CN103235045B - 用于钢管埋弧焊焊缝自动超声波检测的校准试块 - Google Patents
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Abstract
一种用于钢管埋弧焊焊缝自动超声波检测的校准试块，检测闸门设置用人工缺陷包括位于焊缝中心的竖通孔和距离焊趾为壁厚的30％并且不得超出最小为5mm，最大为10mm范围的竖通孔，分层缺陷检测用人工缺陷包括母材内表面平底孔，横向缺陷检测用人工缺陷包括焊缝外表面横向刻槽和内表面横向刻槽；当油气输送钢管的壁厚范围在6≤t≤11.9mm内时，纵向缺陷检测用人工缺陷包括焊缝外表面焊趾部位纵向刻槽和内表面焊趾部位纵向刻槽。本发明通过对油气输送钢管制造过程中埋弧焊焊缝自动超声波检测用试块的设计，利用分区检测技术，确保被检测焊缝在一定宽度范围和整个壁厚范围内100％的检测。
Description
技术领域
本发明涉及无损检测技术领域，尤其是涉及一种用于钢管埋弧焊焊缝自动超声波检测的校准试块。
背景技术
随着油气输送钢管口径、厚壁和钢级不断提高，特别是埋弧焊钢管在实际中的广泛应用，已经批量使用的埋弧焊钢管最大规格分别为Ф1219×18.4mm、Ф1219×33mm、Ф1016×38mm和Ф762×31.8mm，钢级分别为X80和X70，每根钢管焊缝约95-97％的长度应用自动超声波检测。目前使用的油气输送钢管自动超声波检测规范或标准有ISO10893-11、EN10246-9、SY/T6423.2、ISO3183、APISPEC5L、GB/T9711、DNV-OS-F101等，这些标准或规范中对检测用试块着重考虑了内外表面厚度部分(内外表面厚度大约为探头有效声束宽度的一半，一般油气输送钢管埋弧焊焊缝自动超声波检测使用探头有效声束宽度约为12mm)的缺陷检测，并未考虑内外表面厚度部分以外的缺陷检测。本发明就是发明一种油气输送钢管制造过程中埋弧焊焊缝自动超声波检测方法中使用的试块和目标缺陷合理设计，利用分区检测技术，实现被检测焊缝(包括热影响区)在一定宽度范围和整个壁厚范围内100％检测。
发明内容
本发明的目的在于设计一种用于钢管埋弧焊焊缝自动超声波检测的校准试块，解决上述问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种用于钢管埋弧焊焊缝自动超声波检测的校准试块，包括纵向缺陷检测用人工缺陷、横向缺陷检测用人工缺陷、分层缺陷检测用人工缺陷和检测闸门设置用人工缺陷；所述检测闸门设置用人工缺陷包括位于焊缝中心的竖通孔和距离焊趾为壁厚的30％并且不得超出最小为5mm，最大为10mm范围的竖通孔，所述分层缺陷检测用人工缺陷包括母材内表面平底孔，所述横向缺陷检测用人工缺陷包括焊缝外表面横向刻槽和内表面横向刻槽；当所述油气输送钢管的壁厚范围在6≤t≤11.9mm内时，所述纵向缺陷检测用人工缺陷包括焊缝外表面焊趾部位纵向刻槽和内表面焊趾部位纵向刻槽。
当所述油气输送钢管的壁厚范围在12≤t≤17.9mm内时，所述纵向缺陷检测用人工缺陷还包括在所述位于钢管焊缝壁厚50％位置，垂直于钝边的平底孔。
当所述油气输送钢管的壁厚范围在18≤t≤23.9mm内时，所述纵向缺陷检测用人工缺陷还包括在所述位于钢管焊缝壁厚40％和60％位置，垂直于坡口面或钝边的平底孔。
当所述油气输送钢管的壁厚范围在24≤t≤29.9mm内时，所述纵向缺陷检测用人工缺陷还包括在所述位于钢管焊缝壁厚30％、50％和70％位置，垂直于坡口面和钝边的平底孔。
当所述油气输送钢管的壁厚范围在30≤t≤35.9mm内时，所述纵向缺陷检测用人工缺陷还包括在所述位于钢管焊缝壁厚25％、42％、58％和75％位置，垂直于坡口面或钝边的平底孔。
当所述油气输送钢管的壁厚范围在36≤t≤41.9mm内时，所述纵向缺陷检测用人工缺陷还包括在所述位于钢管焊缝壁厚20％、36％、50％、64％和80％位置，垂直于坡口面和钝边的平底孔。
本发明设计了一种油气输送钢管制造过程中埋弧焊焊缝自动超声波检测用试块。通过对试块的设计，解决了油气输送钢管在制造过程中埋弧焊焊缝(包括热影响区)在一定宽度范围和整个厚度范围内100％的被检测。
本发明的有益效果可以总结如下：
1，本发明通过对油气输送钢管制造过程中埋弧焊焊缝(包括热影响区)自动超声波检测用试块的设计，利用分区检测技术，确保被检测焊缝(包括热影响区)在一定宽度范围和整个壁厚范围内100％的检测。
2，本发明结构简单，制造成本低廉。
附图说明
图1为焊缝坡口及目标反射体一侧示意图；
图2为内外表面设置的纵向刻槽一侧示意图；
图3为上下坡口面设置1个平底孔一侧示意图；
图4为上下坡口面设置2个平底孔一侧示意图；
图5为钝边处设置1个平底孔一侧示意图；
图6为钝边处设置2个平底孔一侧示意图；
图7为焊缝中心设置的竖通孔示意图；
图8为距焊趾一定距离处设置竖通孔一侧示意图；
图9为内外表面设置的横向刻槽示意图；
图10为内表面距焊趾一定距离处设置平底孔一侧示意图；
图11为壁厚范围在6≤t≤11.9mm内校准试块设计示意图；
图12为壁厚范围在12≤t≤17.9mm内校准试块设计示意图；
图13为壁厚范围在18≤t≤23.9mm内校准试块设计示意图；
图14为壁厚范围在24≤t≤29.9mm内校准试块设计示意图；
图15为壁厚范围在30≤t≤35.9mm内校准试块设计示意图；
图16为壁厚范围在36≤t≤41.9mm内校准试块设计示意图。
其中，图11-16中：
11、14为外侧纵向刻槽；
12、13为内侧纵向刻槽；
211、212、221、222、223、224为钝边处平底孔；
231、234、241、242、247、248为上坡口处平底孔；
232、233、243、244、245、246为下坡口处平底孔；
31、33为焊趾一定距离的竖通孔；
32为位于焊缝中心的竖通孔；
41为外侧横向刻槽；
42为内侧横向刻槽；
51、52为内侧平底孔。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图11至图16所示的一种用于钢管埋弧焊焊缝自动超声波检测的校准试块，包括纵向缺陷检测用人工缺陷、横向缺陷检测用人工缺陷、分层缺陷检测用人工缺陷和检测闸门设置用人工缺陷；所述检测闸门设置用人工缺陷包括位于焊缝中心的竖通孔和距离焊趾为壁厚的30％并且不得超出最小为5mm，最大为10mm范围的竖通孔，所述分层缺陷检测用人工缺陷包括母材内表面平底孔，所述横向缺陷检测用人工缺陷包括焊缝外表面横向刻槽和内表面横向刻槽；当所述油气输送钢管的壁厚范围在6≤t≤11.9mm内时，所述纵向缺陷检测用人工缺陷包括焊缝外表面焊趾部位纵向刻槽和内表面焊趾部位纵向刻槽。
当所述油气输送钢管的壁厚范围在12≤t≤17.9mm内时，所述纵向缺陷检测用人工缺陷还包括在所述位于钢管焊缝壁厚50％(1/2)位置，垂直于钝边(“X”型坡口)的平底孔。
当所述油气输送钢管的壁厚范围在18≤t≤23.9mm内时，所述纵向缺陷检测用人工缺陷还包括在所述位于钢管焊缝壁厚40％(约1/3)和60％(约2/3)位置，垂直于坡口面或钝边(“X”型坡口)的平底孔。
当所述油气输送钢管的壁厚范围在24≤t≤29.9mm内时，所述纵向缺陷检测用人工缺陷还包括在所述位于钢管焊缝壁厚30％(约1/4)、50％(2/4)和70％(约3/4)位置，垂直于坡口面和钝边(“X”型坡口)的平底孔。
当所述油气输送钢管的壁厚范围在30≤t≤35.9mm内时，所述纵向缺陷检测用人工缺陷还包括在所述位于钢管焊缝壁厚25％(约1/5)、42％(约2/5)、58％(约3/5)和75％(约4/5)位置，垂直于坡口面或钝边(“X”型坡口)的平底孔。
当所述油气输送钢管的壁厚范围在36≤t≤41.9mm内时，所述纵向缺陷检测用人工缺陷还包括在所述位于钢管焊缝壁厚20％(约1/6)、36％(约2/6)、50％(3/6)、64％(约4/6)和80％(约5/6)位置，垂直于坡口面和钝边(“X”型坡口)的平底孔。
在某个具体的实施例中，其具体实施过程如下：
试块设计的基本方法
试块中目标反射体的类型根据被检钢管的壁厚、焊缝坡口形式(一般使用“X”型坡口)设计如图1所示。试块中目标反射体的孔(平底孔和竖通孔)和槽(V型槽或N型槽)的尺寸(孔径和槽深)选择应依据每个区域的高度，典型的区域高度应为6mm。试块设计时从外表面开始，沿坡口依次向下、双侧对称设计。目标反射体分布应为：外表面纵向目标反射体、上坡口目标反射体、钝边区域目标反射体、下坡口目标反射体、内表面纵向目标反射体、焊缝中心竖通孔、距焊趾一定距离的竖通孔、外表面横向目标反射体、内表面横向目标反射体、内表面母材目标反射体。如有特殊要求，还可以加入附加目标反射体。
目标反射体的设计
a)内外表面纵向目标反射体用来模拟内外表面的表面未熔合和咬边等缺陷。目标反射体为刻槽，长度为15mm～25mm(一般探头宽度1.5倍)，深度为5％壁厚(最大为1.5mm，最小为0.3mm)，宽度约为1mm，刻槽与表面之间的角度为0°～10°如图2所示。
说明：深度5％壁厚(最大为1.5mm，最小为0.3mm)，长度15-25mm(一般探头宽度1.5倍)。
b)上坡口目标反射体的类型(一般为X型)。上坡口目标反射体通常采用Ф2mm～3mm的平底孔，用于模拟坡口未熔合等缺陷。上坡口目标反射体若1个时设置平底孔的原则：设置的平底孔角度与坡口面垂直，位于壁厚1/5位置偏下或1/4位置偏下(25％和30％处)如图3所示。上坡口目标反射体若2个时设置平底孔的原则：设置的平底孔角度与坡口面垂直，位于壁厚1/6位置偏下和2/6位置偏下(20％和36％处)如图4所示。
c)钝边区域目标反射体应与钝边垂于，目标反射体为平底孔，平底孔的直径为2mm～3mm。平底孔分布在钝边区域的中心或平分钝边区域，用于模拟中间未焊透等缺陷。钝边区域目标反射体若1个时设置平底孔的原则：设置的平底孔角度与钝边坡口面垂直，位于壁厚1/2位置(50％处)如图5所示。钝边区域目标反射体若2个时设置平底孔的原则：设置的平底孔角度与钝边坡口面垂直，位于壁厚1/3位置偏下和2/3位置偏上(40％和60％处)及2/5位置偏下和3/5位置偏上(42％和58％处)如图6所示。
d)下坡口目标反射体的类型(一般为X型)。下坡口目标反射体通常采用Ф2mm～3mm的平底孔，用于模拟坡口未熔合等缺陷。下坡口目标反射体若1个时设置平底孔的原则：设置的平底孔角度与坡口面垂直，位于壁厚3/4位置偏上或3/5位置偏上(70％和75％处)如图3所示。下坡口目标反射体若2个时设置平底孔的原则：设置的平底孔角度与坡口面垂直，位于壁厚4/6位置偏上和5/6位置偏上(64％和80％处)如图4所示。
e)焊缝中心竖通孔使用Ф1.6mm的竖通孔，主要用于调节检测灵敏度，设置闸门长度(终点位置)，保证一定检测灵敏度和被检测焊缝一定宽度范围的覆盖如图7所示。
f)距焊趾一定距离的竖通孔使用Ф3.2mm的竖通孔，主要用于设置闸门长度(起点位置)，保证被检测焊缝一定宽度的覆盖。一般地距离焊趾为壁厚30％(最大为10mm，最小为5mm)如图8所示。
g)内外表面横向目标反射体用来检测横向缺陷等。目标反射体为横向刻槽，长度与内外焊缝宽度相同，深度为3％壁厚(最大为1.2mm，最小为0.3mm)，宽度约为1mm，刻槽与表面焊缝垂直如图9所示。
说明：深度3％壁厚(最大为1.2mm，最小为0.3mm)，长度与内外焊缝宽度相同。h)内表面母材目标反射体用于调节焊缝两侧距离焊缝25mm范围内分层缺陷的检测灵敏度，平底孔通常埋藏深度为壁厚的1/2-3/4，直径为6.0mm如图10所示。
试块的设计
试块设计的目的是保证超声波声束覆盖整个被检测焊缝区域。在设计试块之前必须从制造商处获得焊接坡口类型和使用探头的有效声束宽度，一般的埋弧焊钢管焊缝一般采用“X”型坡口，通常使用2.5P10×12K2探头在100mm处的有效声束宽度约为12-15mm。在设计试块时应将壁厚划分为6个档：6≥t≤11.9mm；12≥t≤17.9mm；18≥t≤23.9mm；24≥t≤29.9mm；30≥t≤35.9mm；36≥t≤41.9mm。
在试块上将目标反射体按照纵向缺陷、横向和分层缺陷进行布置。纵向缺陷一侧按照外表面刻槽、上坡口平底孔、钝边平底孔、下坡口平底孔、内表面刻槽、距焊趾一定距离竖通孔和焊缝中心竖通孔，纵向缺陷另一侧按照焊缝中心竖通孔、距焊趾一定距离竖通孔、内表面刻槽、下坡口平底孔、钝边平底孔、上坡口平底孔、外表面刻槽，横向缺陷按照外表面刻槽和内表面刻槽，分层缺陷按照距离焊趾一定距离内表面平底孔。邻近人工反射体应互不干扰，通常反射体间距为15mm～25mm，一般选择为20mm，典型试块的设计如图11～16所示。
以上通过具体的和优选的实施例详细的描述了本发明，但本领域技术人员应该明白，本发明并不局限于以上所述实施例，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种用于钢管埋弧焊焊缝自动超声波检测的校准试块，其特征在于，包括纵向缺陷检测用人工缺陷、横向缺陷检测用人工缺陷、分层缺陷检测用人工缺陷和检测闸门设置用人工缺陷；所述检测闸门设置用人工缺陷包括位于焊缝中心的竖通孔和距离焊趾为壁厚的30％并且不得超出最小为5mm，最大为10mm范围的竖通孔，所述分层缺陷检测用人工缺陷包括母材内表面平底孔，所述横向缺陷检测用人工缺陷包括焊缝外表面横向刻槽和内表面横向刻槽；当油气输送钢管的壁厚范围在12≤t≤17.9mm内时，所述纵向缺陷检测用人工缺陷包括焊缝外表面焊趾部位纵向刻槽和内表面焊趾部位纵向刻槽，所述纵向缺陷检测用人工缺陷还包括位于钢管焊缝壁厚50％位置，垂直于钝边的平底孔。
2.一种用于钢管埋弧焊焊缝自动超声波检测的校准试块，其特征在于，包括纵向缺陷检测用人工缺陷、横向缺陷检测用人工缺陷、分层缺陷检测用人工缺陷和检测闸门设置用人工缺陷；所述检测闸门设置用人工缺陷包括位于焊缝中心的竖通孔和距离焊趾为壁厚的30％并且不得超出最小为5mm，最大为10mm范围的竖通孔，所述分层缺陷检测用人工缺陷包括母材内表面平底孔，所述横向缺陷检测用人工缺陷包括焊缝外表面横向刻槽和内表面横向刻槽；当油气输送钢管的壁厚范围在18≤t≤23.9mm内时，所述纵向缺陷检测用人工缺陷包括焊缝外表面焊趾部位纵向刻槽和内表面焊趾部位纵向刻槽，所述纵向缺陷检测用人工缺陷还包括位于钢管焊缝壁厚40％和60％位置，垂直于坡口面或钝边的平底孔。
3.一种用于钢管埋弧焊焊缝自动超声波检测的校准试块，其特征在于，包括纵向缺陷检测用人工缺陷、横向缺陷检测用人工缺陷、分层缺陷检测用人工缺陷和检测闸门设置用人工缺陷；所述检测闸门设置用人工缺陷包括位于焊缝中心的竖通孔和距离焊趾为壁厚的30％并且不得超出最小为5mm，最大为10mm范围的竖通孔，所述分层缺陷检测用人工缺陷包括母材内表面平底孔，所述横向缺陷检测用人工缺陷包括焊缝外表面横向刻槽和内表面横向刻槽；当油气输送钢管的壁厚范围在24≤t≤29.9mm内时，所述纵向缺陷检测用人工缺陷包括焊缝外表面焊趾部位纵向刻槽和内表面焊趾部位纵向刻槽，所述纵向缺陷检测用人工缺陷还包括位于钢管焊缝壁厚30％、50％和70％位置，垂直于坡口面和钝边的平底孔。
4.一种用于钢管埋弧焊焊缝自动超声波检测的校准试块，其特征在于，包括纵向缺陷检测用人工缺陷、横向缺陷检测用人工缺陷、分层缺陷检测用人工缺陷和检测闸门设置用人工缺陷；所述检测闸门设置用人工缺陷包括位于焊缝中心的竖通孔和距离焊趾为壁厚的30％并且不得超出最小为5mm，最大为10mm范围的竖通孔，所述分层缺陷检测用人工缺陷包括母材内表面平底孔，所述横向缺陷检测用人工缺陷包括焊缝外表面横向刻槽和内表面横向刻槽；当油气输送钢管的壁厚范围在30≤t≤35.9mm内时，所述纵向缺陷检测用人工缺陷包括焊缝外表面焊趾部位纵向刻槽和内表面焊趾部位纵向刻槽，所述纵向缺陷检测用人工缺陷还包括位于钢管焊缝壁厚25％、42％、58％和75％位置，垂直于坡口面或钝边的平底孔。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Owner name: CHINA NATIONAL OFFSHORE OIL DEEP SEA DEVELOPMENT C Effective date: 20130923 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20130923 Address after: 100101 Beijing city Chaoyang District Huizhong Building No. 103 room 1901 Rock era B Applicant after: BEIJING LONGSHINE OIL TUBULAR TECHNOLOGY Co.,Ltd. Applicant after: CNOOC DEEPWATER DEVELOPMENT Ltd. Address before: 100101 Beijing city Chaoyang District Huizhong Building No. 103 room B1901 Rock Era Applicant before: BEIJING LONGSHINE OIL TUBULAR TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20230110 Address after: 100007 Oil Mansion, 9 North Avenue, Dongcheng District, Beijing, Dongzhimen Patentee after: CHINA NATIONAL PETROLEUM Corp. Patentee after: China Petroleum Engineering Materials Research Institute Co.,Ltd. Patentee after: BEIJING LONGSHINE OIL TUBULAR TECHNOLOGY Co.,Ltd. Patentee after: CNOOC DEEPWATER DEVELOPMENT Ltd. Address before: Room 1901, Block B, Luoke Times, Building 103, Huizhongli, Chaoyang District, Beijing 100101 Patentee before: BEIJING LONGSHINE OIL TUBULAR TECHNOLOGY Co.,Ltd. Patentee before: CNOOC DEEPWATER DEVELOPMENT Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right |