CN103529125A - 大壁厚钢管埋弧焊缝超声波检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了大壁厚钢管埋弧焊缝超声波检测方法，属于埋弧焊管技术领域，其中采用四组探头，第一组探头检测焊缝下部的纵向缺陷，第二组探头检测焊缝上部的纵向缺陷，第三组探头检测焊缝内部的横向缺陷，第四组探头检测焊缝中部的横向缺陷。本发明的布局方式可以实现埋弧焊管全壁厚声束的覆盖，保证不漏检，其检测方法相比于射线检测具有灵敏度高，效率高，检测速度快，解决了大壁厚条件下的超声检测对未焊透、未熔合、不灵敏的缺点，经现场使用验证，效果良好，满足设计要求。

Description

大壁厚钢管埋弧焊缝超声波检测方法

技术领域

本发明属于埋弧焊管焊缝探伤检测技术领域。

背景技术

为保证埋弧焊钢管的质量，采用超声波自动探伤是检查和控制螺旋埋弧焊管焊缝质量十分经济有效的手段，也是近年来各重要钢管生产所必需的检测手段。

螺旋管自动探伤的原理是在空间螺旋曲线焊缝的两侧对称设有两排焊缝探头，焊缝探头发射超声波，超声波遇到钢管内缺陷反射回来，由该探头或其他探头接收，信号经控制系统分析后，描绘出缺陷形状。

在自动探伤过程中为了保证焊缝探头全部落在钢管上，与钢管外壁准确弥合，焊缝探头架多设计成空间板形或连杆结构，在螺旋管直径和壁厚变化时，要调整探头之间的距离和升降角度。 

生产实际中，一般采用X射线工业电视检查，但工业电视的灵敏度随着焊管的壁厚的增大而下降，而超声波检测技术则不受此限制。一般的手工超声波检测效率低，而常规的超声自动检测无法克服大壁厚钢管未熔合缺陷检测灵敏度低的缺点，因此，有必要设计一种适合检测大壁厚钢管各种缺陷的超声波自动检测方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种大壁厚钢管埋弧焊缝超声波检测方法，该检测方法可以实现埋弧焊管全壁厚声束的覆盖，保证不漏检，其检测方法相比于射线检测灵敏度高、准确度高、效率高、检测速度快、对未熔合缺陷灵敏，效果好，能成功地检测出各种焊接缺陷。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：大壁厚钢管埋弧焊缝超声波检测方法，其特征在于包括四组探头，四组探头沿钢管焊缝依次排列；

第一组探头包括1号探头和2号探头，分别对称相对设置于钢管焊缝两侧，1号探头和2号探头发射超声波的方向与钢管焊缝垂直，并且1号探头和2号探头发射的声束交错覆盖扫描范围为钢管焊缝下半部分；

第一组既发射超声波又接收超声波，工作循环分4个部分：1）1号探头以双晶模式自发自收工作，2号探头不工作，实现1号探头对焊缝的检测；2）1号探头不工作，2号探头以双晶模式自发自收工作，实现2号探头对焊缝的检测；3）1号探头和2号探头以单晶模式工作，1号探头发射，2号探头接受，实现两只探头相互之间的耦合监视；4）1号探头和2号探头以单晶模式工作，1号探头接受，2号探头发射，实现两只探头相互之间的耦合监视；

第二组探头包括3号探头和4号探头，分别对称相对设置于钢管焊缝两侧，3号探头和4号探头发射超声波的方向与钢管焊缝垂直，并且3号探头和4号探头发射的声束交错覆盖扫描范围为钢管焊缝上半部分；

第二组既发射超声波又接收超声波，工作循环分4个部分，其与第一组相同；

第三组探头包括5～8号探头,其中5号探头和6号探头为一对，对称相对设置于钢管焊缝两侧，并且与钢管焊缝向后成45度角布置，两者聚焦于焊缝下部；7号探头和8号探头为一对，对称相对设置于钢管焊缝两侧，并且与钢管焊缝向前成45度角布置，两者聚焦于焊缝上部；

第三组探头工作循环分4个部分：1）5号探头发射声束，6号探头接受，当焊缝下部存在横向缺陷时，5号探头发射的声束经缺陷反射被6号探头接受，完成检测工作；2）5号探头反射，8号探头接受，实现耦合监视；3）7号探头发射，8号探头接受，当焊缝上部存在横向缺陷时，7号探头发射的声束经缺陷反射被8号探头接受，完成检测工作；4）7号探头反射，6号探头接受，实现耦合监视；

第四组探头包括9～12号探头，均为聚焦探头，其中9号探头和10号探头为一对，布置于钢管焊缝的一侧，11号探头和12号探头为一对，布置于钢管焊缝的另一侧，9～12号探头发射超声波的方向与钢管焊缝垂直；

第四组探头用于焊缝中部存在缺陷或焊缝坡口面存在缺陷时，9号探头和11号探头发射的声束经缺陷反射，分别被10号探头和12号探头接收，实现检测。

对上述的方案作进一步说明，1～8探头为2.5P8×9k2普通超声波探头，采用φ1.6竖通孔100%作为参考灵敏度；9～12探头为4P13×13k2串列式聚焦探头，采用平行于焊缝方向的φ3.2平底孔100%作为参考灵敏度。

对上述的方案作进一步说明，所述大壁厚是指钢管壁厚大于等于18mm。

对上述的方案作进一步说明，所述钢管焊缝为螺旋焊缝或直线焊缝。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明主要是根据位于焊缝不同深度位置的缺陷特征，在焊缝两侧按照相应的工艺要求布置不同的横波探头和串列式探头，以及不同的布置方式，实现钢管焊缝全截面100%检测，成功的解决了埋弧焊管生产制造中手工超声波检测效率低，射线检测灵敏度较差等技术难题；本发明利用了超声波不同检测方式的混合应用，显著提高了焊缝中各种不同缺陷的检测灵敏度，降低了漏检概率，成功克服了以往自动超声波检测漏检概率高，虚警概率高的问题；本发明方法相比于射线检测具有灵敏度高，和手工超声波检测比较，效率高，检测速度快，又解决了一般的超声自动检测对大壁厚焊缝，焊缝截面中部未熔合或未焊透检测灵敏度低，漏检概率大的缺点。实现了大壁厚埋弧焊管全壁厚声束的覆盖，实施的效果良好，成功的检测出各种焊接缺陷。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明中探头在焊缝周围的布局示意图，其中：                                                

为1-12号探头的位置。

具体实施方式

本发明具体涉及一种大壁厚埋弧焊管超声波检测方法，主要用于壁厚大于等于18mm的螺旋缝埋弧焊管的焊缝缺陷检测。

如附图1所示，超声波探头的布局包括四组探头，四组探头沿钢管焊缝依次排列，钢管的前进方向为图1中向上的方向，表示钢管焊缝前方；

第一组探头包括1号探头和2号探头，分别对称相对设置于钢管焊缝两侧，1号探头和2号探头发射超声波的方向与钢管焊缝垂直，并且1号探头和2号探头发射的声束交错覆盖扫描范围内的钢管焊缝下半部分，主要用于检测焊缝下部的纵向缺陷；

第二组探头包括3号探头和4号探头，分别对称相对设置于钢管焊缝两侧，3号探头和4号探头发射超声波的方向与钢管焊缝垂直，并且3号探头和4号探头发射的声束交错覆盖扫描范围内的钢管焊缝上半部分，主要用于检测焊缝上部的纵向缺陷；

第三组探头包括5～8号探头,其中5号探头和6号探头为一对，对称相对设置于钢管焊缝两侧，并且与钢管焊缝向后成45度角布置，两者聚焦于焊缝下部，主要用于检测焊缝下部的横向缺陷，7号探头和8号探头为一对，对称相对设置于钢管焊缝两侧，并且与钢管焊缝向前成45度角布置，两者聚焦于焊缝上部，主要用于检测焊缝内部的横向缺陷；

第四组探头包括9～12号探头，其中9号探头和10号探头为一对，布置于钢管焊缝的一侧，11号探头和12号探头为一对，布置于钢管焊缝的另一侧，9～12号探头发射超声波的方向与钢管焊缝垂直，主要用于检测焊缝中部的缺陷。

上述的布局方式，保证用最少的探头，实现焊缝检测的全壁厚声束的全截面100%覆盖。

在附图1中，1～8探头为2.5P8×9k2普通超声波探头，采用φ1.6竖通孔100%作为参考灵敏度，9～12探头为4P13×13k2串列式聚焦探头，采用平行于焊缝方向的φ3.2平底孔100%作为参考灵敏度。

根据上述选好的探头，将不同的探头针对不同的参考反射体，调节探头到参考反射体的位置，找到最高波，调节增益，使波高达到屏幕的80%，然后设置报警闸门为屏幕的50%，移动设备使探头相对于钢管移动，在动态检测中，如果能识别各种人工参考反射体，那么此时的速度就是正常检测时所允许的的最大速度，正常检测时，不得超过上述速度，以保证检测效果。

根据上面的探头布置方式，第一组和第二组探头采用自发自收工作方式，第三组探头采用一发一收工作方式，第四组串列式探头为一发一收工作方式。具体的检测方法如下：

第一组既可以发射超声波也可以接收超声波，工作循环分4个部分：1）1号探头以双晶模式自发自收工作，2号探头不工作，实现1号探头对焊缝的检测；2）1号探头不工作，2号探头以双晶模式自发自收工作，实现2号探头对焊缝的检测；3）1号探头和2号探头以单晶模式工作，1号探头发射，2号探头接受，实现两只探头相互之间的耦合监视；4）1号探头和2号探头以单晶模式工作，1号探头接受，2号探头发射，实现两只探头相互之间的耦合监视；

第二组探头既可以发射超声波也可以接收超声波，工作循环分4个部分：1）3号探头以双晶模式自发自收工作, 4号探头不工作，实现3号探头对焊缝的检测；2）3号探头不工作，4号探头以双晶模式自发自收工作，实现4号探头对焊缝的检测；3）3号探头和4号探头以单晶模式工作，3号探头发射，4号探头接受，实现两只探头相互之间的耦合监视；4）3号探头和4号探头以单晶模式工作，3号探头接受，4号探头发射，实现两只探头相互之间的耦合监视；

第三组探头工作循环分4个部分：1）5号探头发射声束，6号探头接受，当焊缝下部存在横向缺陷时，5号探头发射的声束经缺陷反射被6号探头接受，完成检测工作；2）5号探头反射，8号探头接受，实现耦合监视；3）7号探头发射，8号探头接受，当焊缝上部存在横向缺陷时，7号探头发射的声束经缺陷反射被8号探头接受，完成检测工作；4）7号探头反射，6号探头接受，实现耦合监视；

第四组探头针对超声波检测对大壁厚条件下容易出现的特定的某些缺陷（如未焊透，坡口未熔合等）检测概率底下的问题，增加的一组探头，该组探头中，9号探头和11号探头发射的声束经缺陷反射，被10号探头和12号探头接收，实现检测。

本发明中的检测方法可以用的探伤装置，包括工作高度可调的运载小车、可以旋转的探头架、激光跟踪装置、连杆调节结构、多轴设计的探头靴和专用的串列探头靴。多轴设计的探头靴，使探头拥有多自由度，可以时刻紧贴钢管表面，专用的串列探头靴，保证探头与钢管耦合的同时调节简单。运载小车可以装载探头架延与钢管轴向平行方向运动。同时包含升降装置，可以根据钢管规格调节。运载小车、激光跟踪装置与探头架通过法兰盘连接。探头架有旋转结构，可以根据不同钢管做出35度调节，以保证探头发射的声束轴线与焊缝保持固定的相交角度。激光跟踪系统探头靴与焊缝相对位置的稳定。探头架上的螺杆可以实现探头与焊缝相对位置连续可调。探头靴不仅是夹持探头的装置，而且可以保护探头，大大延长探头使用寿命，同时特有的双轴设计可以使探头时刻帖附在钢管表面，保证耦合状态。

另外配合超声波激发接受电子设备、计算机控制及数据处理系统，机械设备带动探头以某一速度实施检测，当有缺陷超过参考灵敏度时，设备能自动报警，完成自动检测。 

Claims (4)

1.大壁厚钢管埋弧焊缝超声波检测方法，其特征在于包括四组探头，四组探头沿钢管焊缝依次排列；

第一组探头包括1号探头和2号探头，分别对称相对设置于钢管焊缝两侧，1号探头和2号探头发射超声波的方向与钢管焊缝垂直，并且1号探头和2号探头发射的声束交错覆盖扫描范围为钢管焊缝下半部分；

第一组既发射超声波又接收超声波，工作循环分4个部分：1）1号探头以双晶模式自发自收工作，2号探头不工作，实现1号探头对焊缝的检测；2）1号探头不工作，2号探头以双晶模式自发自收工作，实现2号探头对焊缝的检测；3）1号探头和2号探头以单晶模式工作，1号探头发射，2号探头接受，实现两只探头相互之间的耦合监视；4）1号探头和2号探头以单晶模式工作，1号探头接受，2号探头发射，实现两只探头相互之间的耦合监视；

第二组探头包括3号探头和4号探头，分别对称相对设置于钢管焊缝两侧，3号探头和4号探头发射超声波的方向与钢管焊缝垂直，并且3号探头和4号探头发射的声束交错覆盖扫描范围为钢管焊缝上半部分；

第二组既发射超声波又接收超声波，工作循环分4个部分，其与第一组相同；

第三组探头包括5～8号探头,其中5号探头和6号探头为一对，对称相对设置于钢管焊缝两侧，并且与钢管焊缝向后成45度角布置，两者聚焦于焊缝下部；7号探头和8号探头为一对，对称相对设置于钢管焊缝两侧，并且与钢管焊缝向前成45度角布置，两者聚焦于焊缝上部；

第三组探头工作循环分4个部分：1）5号探头发射声束，6号探头接受，当焊缝下部存在横向缺陷时，5号探头发射的声束经缺陷反射被6号探头接受，完成检测工作；2）5号探头反射，8号探头接受，实现耦合监视；3）7号探头发射，8号探头接受，当焊缝上部存在横向缺陷时，7号探头发射的声束经缺陷反射被8号探头接受，完成检测工作；4）7号探头反射，6号探头接受，实现耦合监视；

第四组探头包括9～12号探头，均为聚焦探头，其中9号探头和10号探头为一对，布置于钢管焊缝的一侧，11号探头和12号探头为一对，布置于钢管焊缝的另一侧，9～12号探头发射超声波的方向与钢管焊缝垂直；

第四组探头用于焊缝中部存在缺陷或焊缝坡口面存在缺陷时，9号探头和11号探头发射的声束经缺陷反射，分别被10号探头和12号探头接收，实现检测。

2.根据权利要求１所述的大壁厚钢管埋弧焊缝超声波检测方法，其特征在于1～8探头为2.5P8×9k2普通超声波探头，采用φ1.6竖通孔100%作为参考灵敏度；9～12探头为4P13×13k2串列式聚焦探头，采用平行于焊缝方向的φ3.2平底孔100%作为参考灵敏度。

3.根据权利要求１所述的大壁厚钢管埋弧焊缝超声波检测方法，其特征在于所述大壁厚是指钢管壁厚大于等于18mm。

4.根据权利要求１所述的大壁厚钢管埋弧焊缝超声波检测方法，其特征在于所述钢管焊缝为螺旋焊缝或直线焊缝。

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