CN1007933B - 工件中点缺陷和细长缺陷的超声波分类法 - Google Patents

Abstract

一种用超声波对厚度均匀的平面工件或弧形板工件上和工件中的焊缝裂缝进行分类的方法，即对预先人工检查过的工件预计有缺陷的部分进行系统检查。具体的作法是用超声波回波图象法在各截面平面内产生B型扫描，改变传感器装置在工件上的位置，并/或改变发射方向，再在考虑在工件后侧上可能出现的反射的基础上计算超声波在工件内来回方向上的延迟时间，以此来确定缺陷的位置。利用本方法可区别体积型缺陷、平面型缺陷和这些缺陷的组合。

Description

本发明是关于一种用超声波对工件中的裂缝，特别是对厚度层已知的平面部件或弧形部件焊缝上和焊缝中的裂缝，进行分类的方法，在该方法中，对工件或其预计有裂缝的部位分别进行的系统检验（必要时，先进行人工检查或机械检查）的实现是通过应用超声波回波图象法在各横截面平面内产生截面扫描即B型扫描，改变变换装置在工件上的位置，并/或改变发射方向，再计算可能反射的延迟时间，以此来确定缺陷的位置。

在材料、半成品和成品的无损检验中应用超声波法已有相当长的时间了。关于超声波回波图象法和检验结果在阴极射线管上的表示，可能产生A型扫描（线性扫描）或B型扫描。在A型扫描中，阴极射线管的X偏移与声脉冲同时开始，所接收的回声强度招致Y偏移，因而使屏幕的标志横座标上出现有关延迟时间的数据，从而知道反射体位置与发射器位置之间的距离。B型扫描能显示出受检验物体某一截面的表面，其中各反射体用扫描增辉表示。在后者的情况下，对图象的分析全凭观察者的经验。

生产过程中产品检验的目的，或对使用中各机器部件进行检验的目的，是要求提供所有资料，这些资料或作为交货时对规定收货标准的产品状况进行评价的依据，或作为对机器或装置的某一部分是否适宜继续使用进行评价的依据。超声波技术的主要优点是能可靠地检测，并测定出材料的内部裂缝的位置，尽管在分类法上受到一定的限制，但还是能令人满意地估计出裂缝的大小;过去超声波检验的缺点则在于定性方面，即对自然裂缝有关裂缝类型的解释方面。随着对安全要求与日俱增，和 生产过程中产品检验活动，特别是对诸如高压管线、桥梁桁架等承受高载荷的部件和装置进行的检验活动日益频繁，判明裂缝的类型就变得特别重要。

若能对裂缝的类型进行明确分类，则一方面可以更确切地预计缺陷对结构的影响，另一方面，在许多场合下，特别是牵涉到运行中各装置定期例行检查的场合下，可以由此得出何时或在哪种条件下会出现缺陷等的有关资料。

西德专利DE-PS3236017提出的超声波无损探伤检验工件的方法试图清晰地显示出材料中缺陷的形状。该方法采用了组合式超声波传感器钟控阵列，因而可分别周期性地改变上述阵列，并将超声波信号传送到工件中，然后检测出信号到达缺陷轮廓上反射体的延迟时间和相应的波幅，并将此时间和波幅存储起来。在预计的裂缝部位的可能位置所产生的延迟时间及相应波幅系存储在第二存储器中，存储时只把最大值写入存储器中。检测的结果以亮度分布的形式（反射点密聚的形式）显示在图象显示装置上，从显示屏上可以看出哪一些是主要缺陷，哪一些缺陷可以忽略不计。采用该公知方法，根据所测到的反射点，可以获得的资料是工件在哪些地方不连续，哪种几何形状具有该不连续所表示的缺陷。至于缺陷的类型，由于缺乏与工件制造技术有关的资料，故无从获取关于缺陷类型的资料。

焊接板中缺陷的另一种分类方法见《材料评价》杂志，第42卷，第4期，第433至438页及443页，题为“应用按特点的多维判定法对焊接板中的裂缝进行分类”的文章。该方法是在连续改变超声波传感器的位置，或信号传送方向（冲击角）的同时，记录超声波回波的波幅，或记录由回波波幅得出的幅值与其中一个变量的关系或与超声波传感器、反射体位置之间延迟时间的关系。根据回波波幅在反射体两侧前沿和后沿的上升速率或下降速率，可就缺陷的类型（例如，裂纹、孔 隙或熔渣）得出某些结论。检验焊缝时，为客观地利用测出的数据，需要知道焊缝的几何形状，不然对待测定数据的处理过程会变得复杂。因此，例如，要检验某一个双V形焊缝，可将焊缝截面分为四区，在该四区中规定四个待测定的数据。在这种情况下，可以正确鉴定75%或以上的缺陷。用这种公知的方法检验预计有裂缝的部位（其宽窄须事先知道），可以确定有无缺陷存在，并鉴定一般缺陷的类型。目前还没有可以显示裂缝区宽窄的任何类型的图象再现。

本发明的一个目的是提供对工件中的裂缝进行分类的方法，即，按需要事先用人工的方法探测工件预计有裂缝的部位之后，用缺陷图示法评价已确定的缺陷，图中显示出缺陷在选定截面上的大小和位置。在解决上述问题上，本发明的方法具有以下特征：在输入结构参数、焊接工艺参数和部件具体试验条件之后，借助于电子计算机画出缺陷部位的图象，在该图象中，具有预定数量反射点的至少一个部位，周围为闭合曲线（例如是闭合二次曲线）所环绕，而且就该闭合曲线计算出优先轴线（例如是椭圆的长轴线）相对于参考系统（即所谓取向）的角方向、缺陷的轴线比或缺陷的长厚比和中心位置，再从所测定的取向点开始，检测出缺陷上两个彼此相对的反射点的程差，并在合乎逻辑地将轴线比、程差、取向、中心位置和凸出的缺陷高度与焊接工艺参数及结构参数联系起来且考虑缺陷位置的基础上，区别各种不同的体积型缺陷、平面型缺陷和这些缺陷的不同组合。

组合应用上述测量，不仅可以区别，例如，裂纹、孔穴和熔渣，而且将密聚的诸反射点用闭合曲线（通常是一个椭圆）圈起来，还可以一眼从缺陷的大致轮廓辨认出缺陷的范围、位置和取向。

根据本发明进一步研究出来的方法，为了从不同的侧面以经济实惠的方式用超声波扫描工件上的缺陷，根据已测出的闭合曲线的参数，例如是椭圆长轴的角方向，另外规定了安置传感器装置的两个位置以测定 程差，从而确定缺陷的厚度。

为了进行人机对话以在不同的体积型缺陷，不同的平面缺陷和这些缺陷的不同组合之间作出区别，最好测定闭合二次曲线的特性参数，例如，长轴长度、短轴长度、两轴线的比值、长轴相对于试验平面的倾斜度，并测定所规定的坐标系统中心的位置和投影到分别垂直和平行于试验表面的一个平面的闭合二次曲线的最大尺寸。

参照附图阅读下列说明可以更容易理解本发明的内容，附图中，

图1是连接两平板的一个焊缝的剖面图，从图中可以看到，用超声波的测试，超声波是按不同的发射方向（投射角）陆续发射到焊缝上去的陆续发射到焊缝上去的;

图2是检验流程图;

图3是诊断软件的基本结构。

图1是用双V字形焊缝3连接金属板1和2的剖面图。焊缝3中有一个缺陷4。超声波能束在上半球从金属板前侧5按不同的方向6直接扫描缺陷4，并在下半球从金属板正面5按不同的方向7在后侧8（半跳变）反射后也扫描缺陷4。此外还可选用垂直于前侧的能束方向9，藉此测定缺陷4和前侧5之间的最短距离。

检验人员可以从图象显示装置上看到在焊缝截面图象上分立的“景像”。除显示在一个截面平面内的缺陷外，必要时也可把若干这类截面平面组合起来以显示该缺陷。在以后的计算过程中缺陷主要取向的确定是以分立的“景像”的评价结果为依据的。在图象中，所有反射体的总体是以一点象场表示的，这些点象场以后即为闭合二次曲线（通常为椭圆）所环绕。

检验部件和装置时，需要评价它们开头是否能用或以后是否能继续使用。因此在说明缺陷的类型、取向和形状时，有关资料多多益善。评价某个部件的适用性时，除缺陷的诸参数外，还应考虑其它具体指标。 此外，截面内的取向、截面内的位置、部件上缺陷的位置以及概率密度都是应加以考虑的问题。材料性能、使用时的应力、工作条件和规定的安全因素等都是确定工件适用性的决定性依据。与工作特性有关的经验值也是应加考虑的问题。

图2是电子计算机辅助操作法的流程图。其中的步骤数可按要求加以更改。这里可以将诊断过程一直进行到，例如，能区别平面型和体积型缺陷的地步。需要对所说的两种类型进一步加以区别时，可以另外增设若干决定步骤，因而这种方法灵活适应某一检验问题的能力非常强。

在实际工作中，在按图2的流程图进行系统性检查之前，应先进行所谓人工检查。这是周知的用人工检验设备进行的一般检验，检验时，用两个或多个斜探头（其变换器角通常在35和70度之间）获取包括下例内容的有关资料：工件中或工件上有否任何裂缝？裂缝的位置？这些裂缝是否合乎任何规定的检验规范要求？抑或未能明确肯定;因而需要进一步进行系统性检查等。电子计算机辅助检验是从探索和查询程序开始的，通过这种程序应可以确定出在人工检查时发现的诸缺陷的位置，且应输出缺陷特征的有关资料。通过这一系列检验步骤，使人的能力（例如，专业技术和经验）与设备（电子计算机）结合起来，以改进超声波检验结果的定性分析。该检验所用诊断软件的最佳基本结构如图3所示。

本发明的方法特别适用于评价部件和装置的质量或适用性时模棱两可的情况。其作用在于按一定程序进行的对话方式引导试验人员找出判断，并客观地对试验人员所需的所有资料进行处理和编辑。在对话中应选用什么样的输入，现在和过去一样，有待试验人员根据人工检查的原则自行掌握，使诚验人员的专业技术与经验能完全发挥作用。

Claims (3)

1、一种用超声波对工件(1，2)中的裂缝，特别是对厚度层已知的平面部件或弧形部件焊缝(3)上和焊缝(3)中的缺陷，进行分类的方法，即，对工作或其预计有裂缝的部位分别进行系统的检验(必要时先进行人工检查或机械检查)，具体的作法是应用超声波回波法在各横截面平面内产生截面扫描即B型扫描，改变传感器装置(6，7，9)在工件上的位置并/或改变发射方向，再计算可能产生的反射波的延迟时间，以此来确定缺陷的位置，该方法具有以下特征：在输入结构参数、焊接工艺参数和工件具体试验条件之后，借助于电子计算机绘出缺陷部位的图象，在该图象中，具有预定数量反射点的至少一个部位，周围为闭合曲线(例如是闭合二次曲线)所环绕，而且就该闭合曲线计算出优先轴线(例如是椭圆的长轴)相对于参考系统(即所谓取向系统)的角方向、缺陷的轴线比或缺陷的长厚比和中心位置，再从所测定的取向点开始，检测出缺陷上两个彼此相对的反射点的程差，并在合乎逻辑地将轴线比、程差、取向、中心位置和凸出的缺陷高度与焊接工艺参数及结构参数联系起来且考虑缺陷位置的基础上，区别各种不同的体积型缺陷(4)、平面缺陷和这些缺陷的不同组合。

2、如权利要求1所说的方法，其特征在于，根据已测出的闭合曲线的参数，例如是椭圆长轴的角方向，另外规定了安置传感器装置的两个位置，以测定程差，从而确定缺陷（4）的厚度。

3、如权利要求1或2所说的方法，其特征在于，为了进行人机对话以区别不同的体积型缺陷、不同的平面缺陷和这些缺陷的不同组合，测定了闭合二次曲线的特性参数，例如，长轴长度、短轴长度、两轴线的比值、主轴线相对于试验平面的倾斜度，并测定所规定的坐标系统中心的位置、投影到分别垂直和平行于试验表面的一个平面的闭合二次曲线的最大尺寸。

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