研制电站角接接头相控阵超声检测系统.doc

研制电站角接接头相控阵超声检测系统

单位名称：中国能源建设集团安徽电力建设第一工程有限公司
小组名称：中国能建安徽电建一公司皖能铜陵项目津利科技QC小组
2017年6月

目 录

一、小组概况 2
二、选择课题 3
三、设定目标 3
四、提出各种方案并确定最佳方案 4
五、制定对策 10
六、按对策实施 11
七、确认效果 15
八、标准化 19
九、总结与打算 17

名词解释：
相控阵技术（源于相控阵雷达）简介：
相控阵超声检测（Phased Array Ultrasonic Testing PA-UT）技术是利用电子方式控制相控阵探头合成的声束来实现超声波发射、接收的一种检测技术。本技术能精确地以电子方式控制声束的角度和焦斑尺寸，对金属材料内部的缺陷进行精确扫查与定位并形成三维图像，实施比较精确的检测。

（a） 时间延迟形成偏转或聚焦声束 （b） 相控阵超声探头各晶片辐射声波形成偏转声束示意图
一、小组概况

小组
情况
小组名称
安徽电建一公司皖能铜陵项目“津利科技”QC小组
组建时间
2015年10月
注册日期
2016年1月1日
课题类型
创新型
注册编号
AEPC1-2016-38
活动时间
2016年1月-2016年12月
活动次数
26次
出勤率
100%
小组成员
7人
组 长
孙 磊
成员
情况
姓 名
性 别
学 历
职务、职称
组内分工
孙 磊
男
本科
高级工程师
组织策划（组长）
余新海
男
本科
高级工程师
资源协调、技术指导
樊传琦
男
本科
高级工程师
协调管理
朱 琪
男
本科
助理工程师
分析实施
方 超
男
本科
助理工程师
试验管理
任余豪
男
本科
助理工程师
试验管理
郝冬生
男
本科
助理工程师
资料收集
陈强
男
本科
助理工程师
方案实施
制表人：朱琪 制表时间：2016年1月3日

小组活动计划表

二、选题理由
（1）皖能铜陵电厂1*1000MW工程扩建中，业主要求对锅炉部分角接接头焊口进行抽检。

图一

（2）：采用传统磁粉检测技术仅能检测焊缝表面和近表面的缺陷，对焊缝内部质量是否存在危害性缺陷无法判定，近年锅炉机组运行中因角接接头焊缝质量不合格发生的泄露事故时有发生。
（3）：采用相控阵超声检测技术可以对角接接头实施有效的检测，但目前还没有能直接应用在角接接头上的相控阵超声检测系统。如采用常规适用于对接接头的相控阵超声检测系统，对角接接头的根部缺陷检出率仅达到61.82%，同时对检测人员的技术要求较高，难以满足工程检测要求。

常规相控阵超声检测技术试验
试验序号
试验对象
试验数量
预埋缺陷位置
预埋危害性缺陷个数
缺陷检出个数
危害性缺陷检出率
1
安放式角接接头

30
近表面
20
20
100%
内部
24
22
91.67%
根部
30
20
66.67%

2

插入式角接接头

30
近表面
20
19
95%
内部
24
23
95.83%
根部
30
18
60%
3
其他型式的角接接头

20
近表面
15
15
100%
内部
18
16
88.89%
根部
22
13
59.1%%
近表面缺陷的平均检出率
98.33%
内部缺陷的平均检出率
92.13%
根部缺陷的平均检出率
61.82%
制表人：樊传琦 制表时间：2016年1月30日
为保证角接接头相控阵超声检测质量，需要研制新型的相控阵超声检测系统，提高角接接头根部缺陷的检出率。
根据铜陵项目部及已存问题分析，确定本次活动课题：研制电站角接接头相控阵超声检测系统 。

三、设定目标
QC小组的预期目标为：
研制的角接接头相控阵超声检测系统，其角接接头根部缺陷检出率达95%。

目标柱状图
制表人：孙磊 制表时间：2016年2月15日
1、经验丰富：小组成员成功研制“电力小径管相控阵超声检测系统”,并荣获全国QC成果一等奖具有丰富的QC活动经验。经华电六安项目、神皖安庆电厂等10几个项目的应用，小径管的缺陷检出率达98%。
2、公司支持：本课题得到公司的全力支持，给予了充足的试验经费、并提供了专用的研发试验室。
3、人员配置充分：本次活动聚集了公司一批优秀人才，小组成员中有无损检测高级工程师、国际焊接工程师，具有丰富的无损检测、焊接现场经验和软、硬件开发能力。
四、提出各种方案并确定最佳方案
（1）方案亲和图如下：

制图人：朱琪 制图时间：2016年3月25日

根据亲和图所示，小组准备将整理出来的研制方案进行逐一的分析和评价：

制图人：朱琪 制图时间：2016年4月8日

1）主机选择

制图人：任余豪 制图时间：2016年4月26日

2）探头选择

制图人：朱琪 制图时间：2016年5月3日

3）工艺调试的选择

制图人：郝冬生 制图时间：2016年4月4日
4）灵敏度选择
a) 常规方式设置:电力行业相关标准规定了超声检测灵敏度设置的大小，但现场焊件母材等级不同，如T91等新型材料，易出现裂纹缺陷，若根据标准直接设置灵敏度，缺陷检出率较低。
b) 模拟试验设置:小组收集不同规格的火电厂角接接头，1：1制作模拟试管，并设置如裂纹、未焊透、未熔合、气孔等108根缺陷，进行模拟试验，将试验检测出缺陷的位置、大小与实际值相比较，得出灵敏度最佳标准，各类缺陷的检出率高。试验数据见下表。
模拟试管灵敏度调节试验数据表
模拟试管编号
模拟试管规格
灵敏度
Z57-T13-1
Φ57*13mm
11dB
Z38-T7
Φ38*7mm
8dB
Z60-T15-2
Φ60*15mm
13dB
Z48-T9-1
Φ48*9mm
15dB
.......
......
.......
制表人：孙磊 制图时间：2016年5月1日
综上所述，模拟实验调试更加合理。
（2）方案进一步细化

制图人：朱琪 制图时间：2016年4月8日
1）线阵探头选择
根据探头晶片的不同，探头可分为常规线阵探头和自聚焦线阵探头，两种探头的聚焦性能也不相同，小组人员通过实验，对两种探头的聚焦性能进行对比分析，见下图。

制图人：陈强 制图时间：2016年5月3日

制图人：朱琪 制图时间：2016年5月3日

2）模拟试管的材质选择
模拟试管的材质不同，影响声束在工件中的传播速度，从而影响检测结果，小组成员选择部分碳钢模拟试管和与被检工件相同材质的模拟试管调试声束，进行检测实验结果如下：

制图人：方超 制图时间：2016年6月3日
实验数据如下：
序号
被检工件材质
模拟试管材质
检测结果
1
T91

C
误差大
T91
准确
2
12Cr1MoV

C
误差大
12Cr1MoV
准确
3
15CrMo

C
误差大
T91
准确
4
T92

C
误差大
T92
准确
……
……
C
误差大
……
准确
制图人：任余豪 制图时间：2016年6月23日

制图人：郝冬生 制图时间：2016年6月30日
（3）确定最佳方案

制图人：朱琪 制图时间：2016年7月12日
五、制定对策表
小组人员根据选定的最佳方案、制定了对策表，如下所示：

项目
对策
目标
措施
地点
负责人
时间
主机的选择
选择可编程软件的主机
编程角接接头相控阵超声检测软件，检测图谱显示齐全、方便
1、编制软件可现实不同的结构、规格的角接接头图像；
2、接头模拟图像可现实聚焦法则 。
3、检测图谱可显示检测结果的详细数据。
研发室
孙磊
朱琪
樊传琦
2015年12月-2016年1月
探头的选择
采用自聚焦线阵探头
探头大小适合各种管径的角接接头检测
1、制作探头的晶片间距控制在0.5mm左右；
2、尽量采用16晶片的探头；
3、采用加装楔块增加探头的寿命。减少外形尺寸
研发室
余新海
陈强
郝冬生
2016年2月-2016年4月
工艺调试的选择
采用CIVA仿真调试工艺
形成可靠地检测工艺参数
1、CIVA仿真模拟各种类型角接接头的聚焦法则参数；2、对不同规格的材料的角接接头都进行仿真试验、调试检测工艺。
研发室
樊传琦
任余豪
方超
2016年5月-2016年8月
模拟试管的选择
与工件相同的材料
和结构的模拟试管
制作各种材料
、结构型式和规格梯度的角接接头模拟试管
1、前往锅炉厂、电厂收集不同材料和结构型式的角接接头资料；
2、采用人工方法在模拟试管中设计不同的焊接缺陷
研发室
朱琪
任余豪
陈强
2016年8月-2016年10月
检测系统整体组装、测试
试验验证
仿真和，模拟试验结果的准确率100%

选择角接接头模拟试管进行仿真和试验检测
研发室
全体小组人员
2016年11月-2016年12月
制图人：陈强 制图时间：2016年7月30日

六、按对策实施
实施一：选择自主编程软件的主机。

软件显示和图形调节
（1）上图中，采用进口相控阵超声主机可支持不同结构的角接接头检测软件；
（2）角接接头检测图谱中，可实施显示焊缝的结构类型、缺陷的位置参数和检测结果，显示功能齐全。

实施二：制作自聚焦线阵探头
探头的外观和晶片的切割尺寸、排列方式见下图。

制图人：陈强 制图时间：2016年8月5日
（1）利用仿真调试工艺确定的晶片间距、角度、晶片个数等参数制作探头；
（2）探头的外观规格小巧，适合各种角接接头的相控阵超声检测；
（3）探头外壳和晶片采用性能材料制作，提高使用寿命和实用性。
小组人员通过多次试验对制作的探头进行性能对比试验，结果如下：

制图人：郝冬生 制图时间：2016年8月10日

实施三：CIVA仿真调试检测工艺
CIVA仿真示意图如下，

制图人：郝冬生 制图时间：2016年8月23日
实施四：制作与工件相同的材料和结构的模拟试管调试灵敏度

制图人：郝冬生 制图时间：2016年8月30日
小组人员多次前往锅炉厂进行角接接头焊接形式和结构类型的调研，收集相关资料，制作角接接头相控阵超声模拟试管。小组人员选取安放式、插入式角接接头模拟试管，进行多次相控阵超声检测试验，实验完成，解剖模拟试管，验证检测结果和模拟试管研制的准确度。

检测照片和图谱

解剖图片

试验种类
人工缺陷预埋种类
试验结果

模拟试管试验
选取安放式、插入式、马鞍式等不同结构和规格的角接接头作为试验对象
包括气孔、未焊透、未融合、裂纹和烧穿等多种缺陷类型
相控阵超声检测结果与解剖试验结果相同
目标实现
制图人：郝冬生 制图时间：2016年9月8日
实施五：检测系统整体组装、测试。
系统组装完成，小组人员选择模拟试管，进行仿真试验和检测试验结果的比对，进行整体测试，试验结果、仿真结果和实验结果如下：

制表人：陈强 制表时间：2016年9月13日

制表人：郝冬生 制表时间：2016年9月15日

制图人：郝冬生 制图时间：2016年9月24日
小组成员选择了30与根试管。进行仿真和模拟试验，进行对比

对所有模拟试管都进行检测

制表人：陈强 制表时间：2016年9月29日

模拟试管编号
模拟试管规格
仿真结果
模拟试验结果
对比结果
Z57-T10-1
Φ57*10mm
气孔3mm、未焊透14mm、裂纹12mm
气孔3mm、未焊透14mm、裂纹12mm
相同
Z42-T7.5
Φ42*7.5mm
气孔2mm、未焊透10mm、裂纹12mm
气孔2mm、未焊透10mm、裂纹12mm
相同
Z63-T9.5-2
Φ63*9.5mm
气孔3mm、未焊透8mm、裂纹12mm
气孔3mm、未焊透8mm、裂纹12mm
相同
Z48-T12-1
Φ48*12mm
气孔3mm、未焊透13mm、裂纹12mm
气孔3mm、未焊透13mm、裂纹12mm
相同
Z38-T7-H
Φ38*7mm
气孔2mm、未焊透7mm、裂纹12mm
气孔2mm、未焊透7mm、裂纹12mm
相同
Z48-T10.5-2
Φ48*10.5mm
气孔3mm、未焊透16mm、裂纹12mm
气孔3mm、未焊透16mm、裂纹12mm
相同
.......
......
......
.......

七、确认效果
小组人员选择一定数量和各种结构形式角接接头模拟试管，进行检测试验。

试验序号
试验对象
试验数量
预埋缺陷位置
预埋危害性缺陷个数
缺陷检出个数
危害性缺陷检出率
1
安放式角接接头

30
近表面
20
20
100%
内部
24
23
95.83%
根部
30
29
96.67%

2

插入式角接接头

30
近表面
20
19
95%
内部
24
24
100%
根部
30
30
100%
3
其他型式的角接接头

20
近表面
15
15
100%
内部
18
17
94.44%
根部
22
21
59.45%
近表面缺陷的平均检出率
98.33%
内部缺陷的平均检出率
96.76%
根部缺陷的平均检出率
97.37%
制表、制图人：余新海 制表时间：2016年10月3日

制表人：陈强 制表时间：2016年10月19日

序号
工件名称
规 格
材 质
检测总数
不合格数
一次合格率
1
省煤器集箱管座角焊缝
Φ57×8.5
T9112Cr1MoV
875
1
99.89%
2
包墙角焊缝
42×12
12Cr1MoV
438
1
99.77%
3
过热器集箱管座角焊缝
Φ48×7
T9112Cr1MoV
1589
3
98.87%
皖能铜陵电厂1*1000MW工程，小组人员研制角接接头相控阵超声检测系统，应用于皖能铜陵电
厂百万机组扩建工程,检测焊口2902道，水压试验无一泄漏，保障了角接接头的检测质量。

制图人：陈强 制图时间：2016年10月23日

经济效益

QC小组成员研制的角接接头相控阵超声检测系统，研发经费共计35万元，同时该成果为公司拓展了大连船舶重工集团海上石油项目和上海外高桥造船厂夹板检测项目等市场，共计效益200余万元。长远经济效益显著。

八、标准化
（1）QC小组人员将成果总结，并形成公司企业标准

（2）小组人员将成果归纳总结，申报发明专利一项，使用新型专利3项。

九、总结与今后打算
本次QC小组活动严格按照创新型课题的活动程序开展，实现了我们所制定的目标，小组成员发挥个人所长、分工合作、团结一致的顺利完成任务，达到预期目标。成员的质量意识、个人能力、QC知识和团队能力都有了大幅度的提高。

在今后的工作中，我们将一如既往，积极探索新技术，跟踪超前技术知识、提高自我专业技术水平，为电力建设事业的安全运行做出更大的贡献，小组计划下一个课题为“研制大口径管相控阵超声自动化检测装置”。

工程建设优秀质量管理小组申报表
申报卡号
QCXZ20170139
企业名称
中国能源建设集团安徽电力建设第一工程有限公司
通讯地址
安徽省合肥市高新区香樟大道218号
邮编
230088
联系部门
质量管理部
联系人
王福义
联系电话

小组名称
中国能建安徽电建一公司皖能铜陵项目“津利科技”QC小组
小组人数
7
课题名称
研制电站角接接头相控阵超声检测系统
课题类型
创新型
小组活动指导者姓名
黄月
指导者QC诊断师证书编号
Z2015.10-101
证书发证机关
中国质量协会
QC小组简介（限300字）：
本小组由7名成员组成，成员主要从事焊接及检测技术施工、质量管理及现场施工工作，具备丰富的理论知识和实践经验，其部分成员为公司施工机械管理骨干人才，多项活动成果被公司采纳固化，融入到公司的企业标准中。
主要活动过程及效果（限300字）：
小组主要活动过程：本课题为创新型课题，针对管道角接接头现有技术检测效率低、成本高等问题，小组成员运用头脑风暴法和亲和图展开讨论、分析，通过PDCA循环，逐层分解方案，选择出最佳方案，研制出角接接头相控阵超声检测系统，使管道角接接头缺陷检出率从原来的62%提升至97.37，最终实现了小组既定目标。
小组活动效果： 通过小组活动，小组人员将研制的角接接头相控阵超声检测系统应用于皖能铜陵电厂百万机组扩建工程，合计检测焊口2902道，及时发现不合格焊口的同时，大大提高了检测效率，节约了施工工艺。通过项目水压试验检验，所检管道角接接头无一泄漏，证明了研制系统的可靠性。另产生了较好的经济效益和社会效益，填补了此项国内技术空白。
小组活动结束时间及本年度在本地区（行业）获奖情况：
1、2017年度电力建设优秀质量管理QC成果一等奖；
2、2017年安徽省工程建设优秀QC小组一等奖。
推荐单位意见：

(公章)
注：企业名称以公章为准，填写内容简明扼要，准确无误，一式一份