CN101832973A - 一种船用钢焊缝相控阵超声波检测工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种船用钢焊缝相控阵超声波检测工艺方法，其特征在于：所述的方法包括以下步骤，a、检测设备的准备；b、清除被探测物表面和探头移动区的飞溅、锈蚀、油垢，并在被探测物表面和探头移动区涂抹耦合剂；c、选择反射角度和发射深度进行扫查；d、扫查完毕后输入数据或扫查图像；e、根据检测数据或扫查图像分析扫查区域；f、对焊缝的质量进行评定。本发明可进行无损害的焊缝检测，并能达到速度、精度、分辨率和可靠性均比现有技术高的要求，填补了国内船舶行业相控阵技术研究应用的空白，可以直接应用于潜艇壳体、弹用航空发动机质量检测，弥补传统超声波检测的不足，或与其他检测技术形成有效的互补，可以使得产品质量检测工艺更趋完善，增强产品检测技术可靠性。

Description

一种船用钢焊缝相控阵超声波检测工艺方法

技术领域：

本发明涉及船舶和压力容器管道的技术领域，具体地说是一种船用钢焊缝相控阵超声波检测工艺方法。

技术背景：

相控阵超声波检测技术在欧美等发达国家已被广泛应用，如加拿大和法国的水电、核电设备制造检验和在役检验中大多采用此技术，并有逐步取代射线检测的趋势，大大降低了检测成本和生产周期。目前相控阵超声波检测技术在国内尚处于起步阶段，虽然最近几年从国外引进了一些设备，但其应用还是相当简单，如在西气东输项目管道检测方面有一些应用的例证，在军品复杂形状或特殊材料零部件检测方面还没有广泛应用，相控阵超声波检测技术所具有的出色的检测能力尚未得到发挥。而在我国军工产品生产中有许多零部件具有质量等级高、形状复杂、材料特殊等特性，常规超声波检测或射线检测对有些零部件往往难以准确、快速地进行检测和评价。

虽然常规超声波或射线检测已经是比较成熟的检测技术，但对具有特殊要求的零部件其检测效果还是难以令人满意的。例如：在焊缝检测方面，国内潜艇壳体高强度钢对接焊缝、奥氏体不锈钢杯形节点的检测，仍然采用最传统的检测方法，即100％射线检测、100％超声波检测和100％表面检测。如射线进行检测，其缺陷检出率往往受板厚、焦点尺寸、缺陷位置和取向等因素影响而不易达到检出效果，特别是上部缺陷，在底片上的几何不清晰度往往会超出标准范围；采用常规超声波探伤，由于声波在材质中的衰减造成缺陷信号的信噪比较低，往往难以区分缺陷信号和伪缺陷信号，而且常规检测速度慢又容易造成漏检和误判，随着军工产品技术发展，产品质量要求越来越高，军方和生产厂家对无损检测技术方面提出了高速度、高精度、高分辨率、高可靠性的“四高”要求。

发明内容：

本发明的目的在于研究出一种船用钢焊缝相控阵超声波检测工艺方法，它可进行无损检测，并能达到速度、精度、分辨率和可靠性均比现有技术高的要求。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种船用钢焊缝相控阵超声波检测工艺方法，其特征在于：所述的方法包括以下步骤，a、检测设备的准备；b、清除被探测物表面和探头移动区的飞溅、锈蚀、油垢，并在被探测物表面和探头移动区涂抹耦合剂；c、选择反射角度和发射深度进行扫查；d、扫查完毕后输入数据或扫查图像；e、根据检测数据或扫查图像分析扫查区域；f、对焊缝的质量进行评定。

本发明可进行无损害的焊缝检测，并能达到速度、精度、分辨率和可靠性均比现有技术高的要求，填补了国内船舶行业相控阵技术研究应用的空白，研究成果可以直接应用于潜艇壳体、弹用航空发动机质量检测，弥补传统超声波检测的不足，或与其他检测技术形成有效的互补，可以使得产品质量检测工艺更趋完善，增强产品检测技术可靠性。并可有效地缩短检测周期，降低人员成本，提高检测效率和质量控制水平。

具体实施方式：

下面对本发明作具体的描述。

本发明为一种船用钢焊缝相控阵超声波检测工艺方法，其特征在于：所述的方法包括以下步骤，a、检测设备的准备；b、清除被探测物表面和探头移动区的飞溅、锈蚀、油垢，并在被探测物表面和探头移动区涂抹耦合剂；c、选择反射角度和发射深度进行扫查；d、扫查完毕后输入数据或扫查图像；e、根据检测数据或扫查图像分析扫查区域；f、对焊缝的质量进行评定。具体实施时步骤a中的检测设备的准备包括选用超声波主机：FOCUS 32/64，探头：5MHz、32晶片线阵列，手动编码扫查器、分线器(为TOFD技术配置)、计算机系统：windows 2000操作系统、软件：TOMSCAN 2.4R1，试块，试块包括标准试块和参考试块，这些设备包括其中的软件均为现有技术，探头推荐采用：5MHz、32晶片线阵列线阵列探头，当晶片长度和线阵列宽度符合

公式要求时，其技术性能指标最优；试块中的标准试块采用国际焊接学会(IIW)试块，用于测定相控阵系统、探头性能以及调节相控阵系统时基扫描范围；试块中的参考试块尽可能采用与被检件原材料同等级或相同材料制作，且含有焊缝。焊缝的制作应与被检件的焊接程序相同，即参考试块与被检试件的焊缝在超声波特性有较大影响的参数(热输入功，熔敷比率，施焊道数等)上相一致，参考试块的表面状况应与被检件的典型状况相似；关于步骤b中的耦合剂可选用常用的机油、甘油或化学浆糊(C.M.C)。关于步骤c中的扫查类型：共包括三种类型扫查方式：扇形扫查、深度扫查或线性扫查中的一种或它们中的任意组合；对脉冲回波，英文缩写为PE来说，采用扇形扫查，对超声时差延射技术英文缩写为TOFD技术来说，采用线性扫查。

反射角度的选择：根据检测的板厚和检测要求设置角度范围上下限值，角度设置的原则是保证角度范围的上下限能够覆盖整个焊缝检测面，聚焦规则的数量步进值，可以根据检测要求而定，聚焦规则数量越多，采集的数据量越大。

发射深度的设置：对脉冲回波，英文缩写为PE来说，保证两次波的灵敏度为前提，通常设为略大于2倍的母材厚度，对超声时差延射技术英文缩写为TOFD来说，在保证主声束角度的前提下尽可能增大扩散角，衍射效应才会越明显，所以可以将深度设置在一较远的距离处(比如500mm)。扫查区域表面的凸凹不平的形状以及局部变化的轮廓须保证探头与扫查表面之间的间隙不能大于0.5mm。若有需要，应进行少量的打磨以确保表面光洁。对扫查表面以及声束的反射表面，如经过机加工后，表面粗糙度Ra不超过6.3μm，经过喷砂后，不超过12.5μm，则可认为是满足要求。实施例检测的环境温度：摄氏20度，相对湿度：小于95％，电源功率：220V、50A，适用范围本工艺适用于现用高强度钢，材料板厚16mm至60mm制作的壳体板的对接焊缝焊接接头超声波检测。本工艺不适用于铸钢焊接对接接头、内径小于或等于200mm的纵向对接接头的超声波检测。步骤d中扫查完毕，输入保存的数据或图像，进行检测数据或图像的分进而进行焊缝质量的评定探头类型设置：包括线阵列、环阵列相控阵探头两种选择。此外还有斜交角的设置：通常为90°、270°根据检测的收发方式，探头同扫查轴的夹角而定。(如选用斜交角为90°，斜交角为270°，TOFD的斜交角为90°)探头晶片数量设置：根据检测探头而定。受检工件的设置，PE采用的是折射横波，TOFD采用的是折射纵波，声速根据材料声速要作相应的设置。检测时机：当被测物体板厚≤50mm时，应在焊后24小时后进行。如有结构特殊要求，经协商后在焊后48小时以后进行。将探头移动至焊缝边缘(如起始扫查点位置位15.5mm)，进行粗探伤，在粗探伤时，为了防止缺陷的漏检，在不影响信噪比的前提下，应在探伤灵敏度基础上提高6dB。将光标放在PE扫描图上像素差出现最大的位置上，由光标轴线的位置、方位、深度、状况等来判断是否为缺陷回波，对确定是焊缝中缺陷时，应在焊缝的表面上作出缺陷部位标记，然后进行精探伤，精探伤的部位，以粗探伤中所标记的缺陷部位作为探伤的对象；进入数据或图像分析，所有的数据或图像分析可以在脱机状态下进行，在扇形扫查中超声轴就是按真实深度来显示的，首先将光标移动至缺陷，从扇形扫查PE或TOFD的图像上很容易得到其深度，TOFD图像上显示距离试板表面的距离，在扇形扫查中显示为一次反射波距离。采用常规超声的测长方法即6dB法，移动光标，使扫描脉冲回波高度降低一半，即可显示其指示长度以及距离端点的距离，同时从扫描上直接读出该缺陷距离焊缝中心线的距离，这样便拥有了常规超声波检测所需的全部信息。焊缝质量的评定超过标准要求的缺陷应判断是否具有裂纹等危害性缺陷特征，并结合缺陷位置，动态波形及工艺特征作判定。如不能作出准确判断应辅以射线或其他方法作综合评定。质量分级根据缺陷图被检验人员判定为裂纹、未熔合、未焊透等危害性缺陷，不论其指示长度和缺陷当量的多少，均评定为不合格。对不合格的缺陷必须在被检焊缝边上作出缺陷沿焊接接头方向的位置、缺陷深度、长度及距焊缝中心的距离等明显标记，以便于返修。缺陷复探长度应超过返修长度二端各50mm。焊接接头质量分级按验收标准规范要求的规定进行，这些验收标准规范大都采用行业中具有代表性的企业标准。

Claims (4)

1.一种船用钢焊缝相控阵超声波检测工艺方法，其特征在于：所述的方法包括以下步骤，a、检测设备的准备；b、清除被探测物表面和探头移动区的飞溅、锈蚀、油垢，并在被探测物表面和探头移动区涂抹耦合剂；c、选择反射角度和发射深度进行扫查；d、扫查完毕后输入数据或扫查图像；e、根据检测数据或扫查图像分析扫查区域；f、对焊缝的质量进行评定。

2.根据权利要求1所述的一种船用钢焊缝相控阵超声波检测工艺方法，其特征在于：步骤a、检测设备的准备包括选用超声波主机：FOCUS 32/64，探头：5MHz、32晶片线阵列，手动编码扫查器、分线器；计算机系统：windows 2000操作系统、软件：TOMSCAN 2.4R1。

3.根据权利要求1所述的一种船用钢焊缝相控阵超声波检测工艺方法，其特征在于：步骤b中的耦合剂为机油、甘油或化学浆糊。

4.根据权利要求1所述的一种船用钢焊缝相控阵超声波检测工艺方法，其特征在于：步骤c中的扫查为，扇形扫查、深度扫查或线性扫查中的一种或它们中的任意组合。