CN101710102B - 变壁、厚壁管材超声波检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变壁厚壁管材超声波检测方法，属于检验、检测领域。发明检测采用工件转动，检测车水平移动，多通道超声波检测主机，利用多个纵波直射和折射横波超声波探头分别进行沿径向、周向对缺陷进行扫查，直射探头一直保持径向入射，产生折射横波的探头通过调整偏心距控制入射角，偏心距入射角为10-45°检测出管材各个方向上的缺陷，并对发现的缺陷进行准确定位、定量。本发明应用于军用管材、厚壁锅炉等管材的质量检测中，能够检测出管材内部1mm以下的缺陷，实现精确定位、定量，实现100％检测。本发明提高了检测准确度，减少了漏检率，减少了人为误差，检测灵敏度、检出率及可靠性均能满足检测要求，并能够保证厚壁管材的质量。

Description

变壁、厚壁管材超声波检测方法

技术领域

本发明涉及一种变壁、厚壁管材超声波检测方法，特别是涉及一种采用水浸超声波法对变壁、厚壁管材进行超声波检测方法，属于检验、检测领域。

背景技术

厚壁管材广泛应用在电力(电站锅炉)、石化以及军用等行业之中，使用环境恶劣，很多情况是在高温高压下使用。厚壁管材在制造过程中，一般经过冶炼、锻压、热处理，机械加工等工艺过程，为保证这些管材的制造质量和工艺的合理性，应在热处理后和成品管中进行100％无损检测，以便发现管材内部可能存在的包括：裂纹、夹杂、白点及折叠等缺陷，以保证厚壁管及武器身管的质量，目前对管材内部质量的检测除了在端部取样进行破坏性实验外，对管材内部质量的检测均采用超声波检测方法进行检测，一般采用纯横波和纵波水浸法或接触法超声波进行检测，这种技术对薄壁管材(壁厚与外径之比小于0.2)特别是对采用挤压法制成的管材缺陷检出率较高，技术也比较成熟，国内外已有一些现成的标准，如GB/5777-1996、ASTME213-1986。具体检测方法是采用接触法或水浸法，通过磨制探头或调节偏心距使超声波进入管材变为纯横波，对厚壁管材特别是壁厚与外径之比大于0.2的管材，上述方法则存在一些无法解决的技术难题，首先是要保证检测到管材内壁，对于厚壁管材就须有较小的入射角，否则就无法保证纯横波检测，如采用纯横波检测则靠近内表面部分将会漏检。

另外是靠近内壁缺陷的检出问题和缺陷定位问题，由于为保证能检测到内壁，需采用较小的入射角进行的检测，这时钢中既存在横波也存在纵波，在实际探伤中发现缺陷回波时，无法判断回波是横波还是纵波发现的，给缺陷定位、定量带来困难。

目前，对厚壁管材的检测，一般采用纵波直射法检测，但这种方法对径向缺陷无法检测，对锻造拔长的厚壁管，内壁存在的缺陷大都是径向缺陷，因此对锻造拔长的厚壁管以及其他工艺生产的厚壁管材的径向缺陷，目前的技术无法解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够对厚壁管材的缺陷进行定位、定量，并能够实现100％检测的变壁、厚壁管材超声波检测方法。

技术解决方案：本发明检测方法如下：采用工件转动，检测车水平移动，多通道超声波检测主机，利用多个纵波直射和折射横波超声波探头分别进行沿径向、周向对缺陷进行扫查，直射探头一直保持径向入射，产生折射横波的探头通过调整偏心距控制入射角，偏心距入射角为10-45°检测出管材各个方向上的缺陷，并对发现的缺陷进行准确定位、定量。

本发明缺陷定位：采用小于第一临界角(钢的第一临界角为27.6度)的偏心距，线聚焦超声波探头进行扫查，使横波与内壁相切，这时管材中横波与纵波并存，发现缺陷，先假定是横波发现，再利用对称位置是否能出现缺陷波验证，如在对称位置出现则按横波公式计算，如在对称位置未出现缺陷波则可判定是纵波发现的缺陷，则按折射纵波理论公式计算出缺陷位置。

本发明缺陷定位采用另外一种方法是：出现缺陷时，首先采用纯横波的检测探头进行检测，发现缺陷按纯横波公式计算，如未发现缺陷，用小于第一临界角探头检测发现缺陷后仍按横波公式计算出折射横波声程。

本发明缺陷定位采用第三种方法是，利用缺陷转到直射纵波位置时进行验证，最终按直射纵波准确对缺陷进行定位，即直接从仪器中读出缺陷位置。

本发明缺陷定量：

根据厚壁管材的具体型号，制作相应的对比试块，即制作不同当量直径、不同生程的一套对比试块，发现缺陷后，根据实际声程，找出相同或相近试块进行比较，可实现对缺陷进行准确定量。

本发明是将纵波直射、纵波斜射法应用到厚壁管材中超声波检测中，采用工件转动，检测车水平移动，超声探头能在垂直或水平方向精确调整，实现管材100％覆盖，采用多通道超声波检测主机，利用多个纵波直射和折射横波超声波探头分别进行沿径向、周向对缺陷进行扫查，能够检测出各个方向上的缺陷，利用多通道超声波检测技术及直射纵波和折射横波综合检测，实现对缺陷进行准确定位、定量，并能进行100％检测。

本发明将应用于军用管材、厚壁锅炉管材的质量检测中，随着对管材性能要求的提高，能够检测出管材内部1mm以下的缺陷，而且能够实现精确定位、定量。本发明由于对偏心距、水声程可以通过计算机自动调整、准确度高，减少了漏检率，能对缺陷进行精确的定位、定量。所以减少了人为误差，检测灵敏度、检出率及可靠性均能满足检测要求，并能够更可靠的保证厚壁管材的质量。

本发明由于提高了检测效率和对缺陷定位、定量的准确率，减少对管材缺陷的漏检和误判，每年可节省资金预计为80-100万。

从目前的检测手段(不考虑厚壁管材的不可检因素)，从调整仪器到检测完成一支6-8米的管材一般需30分钟左右，如果采用本发明后进行自动检测总共只需15分钟左右，提高检测速度整一倍。

附图说明

图1为本发明厚壁管材缺陷定位图；

图2为本发明对比试块主视图；

图3为本发明图2侧视图。

具体实施方式

本发明包括如下检测方法：采用工件转动，检测车水平移动，超声探头能在垂直或水平方向精确调整，实现管材100％覆盖，采用多通道超声波检测主机，在水槽上方的检测车上设置多个超声探头，根据主机型号设置超声探头，设置2-12个，若检测壁厚超过50mm的管材，探头可分别设置为6个纵波直射探头和6个折射横波探头，利用多个纵波直射和折射横波超声波探头分别进行沿径向、周向对缺陷进行扫查，如图1，直射探头一直保持径向入射，另一个可产生折射横波的探头可通过调整偏心距控制入射角，使折射角为10-30°，能够检测出各个方向上的缺陷，同时采用直射探头和折射横波探头同时对缺陷进行定位、定量，实现100％检测并对发现的缺陷进行准确定位定量。

使用本发明方法检测时：在界面上选择具体检测参数，如探头参数、偏心距、水声程、探头移动速度、身管转动速度等，在选择参数后可以进行检测，同时可以控制机械传动系统和探头驱动系统，在发现缺陷时，选择进行缺陷定位、定量，然后对数据进行处理并输出结果。

具体参数选择原则如下：

水层厚度的选择

检测时将水层厚度调整到使管材的缺陷波位于水/钢界面的一次回波和二次回波之间，水声程(H)按(2)式选定：

$H\≥\frac{\mathrm{Cw}}{\mathrm{Cs}}\×X_{S\min }+\sqrt{R_{\max }^2-X^2}-\sqrt{R_{\min }^2-X^2}...\left(1\right)$

式中：H-水声程；R_max-所探身管部位最大外壁半径；

R_min-所探身管部位最小外壁半径；X_Smin-折射横波在所探身管部位最小声程，；

偏心距的选择

在使用方法一扫查时，横波能检测到内壁的条件为横波声束与内壁相切或者相交。采用的时让声束与内壁相切的方法，探头偏心距X按下面公式选定：

$X=\frac{\mathrm{Cw}}{\mathrm{Cs}}\×r...\left(2\right)$

式中：X-探头偏心距；

Cw-水中纵波声速，m/s；Cs-钢中横波声速，m/s；

r-身管内孔半径。

探头扫描速度(V)按(4)式选定：

V≤α×φ×n………………………………………(3)

式中：V-探头扫描速度，m/s；α-晶片有效系数，取0.8；

φ-晶片直径，m；n-火炮身管的转速，m/s。

探头的选择

(1)一般键选择使用线聚焦水浸超声波探头。因为线聚焦探头可以在保证较高的检测灵敏度的前提下，又可以实现不错的检测速率，而这正是在扫查时所需要的。

(2)为了更精确的对缺陷进行定位定量，选择使用高频点聚焦水浸超身波探头。因为在定位时已经大概知道了缺陷的位置，所以可以选择检测速度较慢而灵敏度高的点聚焦探头。

缺陷定位

为了能检测到厚壁管的内部和内、外壁，而不会在内壁附近漏检，就不能采用纯横波进行检测了，本方法采用小于第一临界角(27.6度)的偏心距，使用线聚焦超声波探头进行扫查，使横波能够刚好与内壁相切，这时管材中横波与纵波并存，发现缺陷后，先假定是横波发现，再利用对称位置是否能出现缺陷波验证，如在对称位置出现则按横波计算，按下面公式(3)计算出缺陷位置CS，其中式中AS为折射横波声程，如在对称位置未出现缺陷波则可判定是纵波发现的缺陷，则按折射纵波理论计算缺陷位置，仍按下面公式(4)计算，其中式中AS为纵波声程，另外一种方法是：出现缺陷时，首先采用纯横波的检测探头进行检测，发现缺陷按纯横波计算，式中AS为纯横波声程，如未发现缺陷，用小于第一临界角探头检测发现缺陷后仍按公式(4)计算CS，其中式中AS为折射横波声程，第三种方法是，利用缺陷转到直射纵波位置时进行验证，最终按直射纵波准确对缺陷进行定位(即直接从仪器中读出缺陷位置)。

如图1，缺陷S点的位置即距外表面距离CS＝R-OS

$\mathrm{OS}=\sqrt{R^2+{\mathrm{AS}}^2+2\mathrm{COS}{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{LS}}}...\left(4\right)$

缺陷定量

根据厚壁管材的具体型号，制作相应的对比试块，即制作不同当量直径、不同生程的一套对比试块，发现缺陷后，根据实际声程，找出相同或相近试块进行比较，可实现对缺陷进行准确定量。试块形状图2、图3所示。

Claims (1)

1.变壁、厚壁管材超声波检测方法，其特征在于，检测方法如下：采用工件转动，检测车水平移动，多通道超声波检测主机，利用多个纵波直射和折射横波超声波探头分别进行沿径向、周向对缺陷进行扫查，直射探头一直保持径向入射，产生折射横波的探头通过调整偏心距控制入射角，使折射角为10-45°，检测出管材各个方向上的缺陷，并对发现的缺陷进行准确定位、定量；

缺陷定位：采用小于第一临界角的偏心距，线聚焦超声波探头进行扫查，使横波与内壁相切，这时管材中横波与纵波并存，发现缺陷，先假定是横波发现，再利用对称位置是否能出现缺陷波验证，如在对称位置出现则按横波计算，如在对称位置未出现缺陷波则可判定是纵波发现的缺陷，则按折射纵波理论计算缺陷位置；或采用另一种缺陷定位方法：出现缺陷时，首先采用纯横波的检测探头进行检测，发现缺陷按纯横波计算，如未发现缺陷，用小于第一临界角探头检测发现缺陷后仍按纯横波公式计算；或采用第三种缺陷定位方法：利用缺陷转到直射纵波位置时进行验证，最终按直射纵波准确对缺陷进行定位，即直接从仪器中读出缺陷位置；

缺陷定量：根据厚壁管材的具体型号，制作相应的对比试块，即制作不同当量直径、不同声程的一套对比试块，发现缺陷后，根据实际声程，找出相同或相近试块进行比较，可实现对缺陷进行准确定量。

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