。

图3. 水水换热器外套管检测示意图

2.2 理论与实验数据对比

为验证此理论计算公式，计算结果对实际工作具有：有效性和可靠性，现在实验室做对比实验来验证。

2.2.1实验准备

1、对比试件，对比试块选用材质和结构与外套管焊口一致，根据需要，现设计1#试件加工两个Φ1.5×30mm横通孔，要求深度分别为8mm和18mm, 2#试件加工两个60º尖角槽，要求槽深为1.5mm，槽长30mm，如图4所示，

图4. 对比试件示意图

2、设备：USM86数字可记录式超声波

3、探头的选择，探头选用5P6×6 K2,K2.5，K3 三种不同角度的探头。

4、对比试块：采用的SGB试块

5、基准灵敏度：Φ2×20mm横通孔。

2.2.2实验结果数据与理论计算数据对比

在实验过程中，分别采用不同角度的斜探头，对两个试件分别检测，并对检测到的缺陷声程进行记录（S）用尺子测量探头前沿距直边段的距离（X），通过对两个变量的确定，使用理论推导公式计算出理论的深度和水平定位数据，用这些数据与用尺子对试件中缺陷进行深度水平测量数据进行比较。比较结果如表1所述：

表1. 对比试验结果

结合上表，对理论计算结果进行对比分析，可以发现，通过理论计算和实际测量，存在一定的误差，引起误差的主要原因有：试块开孔加工误差、人工测量误差、最高波位置确定误差，综上都是引起误差的原因，综合考虑，此误差在接受范围，理论计算结果可以应用于实际检测中。

2.3现场使用

现场使用时存在问题，对于反射体回波位置，无法进行现场判断，因为此公式计算复杂，现在计算需要利用大量时间，故设计如表2修正表格，在现场使用时，可两个人操作，其中一人主操，另一人可将表格传入智能手机中，利用手机对其手操回波数据进行修正，两人配合完成检测。表格的使用：K值实测、前沿X0、声程S、距直段X，需要手工输入，定位数据自动生成。检测过程，只需将表格存入智能手机，两人配合即可完成检测，利用此方法现场对缺陷定位修正，方便、快捷，为我公司实际检测，提高效率、节约时间。

表2. 定位修正表格

2.4 二次波修正的探讨

超声波利用二次波检测要求，检测面与底面应平行，才能保证回波数据准确、可用，而水-水换热器外套管焊口的结构，其检测面为与水平面8.97°夹角，底面为与水平面6.21°夹角，两者并非一平行面，那么导致，随着探头的移动，每次直射底面的声程都在变化，检测回波声程始终处于变化状态，无法对缺陷进行准确定位。这种情况，可以采用短前沿大K值探头，尽量加大一次波扫查范围，同时考虑采用其他检测手段进行补充检测。