CN103940906A - 一种能确定缺陷尺寸及位置参数的tofd检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种能确定焊缝缺陷尺寸和位置的TOFD检测方法,其先在焊缝的一侧放置一个发射探头,焊缝的另一侧放置两个接收探头,一个接收探头靠近焊缝;然后再建立一个椭圆的数学模型,并利用matlab软件编程计算求解。本发明增加一个接收探头,这样一个发射探头发射,两个接收探头接收缺陷端部衍射回波,对相关数据信息进行计算处理,即可得到产生衍射波的精确位置。对于一个连续的缺陷而言,得到缺陷的两端部位置,即可确定缺陷尺寸及位置参数;采用本发明方法能精确测定缺陷尺寸及位置参数,满足一些对带缺陷的重要部件的安全评估的数据精度要求,且能减少表面盲区。
Description
技术领域
本发明涉及一种能精确描述缺陷尺寸及位置参数的TOFD检测方法。
技术背景
衍射时差法(TOFD)是一种依靠从待检试件内部结构(主要是指缺陷)的“端角”和“端点”处得到的衍射能量来检测缺陷的方法。与常规超声脉冲回波检测技术相比TOFD能够提供更先进的缺陷检测和定量能力,所以目前TOFD技术作为一种标准的检测技术在锅炉和压力容器行业得到广泛的应用,同时也得到了ASME 2235,ASTM E2373-04,CEN ENV 583-6,BS7706等标准的认可。但目前的TOFD检测技术不能给出缺陷在工件中的截面分布,所能测量的缺陷尺寸是一种近似尺寸,建立在一定的假设基础上,而不是精确的缺陷尺寸,这些对于一些重要设备的安全评价而言,是不能满足要求的,因此有必要采用一些技术手段,能测量缺陷(尤其是一些危害性缺陷如裂纹等)的精确尺寸。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种方便、且能精确描述缺陷尺寸及位置参数的TOFD检测方法。
为解决上述技术问题,本发明所采取的技术方案是:一种能确定焊缝缺陷尺寸和位置的TOFD检测方法,该方法步骤如下:
1)在焊缝的一侧放置一个发射探头,焊缝的另一侧放置两个接收探头,分别为第一接收探头、第二接收探头,其中第一接收探头靠近焊缝;
2)建立一个数学模型
① 首先,定义以下参数,其中缺陷m上端为a,下端为b,其中以缺陷a点为例,确定其位置、尺寸;
D 被检工件厚度,为已知参数;
s 声波在工件中传播的声速,为已知参数;
c1 发射探头、第一接收探头间的距离的一半,为已知参数;
c2 发射探头、第二接收探头探头间的距离的一半,为已知参数;
h1 缺陷上端a距离工件上表面的尺寸,为所求参数;
L1 缺陷距离发射探头的水平尺寸,为所求参数;
ta1 发射探头发出的波到a的时间,为未知参数;
ta2 第一接收探头收到a点衍射波时间,为未知参数;
ta3 第二接收探头收到a点衍射波时间,为未知参数;
a1=(ta1+ta2)*s/2,从TOFD检测仪上获取,为已知参数;
a2=(ta1+ta3)*s/2,从TOFD检测仪上获取,为已知参数;
② 构建函数,确定缺陷的位置及尺寸
缺陷m位于由发射探头、第一接收探头为焦点的、长轴为2a=(ta1+ta2)*s=2*a1、焦距为2c=2*c1的椭圆上,且又位于由发射探头、第二接收探头为焦点的、长轴为2a=(ta1+ta3)*s=2*a2、焦距为2c=2*c2的椭圆上,因此确定两椭圆的交点坐标m(x,y)即可确定缺点的位置及尺寸;
令三个探头所在直线为x轴,y轴位于发射探头、第一接收探头中间,与x轴相垂直,由于缺陷位于发射探头、第一接收探头之间的焊缝上,所以 ,又缺陷仅位于探头的一侧,所以y仅正或仅负,令y仅有正值;则建立以发射探头、第一接收探头为焦点的椭圆方程如下,
以发射探头、第一接收探头为焦点的椭圆方程
以发射探头、第二接收探头为焦点的椭圆向x轴正向移动了z=c2-c1的距离,所以椭圆方程为
由式1、式2联立求解的x,y值,利用matlab软件编程计算求解,其中:
舍去不在(-c1,c1)的x值,即可求得a点的位置坐标,
y即为缺陷m到工件上表面的距离h1,
缺陷到发射探头的水平距离L1=x+c1;
③ 确定其他点的位置
同理可求解缺陷另一端b点位置的坐标,然后做出工件截面的缺陷分布位置图,并根据a、b点坐标获取缺陷相对于工件表面的倾斜程度;在TOFD数据分析中,对两个接收探头各自生成的D扫描灰度图上被认为是同一个缺陷产生的衍射回波位置进行标定,获取a1、a2参数,又c1、c2、s为检测时已知参数,即可根据上述参数计算出缺陷分布示意图。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于:
1)本发明在目前的TOFD检测基础上,增加一个接收探头,这样一个发射探头发射,两个接收探头接收缺陷端部衍射回波,对相关数据信息进行计算处理,即可得到产生衍射波的精确位置。对于一个连续的缺陷而言,得到缺陷的两端部位置,即可确定缺陷尺寸及位置参数;
2)本发明借助构建的椭圆方程以及利用matlab软件编程计算求解,整个确定过程方便、工作量小;采用本发明方法能精确测定缺陷尺寸及位置参数,满足一些对带缺陷的重要部件的安全评估的数据精度要求,且能减少表面盲区。
附图说明:
图1是3个探头的TOFD检测示意图;
图2是缺陷位置求解的数学计算模型;
图3是缺陷在工件截面位置的分布示意图;
其中,1、发射探头,2、第一接收探头,3、第二接收探头。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细的说明。
采用三个探头进行TOFD检测,其中一个发射探头1用于发射超声波,两个接收探头(2、3)用于接收缺陷衍射波,探头布置示意图如图1。由于该种定位计算方法无需假设焊缝在两个探头之间,因此探头的布置要求简单,仅需焊缝在发射探头和接收探头之间且能扫查到焊缝内部缺陷即可。在上述基础上可让一个接收探头比较靠近焊缝,这样可以增加近表面缺陷的超声波时长,减少近表面盲区。
使用三个探头进行检测:因为求解b点位置与求解a点位置相同,为简化分析,仅以求解缺陷上端a的位置尺寸进行计算,设定以下参数:
D 设被检工件厚度,为已知参数;
s 声波在工件中传播的声速,为已知参数;
c1 发射探头1、第一接收探头2间的距离的一半,为已知参数;
c2 发射探头1、第二接收探头3间的距离的一半,为已知参数;
h1 缺陷上端a距离工件上表面的尺寸,为所求参数;
L1 缺陷距离#1探头的水平尺寸,为所求参数;
ta1 探头1发出的波到a的时间,为未知参数;
ta2 探头2收到a点衍射波时间,为未知参数;
ta3 探头3收到a点衍射波时间,为未知参数;
a1=(ta1+ta2)*s/2,可以从TOFD检测仪上获取,为已知参数;
a2=(ta1+ta3)*s/2, 可以从TOFD检测仪上获取,为已知参数;
计算示意图如图2:由于缺陷m到发射探头1、第一接收探头2距离总和a1已知,到发射探头1、第二接收探头3的距离总和a2已知,所以缺陷m位于发射探头1、第一接收探头2为焦点的、长轴为2a=(ta1+ta2)*s=2*a1、焦距2c=2*c1的椭圆上。并且其又位于由发射探头1、第二接收探头3为焦点的、椭圆的长轴为2a=(ta1+ta3)*s=2*a2、焦距2c=*2c2的椭圆上,问题转化为求两椭圆的交点坐标m(x,y)的问题。令三个探头所在直线为x轴,y轴位于1、2号探头中间,与x轴相垂直,由于缺陷位于发射探头1、第一接收探头2之间的焊缝上,所以,又缺陷仅位于探头的一侧,所以y仅正或仅负,为方便计算,令y仅有正值。
建立以发射探头1、第一接收探头2为焦点的椭圆方程
以发射探头1、第二接收探头3为焦点的椭圆向x轴正向移动了z=c2-c1的距离,所以椭圆方程为
由式1、式2联立求解的x,y值,由于该方程相对复杂,利用matlab软件编程计算求解,其中:
舍去不在(-c1,c1)的x值,即可求得a点的位置坐标。
y即为缺陷m到工件上表面的距离h1,
缺陷到探头1的水平距离L1=x+c1。
同理可求解缺陷另一端b点位置的坐标。根据检测参数、工件参数、探头放置位置等,做出工件截面的缺陷分布位置图,并根据a、b点坐标获取缺陷相对于工件表面的倾斜程度。
在TOFD数据分析中,对两个接收探头各自生成的D扫描灰度图上被认为是同一个缺陷产生的衍射回波位置进行标定,获取a1、a2参数,又c1、c2、s为检测时已知参数,即可根据上述参数计算出如图3的缺陷分布示意图。
Claims (1)
1.一种能确定焊缝缺陷尺寸和位置的TOFD检测方法,其特征在于:该方法步骤如下:
1)在焊缝的一侧放置一个发射探头(1),焊缝的另一侧放置两个接收探头,分别为第一接收探头(2)、第二接收探头(3),其中第一接收探头(2)靠近焊缝;
2)建立一个数学模型,确定缺陷的位置及尺寸
① 首先,定义以下参数,其中缺陷m上端为a,下端为b,其中以缺陷a点为例,确定其位置、尺寸;
D 被检工件厚度,为已知参数;
s 声波在工件中传播的声速,为已知参数;
c1 发射探头(1)、第一接收探头(2)间的距离的一半,为已知参数;
c2 发射探头(1)、第二接收探头(3)间的距离的一半,为已知参数;
h1 缺陷上端a距离工件上表面的尺寸,为所求参数;
L1 缺陷距离发射探头(1)的水平尺寸,为所求参数;
ta1 发射探头(1)发出的波到a的时间,为未知参数;
ta2 第一接收探头(2)收到a点衍射波时间,为未知参数;
ta3 第二接收探头(3)收到a点衍射波时间,为未知参数;
a1=(ta1+ta2)*s/2,从TOFD检测仪上获取,为已知参数;
a2=(ta1+ta3)*s/2,从TOFD检测仪上获取,为已知参数;
② 构建函数
缺陷m位于由发射探头(1)、第一接收探头(2)为焦点的、长轴为2a=(ta1+ta2)*s=2*a1、焦距为2c=2*c1的椭圆上,且又位于由发射探头(1)、第二接收探头(3)为焦点的、长轴为2a=(ta1+ta3)*s=2*a2、焦距为2c=2*c2的椭圆上,因此确定两椭圆的交点坐标m(x,y)即可确定缺点的位置及尺寸;
令三个探头所在直线为x轴,y轴位于发射探头、第一接收探头中间,与x轴相垂直,由于缺陷位于发射探头、第一接收探头之间的焊缝上,所以 ,又缺陷仅位于探头的一侧,所以y仅正或仅负,令y仅有正值;则建立以发射探头、第一接收探头为焦点的椭圆方程如下,
以发射探头(1)、第一接收探头(2)为焦点的椭圆方程
以发射探头(1)、第二接收探头(3)为焦点的椭圆向x轴正向移动了z=c2-c1的距离,所以椭圆方程为
由式1、式2联立求解的x,y值,利用matlab软件计算求解,其中:
舍去不在(-c1,c1)的x值,即可求得a点的位置坐标,
y即为缺陷m到工件上表面的距离h1,
缺陷到发射探头的水平距离L1=x+c1;
③ 确定其他点的位置
同理可求解缺陷另一端b点位置的坐标,然后做出工件截面的缺陷分布位置图,并根据a、b点坐标获取缺陷相对于工件表面的倾斜程度;在TOFD数据分析中,对两个接收探头各自生成的D扫描灰度图上被认为是同一个缺陷产生的衍射回波位置进行标定,获取a1、a2参数,又c1、c2、s为检测时已知参数,即可根据上述参数可得出缺陷分布示意图。
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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 | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20140723 |