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引言：对当前超临界机组无损检测面临的困难进行总结，在此基础上提出目前正在推广应用的新型技术。通过这些新型技术的原理和特点介绍，探讨在未来超临界机组的无损检测发展方向和趋势。
前言
目前中国的电力建设正处在一个变革之时，为了节约能源，提高经济效益，锅炉选型大多为超临界机组。超临界机组是指主蒸汽压力大于水的临界压力22.12MPa的机组，超临界机组具有煤耗低、环保性能好和热效率高等特点。而无损检测作为焊接和安装质量的一个重要保证，在超临界机组施工过程中成为质量控制不可缺少的重要手段。
一、超临界机组的无损检测现状
近几年国内多台超临界机组成功投运，虽然取得了一定的焊接施工和无损检测经验，但是在施工过程中也暴露出了一些问题，亟待解决。
1.1检测工作量大。以我司承建的华电宜宾珙县2×600MW超临界机组为例，该锅炉具有结构复杂，合金成分高，管小壁厚，管排间距小，大管径厚壁管多等特点。根据标准，超临界机组锅炉的Ⅰ类焊接接头需要进行100%无损检测，且其中不少于50%的射线检测[1]。
1.2受天气影响较大。超临界机组的建设地点，对焊接的无损检测也有重要的影响作用，主要体现在建设地点天气的影响。在华电宜宾珙县项目的焊接检验过程中，连续一个月在夜间连续或间断下雨。在该工程中为了保证小管管排的检测质量，采用了X射线探伤。X探伤机对天气尤为敏感，恶劣的天气情况对检测的速率和检测质量都造成了很大的影响。
1.3工期对检测的影响。由于业主对工期的要求提前，每天的无损检测工作量也相对较大。同时为了保证工期按时完成，部分夜间时段也安排了加班工作。这样造成了检测时间的严重缩水，对检测工作的开展也造成了相当大的困难。
1.4辐射危害性大。由于在施工中出现工期要求紧，部分工作面提供给检测的时间有限，需要在一个工作面同时布置好几个探伤组进行射线检测。由于防护距离有限，造成探伤人员在一段时间内辐射剂量相对较大。
1.5检测工艺影响。针对大管的检测工作，一般安排在热处理以后，以避免再热裂纹和延迟裂纹的产生。但是如果是焊接过程中产生了缺陷，就会造成返修后又要重新热处理和检测，这样使得管材的晶粒粗大，硬度降低，机械性能降低。对于厚度不小于70mm的管子在焊到20mm左右时做100%的射线检验，焊接完成后做100%超声波检验[1]。
1.6检测手段单一。现阶段在超临界机组无损检测中，除常规的五大检测手段外，很少有其他的检测手段可供选择。主要是因为五大常规检测手段技术上已经比较成熟，成本相对低廉。而其他的新型检测手段，前期成本投入较大，在电力建设行业上应用推广和实践时间较短。
二、无损检测新技术和发展趋势
无损检测是指对材料或结构实施一种不损或不影响其未来使用性能或用途的检查和测量方法。无损检测具有不破坏检验物品，可监督和改进焊接成型工艺，减少返工，降低成本等优点。在超临界机组中，使用较多的是五大常规检测手段。五大常规检测手段各有优缺点，例如射线检测具有检测结果直观、缺陷定量准确、体积型缺陷检出率高等优点；但是射线检测不适合于比较厚的工件，也不适用于结构复杂的工件；从检测到拿到检测结果周期较长，检测危害性大的缺点。随着超临界机组施工技术的不断完善，为了保证工程周期的同时也确保工程的质量，对发展相对滞后的无损检测工作也提出了新的要求。目前各种新型的检测技术也出不穷，例如声发射检测技术、激光全息检测技术、红外线检测技术已被逐渐应用到石油、化工、航天航空当中，取得了较好的检测效果。下面就几种在国外已经被广泛应用在超临界机组中的检测方法进行简单减少。
2.1X射线数字成像技术
目前常用的射线检测主要是借助胶片来对焊缝进行质量评价，成本高，污染大、时效慢，危害大。随着计算机技术的广泛应用，一种新的X射线数字成像技术应运而生。X射线穿过检测物体后被图像增强器所接收，图像增强器通过光电转换将不可见的X射线转换为可视图像。可视图像通过光学镜头和电视摄像机所接收，通过模数转换为计算机可以识别的数字图像。最后通过与计算机相连的显示器进行透视图像的呈现，也可以通过计算机进行图像的储存、打印、分析等功能。整个系统操作跟常规的X射线探伤差别不大，可适用各种透照方式，包括双壁双影、双壁单影、单壁单影等透照方式。
曾祥照通过对比试验说明常规X射线检测拍摄一张底片连暗室处理至少30分钟，而X射线数字成像技术检测一次所需时间仅仅只有几秒钟的时间。而从成本上分析，X射线数字成像技术的检测成本也仅是胶片照相成本的2%左右[2]。同时X射线数字成像技术具有透照图像清晰，无底片伪缺陷，没有胶片成本，便于实时观察、易于储存等特点，提高了检测效率和检测精度。在国外Changhee Lee等人将X射线数字成像技术应用到电厂的焊接检验中，避免了以胶片为基础的X射线检测所要求的复杂工艺流程、高成本和不环保的废液处理等问题[3]。X射线数字成像技术可以实时检测减少了检验周期，提高了检验效率，可以解决在超临界机组无损检测中工作量大，检验受天气和工期影响因素，辐射危害等问题。S.M. Walker 等人通过X射线数字成像技术和常规X射线检测技术对电厂中容易出现裂纹的部件进行分析发现，X射线成像技术对电厂由于疲劳腐蚀造成的裂纹有明显效果，并且该技术可以准确分析出裂纹的深度，是一种精确和有效的电厂无损检测手段[4]。
2.2超声波相控阵技术和时差衍射法技术
目前常规的超声波检测由于检测时间长且无法对检测结果进行直观显示，对操作者经验有较高的要求。同时检测结果的判定受人为影响因素较多，也因此常规的超声波检测无法广泛应用到超临界机组的检测中去。为了克服这些缺陷，人们发展出了超声波相控阵技术和时差衍射法技术。三种检测技术的检测原理一致，都是利用声波来对被检工件进行检测的方法。常规超声波检测是通过人为的方式控制超声波入射角度，使缺陷反射回波反应在显示屏上，显示方式主要是A型扫描。超声波相控阵技术是通过电子的方式控制超声波入射角度，使超声波以扇形面的形式入射到被捡测工件中，显示方式有A型扫描、B型扫描、C型扫描、D型扫描、S型扫描等[5]。时差衍射法技术是利用声波的衍射原理，通过一发一收的双探头结构，对被检工件上下表面以及缺陷两端的衍射信号进行显示的检测方法。主要的显示方式是B型扫描。 超声波相控阵技术不光能按常规超声波检测方式的A型扫描反应缺陷情况，同时能通过其他的扫描方式形象显示缺陷信息，使得检测图像可视化，极大提高了缺陷的检测效率。时差衍射法技术通过B型扫描的方式形象显示缺陷信息，具有直观效果。总的来说超声波相控阵技术和时差衍射法具有速度快、效率高、适应性强、再现性好等优点。同时两种方法都可以实现机械化或半机械化，减少了人的影响因素，提高检测的精度。目前在国内长输管线的焊缝检测中，已经使用到自动化的超声波相控阵技术和时差衍射法技术，取得了良好的经济效益。由于超临界机组的运行温度和压力远远高于一般机组，以致在超临界机组中的大管径厚壁管的数量比例增加。使用的常规超声波探伤方法对这些厚壁管进行检测需要更换探头，增加了检测时间。Ditchburn等人通过对比发现相控阵超声波比传统超声波具有更高的灵敏度和检测效率，同时具有检测图像，增加了检测的直观性[6]。相控阵超声波技术减少了检测时间和降低了对操作者能力的要求，能实现半自动化和自动化。同时相控阵超声波检测技术能够针对超临界机组中部分由于设计原因造成探头移动区域过小无法使用常规超声波检测的情况，使用相控阵超声波技术就能很快解决这些问题。E. Jasiūnien?等人通过研究发现由于喷嘴和插接件厚度不一，且探头移动区域有限，采用常规超声波而无法检测；如果采用相控阵超声波技术对喷嘴内部和插接焊缝进行检测，在无需移动探头的情况下可以取得较好检测效果[7]。
2.3电磁超声技术
传统的超声波检测技术是利用压电效应激发出超声波对工件进行无损检测的一种方法，在检测过程中需要对检测工件表面进行打磨，检测过程中在探头与检测工件之间要施加耦合剂。这些耦合剂不光加快了材料的腐蚀，同时不断的打磨也增加了检测工作量。电磁超声技术主要依靠磁致伸缩原理在被检测物体中激发出超声波而对物体进行检测的一种无损检测新技术，可以克服以上的不足。电磁超声波除不需要打磨和耦合剂外，还可以不接触到工件表面的情况下对工件进行检测。目前国内已经发布了GB/T20935-2009《金属材料电磁超声检验方法》这一国标，同时电磁超声波设备的动态灵敏度可达到Φ2mm的平底孔当量，在超临界机组的检测中也逐渐被重视起来。但是电磁超声波检测技术在检测工件中有一个检测盲区，需要借助其他检测方法进行补充。在锅炉施工过程中，由于部分水冷壁管排在焊接后焊口位置距地面较高，检测安全危险系数大，采用其他检测方法难以对焊口进行准确检验。Badodkar等人通过采用半自动的电磁超声波检测技术对锅炉水冷壁管进行检测，检测效率高，并且可以对弯头处焊缝进行检测，检测灵敏度较高[8]。
三、总结
超临界机组无损检测的常规方法无疑在目前及将来都是主要的检测手段。然而，从安全性、环保性看，超临界机组无损检测必然向自动化、图像化、绿色化发展。随着火力发电厂超临界机组的不断施工，无损检测在确保设备安全经济高效运行方面将起着越来越重要的作用。面对新的电力施工组织改革，除了开展常规的无损检测工作之外，还应积极研究、开发和推广无损检测新技术，朝着提高超临界机组无损检测的准确性和检测效率努力。
参考文献
[1]DL/T869-2004.钢制承压管道对接焊接接头射线检验技术规程[S]，2004.03.09.
[2]曾祥照.无损检测新技术-X射线数字成像研究与应用[J].压力容器，1997（6）：38-46.
[3]Changhee Lee，Jong-Bong Lee，Dong-Hwan Park等.The Study of Field Application of Digital Radiography Testing for Power Plant Weldments[J].Materials Science Forum，580-582（2008）：105-108.
[4]S.M.Walker.Development of a Digital Radiographic System for Power Plant Components[C].6th International Conference on NDE in Relation to Structural Integrity for Nuclear and Pressurized Components.October 2007，Budapest，Hungary.
[5]李衍.相控阵超声检测国际动态[J]. 无损检测，2009，31（1）：56-60.
[6]R.J.Ditchburn and M.E.Ibrahim.Ultrasonic Phased Arrays for the Inspection of Thick-Section Welds[R].Maritime Platforms Division Defense Science and Technology Organisation.DSTO-TN-0911.2009.09.
[7]E.Jasiūnien?，L.Ma?eika，O.Tum?ys.Investigations of the inspection possibilities of the inner surface of the nozzle using ultrasonic phased array[J].ULTRAGARSAS （ULTRASOUND），Vol.65，No.3，2010.
[8]D.N.Badodkar，N.K.Singh，N.S.Dalal等.EMAT Integrated with Vertical Climbing Robot for Boiler Tube Inspection[J].NDE 2009，December 10-12，2009.
（作者单位：中国电建集团四川电力建设三公司）
作者简介
唐体春（1981.08-），硕士，工程师，主要从事电厂无损检测研究。现工作于四川电力建设三公司。
前言
目前中国的电力建设正处在一个变革之时，为了节约能源，提高经济效益，锅炉选型大多为超临界机组。超临界机组是指主蒸汽压力大于水的临界压力22.12MPa的机组，超临界机组具有煤耗低、环保性能好和热效率高等特点。而无损检测作为焊接和安装质量的一个重要保证，在超临界机组施工过程中成为质量控制不可缺少的重要手段。
一、超临界机组的无损检测现状
近几年国内多台超临界机组成功投运，虽然取得了一定的焊接施工和无损检测经验，但是在施工过程中也暴露出了一些问题，亟待解决。
1.1检测工作量大。以我司承建的华电宜宾珙县2×600MW超临界机组为例，该锅炉具有结构复杂，合金成分高，管小壁厚，管排间距小，大管径厚壁管多等特点。根据标准，超临界机组锅炉的Ⅰ类焊接接头需要进行100%无损检测，且其中不少于50%的射线检测[1]。
1.2受天气影响较大。超临界机组的建设地点，对焊接的无损检测也有重要的影响作用，主要体现在建设地点天气的影响。在华电宜宾珙县项目的焊接检验过程中，连续一个月在夜间连续或间断下雨。在该工程中为了保证小管管排的检测质量，采用了X射线探伤。X探伤机对天气尤为敏感，恶劣的天气情况对检测的速率和检测质量都造成了很大的影响。
1.3工期对检测的影响。由于业主对工期的要求提前，每天的无损检测工作量也相对较大。同时为了保证工期按时完成，部分夜间时段也安排了加班工作。这样造成了检测时间的严重缩水，对检测工作的开展也造成了相当大的困难。
1.4辐射危害性大。由于在施工中出现工期要求紧，部分工作面提供给检测的时间有限，需要在一个工作面同时布置好几个探伤组进行射线检测。由于防护距离有限，造成探伤人员在一段时间内辐射剂量相对较大。
1.5检测工艺影响。针对大管的检测工作，一般安排在热处理以后，以避免再热裂纹和延迟裂纹的产生。但是如果是焊接过程中产生了缺陷，就会造成返修后又要重新热处理和检测，这样使得管材的晶粒粗大，硬度降低，机械性能降低。对于厚度不小于70mm的管子在焊到20mm左右时做100%的射线检验，焊接完成后做100%超声波检验[1]。
1.6检测手段单一。现阶段在超临界机组无损检测中，除常规的五大检测手段外，很少有其他的检测手段可供选择。主要是因为五大常规检测手段技术上已经比较成熟，成本相对低廉。而其他的新型检测手段，前期成本投入较大，在电力建设行业上应用推广和实践时间较短。
二、无损检测新技术和发展趋势
无损检测是指对材料或结构实施一种不损或不影响其未来使用性能或用途的检查和测量方法。无损检测具有不破坏检验物品，可监督和改进焊接成型工艺，减少返工，降低成本等优点。在超临界机组中，使用较多的是五大常规检测手段。五大常规检测手段各有优缺点，例如射线检测具有检测结果直观、缺陷定量准确、体积型缺陷检出率高等优点；但是射线检测不适合于比较厚的工件，也不适用于结构复杂的工件；从检测到拿到检测结果周期较长，检测危害性大的缺点。随着超临界机组施工技术的不断完善，为了保证工程周期的同时也确保工程的质量，对发展相对滞后的无损检测工作也提出了新的要求。目前各种新型的检测技术也出不穷，例如声发射检测技术、激光全息检测技术、红外线检测技术已被逐渐应用到石油、化工、航天航空当中，取得了较好的检测效果。下面就几种在国外已经被广泛应用在超临界机组中的检测方法进行简单减少。
2.1X射线数字成像技术
目前常用的射线检测主要是借助胶片来对焊缝进行质量评价，成本高，污染大、时效慢，危害大。随着计算机技术的广泛应用，一种新的X射线数字成像技术应运而生。X射线穿过检测物体后被图像增强器所接收，图像增强器通过光电转换将不可见的X射线转换为可视图像。可视图像通过光学镜头和电视摄像机所接收，通过模数转换为计算机可以识别的数字图像。最后通过与计算机相连的显示器进行透视图像的呈现，也可以通过计算机进行图像的储存、打印、分析等功能。整个系统操作跟常规的X射线探伤差别不大，可适用各种透照方式，包括双壁双影、双壁单影、单壁单影等透照方式。
曾祥照通过对比试验说明常规X射线检测拍摄一张底片连暗室处理至少30分钟，而X射线数字成像技术检测一次所需时间仅仅只有几秒钟的时间。而从成本上分析，X射线数字成像技术的检测成本也仅是胶片照相成本的2%左右[2]。同时X射线数字成像技术具有透照图像清晰，无底片伪缺陷，没有胶片成本，便于实时观察、易于储存等特点，提高了检测效率和检测精度。在国外Changhee Lee等人将X射线数字成像技术应用到电厂的焊接检验中，避免了以胶片为基础的X射线检测所要求的复杂工艺流程、高成本和不环保的废液处理等问题[3]。X射线数字成像技术可以实时检测减少了检验周期，提高了检验效率，可以解决在超临界机组无损检测中工作量大，检验受天气和工期影响因素，辐射危害等问题。S.M. Walker 等人通过X射线数字成像技术和常规X射线检测技术对电厂中容易出现裂纹的部件进行分析发现，X射线成像技术对电厂由于疲劳腐蚀造成的裂纹有明显效果，并且该技术可以准确分析出裂纹的深度，是一种精确和有效的电厂无损检测手段[4]。
2.2超声波相控阵技术和时差衍射法技术
目前常规的超声波检测由于检测时间长且无法对检测结果进行直观显示，对操作者经验有较高的要求。同时检测结果的判定受人为影响因素较多，也因此常规的超声波检测无法广泛应用到超临界机组的检测中去。为了克服这些缺陷，人们发展出了超声波相控阵技术和时差衍射法技术。三种检测技术的检测原理一致，都是利用声波来对被检工件进行检测的方法。常规超声波检测是通过人为的方式控制超声波入射角度，使缺陷反射回波反应在显示屏上，显示方式主要是A型扫描。超声波相控阵技术是通过电子的方式控制超声波入射角度，使超声波以扇形面的形式入射到被捡测工件中，显示方式有A型扫描、B型扫描、C型扫描、D型扫描、S型扫描等[5]。时差衍射法技术是利用声波的衍射原理，通过一发一收的双探头结构，对被检工件上下表面以及缺陷两端的衍射信号进行显示的检测方法。主要的显示方式是B型扫描。 超声波相控阵技术不光能按常规超声波检测方式的A型扫描反应缺陷情况，同时能通过其他的扫描方式形象显示缺陷信息，使得检测图像可视化，极大提高了缺陷的检测效率。时差衍射法技术通过B型扫描的方式形象显示缺陷信息，具有直观效果。总的来说超声波相控阵技术和时差衍射法具有速度快、效率高、适应性强、再现性好等优点。同时两种方法都可以实现机械化或半机械化，减少了人的影响因素，提高检测的精度。目前在国内长输管线的焊缝检测中，已经使用到自动化的超声波相控阵技术和时差衍射法技术，取得了良好的经济效益。由于超临界机组的运行温度和压力远远高于一般机组，以致在超临界机组中的大管径厚壁管的数量比例增加。使用的常规超声波探伤方法对这些厚壁管进行检测需要更换探头，增加了检测时间。Ditchburn等人通过对比发现相控阵超声波比传统超声波具有更高的灵敏度和检测效率，同时具有检测图像，增加了检测的直观性[6]。相控阵超声波技术减少了检测时间和降低了对操作者能力的要求，能实现半自动化和自动化。同时相控阵超声波检测技术能够针对超临界机组中部分由于设计原因造成探头移动区域过小无法使用常规超声波检测的情况，使用相控阵超声波技术就能很快解决这些问题。E. Jasiūnien?等人通过研究发现由于喷嘴和插接件厚度不一，且探头移动区域有限，采用常规超声波而无法检测；如果采用相控阵超声波技术对喷嘴内部和插接焊缝进行检测，在无需移动探头的情况下可以取得较好检测效果[7]。
2.3电磁超声技术
传统的超声波检测技术是利用压电效应激发出超声波对工件进行无损检测的一种方法，在检测过程中需要对检测工件表面进行打磨，检测过程中在探头与检测工件之间要施加耦合剂。这些耦合剂不光加快了材料的腐蚀，同时不断的打磨也增加了检测工作量。电磁超声技术主要依靠磁致伸缩原理在被检测物体中激发出超声波而对物体进行检测的一种无损检测新技术，可以克服以上的不足。电磁超声波除不需要打磨和耦合剂外，还可以不接触到工件表面的情况下对工件进行检测。目前国内已经发布了GB/T20935-2009《金属材料电磁超声检验方法》这一国标，同时电磁超声波设备的动态灵敏度可达到Φ2mm的平底孔当量，在超临界机组的检测中也逐渐被重视起来。但是电磁超声波检测技术在检测工件中有一个检测盲区，需要借助其他检测方法进行补充。在锅炉施工过程中，由于部分水冷壁管排在焊接后焊口位置距地面较高，检测安全危险系数大，采用其他检测方法难以对焊口进行准确检验。Badodkar等人通过采用半自动的电磁超声波检测技术对锅炉水冷壁管进行检测，检测效率高，并且可以对弯头处焊缝进行检测，检测灵敏度较高[8]。
三、总结
超临界机组无损检测的常规方法无疑在目前及将来都是主要的检测手段。然而，从安全性、环保性看，超临界机组无损检测必然向自动化、图像化、绿色化发展。随着火力发电厂超临界机组的不断施工，无损检测在确保设备安全经济高效运行方面将起着越来越重要的作用。面对新的电力施工组织改革，除了开展常规的无损检测工作之外，还应积极研究、开发和推广无损检测新技术，朝着提高超临界机组无损检测的准确性和检测效率努力。
参考文献
[1]DL/T869-2004.钢制承压管道对接焊接接头射线检验技术规程[S]，2004.03.09.
[2]曾祥照.无损检测新技术-X射线数字成像研究与应用[J].压力容器，1997（6）：38-46.
[3]Changhee Lee，Jong-Bong Lee，Dong-Hwan Park等.The Study of Field Application of Digital Radiography Testing for Power Plant Weldments[J].Materials Science Forum，580-582（2008）：105-108.
[4]S.M.Walker.Development of a Digital Radiographic System for Power Plant Components[C].6th International Conference on NDE in Relation to Structural Integrity for Nuclear and Pressurized Components.October 2007，Budapest，Hungary.
[5]李衍.相控阵超声检测国际动态[J]. 无损检测，2009，31（1）：56-60.
[6]R.J.Ditchburn and M.E.Ibrahim.Ultrasonic Phased Arrays for the Inspection of Thick-Section Welds[R].Maritime Platforms Division Defense Science and Technology Organisation.DSTO-TN-0911.2009.09.
[7]E.Jasiūnien?，L.Ma?eika，O.Tum?ys.Investigations of the inspection possibilities of the inner surface of the nozzle using ultrasonic phased array[J].ULTRAGARSAS （ULTRASOUND），Vol.65，No.3，2010.
[8]D.N.Badodkar，N.K.Singh，N.S.Dalal等.EMAT Integrated with Vertical Climbing Robot for Boiler Tube Inspection[J].NDE 2009，December 10-12，2009.
（作者单位：中国电建集团四川电力建设三公司）
作者简介
唐体春（1981.08-），硕士，工程师，主要从事电厂无损检测研究。现工作于四川电力建设三公司。