CN104316598A - 用于厚壁管件的周向超声波检查方法和装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于厚壁管件的周向超声波检查方法和装置，使用具有圆弧部Ⅰ（1）和圆弧部Ⅱ（2）的标准试样Ⅰ（91）标定超声波检测仪的探头前沿长度、纵波折射角和横波折射角的标准值及纵波和横波的最高波的幅度参数标准值，使用与厚壁管件参数相对应的标准试样Ⅱ（92）根据标定的标准值调整超声波检测仪的扫描比例，根据超声波检测仪的扫描比例探测厚壁管件的位置，超声波检测仪的纵波与标准试样Ⅰ（91）、标准试样Ⅱ（92）和厚壁管件的入射角设置为42-48°使声束在内壁发生聚焦，以一定角度入射到内壁缺陷，通过端角反射，进一步提高检测灵敏度，因此提高了对厚壁管件的检查精度。
Description
一、 技术领域
本发明涉及一种周向超声波检查方法和装置，尤其是一种用于厚壁管件的周向超声波检查方法和装置。
二、 背景技术
为了保证厚壁管件的质量，防止出现缺陷，就需要对厚壁管件进行超声波检查方法，因此用于厚壁管件的周向超声波检查方法和装置是一种重要的检查方法，在现有的用于厚壁管件的周向超声波检查方法和装置中，都是使用采用水浸法产生的变型横波在生产线上进行检测，由于采用水浸法，其应用范围受到了极大的局限，如半径较大的厚壁管件及在用厚壁管采用水浸法比较困难，而使用小角度折射横波其灵敏度又受到限制，从而影响了对的的检查精度。
三、 发明内容
为了克服上述技术缺点，本发明的目的是提供一种用于厚壁管件的周向超声波检查方法和装置，因此提高了对厚壁管件的检查精度。
为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：一种用于厚壁管件的周向超声波检查方法，其步骤为：使用具有圆弧部Ⅰ和圆弧部Ⅱ的标准试样Ⅰ标定超声波检测仪的探头前沿长度、纵波折射角和横波折射角的标准值及纵波和横波的最高波的幅度参数标准值，使用与厚壁管件参数相对应的标准试样Ⅱ根据标定的标准值调整超声波检测仪的扫描比例，根据超声波检测仪的扫描比例探测厚壁管件的位置，超声波检测仪的纵波与标准试样Ⅰ、标准试样Ⅱ和厚壁管件的入射角设置为42-48°。
由于设计了选择纵波的入射角，使声束在内壁发生聚焦，以一定角度入射到内壁缺陷，通过端角反射，进一步提高检测灵敏度，因此提高了对厚壁管件的检查精度。
本发明设计了，一种用于厚壁管件的周向超声波检查方法，其步骤为：
一、探头前沿长度、纵波折射角和横波折射角的标准值测定：
a、标准试样Ⅰ的标定：
当厚壁管件的外径大于500mm时，标准试样Ⅰ设置为CSK-1A试块；
当厚壁管件的外径小于500mm时，标准试样Ⅰ设置为包含有圆弧部Ⅰ和圆弧部Ⅱ，圆弧部Ⅰ设置为与圆弧部Ⅱ按照在一侧的周边重合的方式叠加联接，在圆弧部Ⅰ的周边上设置有V形开口槽和直径为1.8-2.2mm的通孔并V形开口槽和通孔的中心线分别设置在圆弧部Ⅰ的同一条半径线上，通孔的圆心与圆弧部Ⅰ的周边之间的距离设置为18-22mm，在圆弧部Ⅰ与圆弧部Ⅱ叠加部位设置有半径与圆弧部Ⅱ的半径R2相同的半园开口槽并半园开口槽的圆心设置在圆弧部Ⅰ的周边上且与通孔的圆心在圆弧部Ⅰ的同一条直径线上；
当厚壁管件的外径设置为44-56mm时，圆弧部Ⅰ半径R1设置为25mm、圆弧部Ⅱ的半径R2设置为20mm；
当厚壁管件的外径设置为54-66mm时，圆弧部Ⅰ半径R1设置为30mm、圆弧部Ⅱ的半径R2设置为25mm；
当厚壁管件的外径设置为66-80mm时，圆弧部Ⅰ半径R1设置为37mm、圆弧部Ⅱ的半径R2设置为30mm；
当厚壁管件的外径设置为80-100mm时，圆弧部Ⅰ半径R1设置为44mm、圆弧部Ⅱ的半径R2设置为35mm；
当厚壁管件的外径设置为100-120mm时，圆弧部Ⅰ半径R1设置为55mm、圆弧部Ⅱ的半径R2设置为45mm；
当厚壁管件的外径设置为120-150mm时，圆弧部Ⅰ半径R1设置为68mm、圆弧部Ⅱ的半径R2设置为55mm；
当厚壁管件的外径设置为150-190mm时，圆弧部Ⅰ半径R1设置为85mm、圆弧部Ⅱ的半径R2设置为70mm；
当厚壁管件的外径设置为190-230mm时，圆弧部Ⅰ半径R1设置为105mm、圆弧部Ⅱ的半径R2设置为85mm；
当厚壁管件的外径设置为230-290mm时，圆弧部Ⅰ半径R1设置为130mm、圆弧部Ⅱ的半径R2设置为105mm；
当厚壁管件的外径设置为290-370mm时，圆弧部Ⅰ半径R1设置为165mm、圆弧部Ⅱ的半径R2设置为135mm；
当厚壁管件的外径设置为370-450mm时，圆弧部Ⅰ半径R1设置为205mm、圆弧部Ⅱ的半径R2设置为170mm；
当厚壁管件的外径设置为400-500mm时，圆弧部Ⅰ半径R1设置为230mm、圆弧部Ⅱ的半径R2设置为190mm；
b、探头前沿长度的标准值测定：在标准试样Ⅰ，将纵波斜探头放到半园开口槽上，沿半园开口槽的圆心位置前后移动，找到最高波，则半园开口槽圆心位置对应的探头上的点即为探头入射点，测出该点到前沿的距离即为探头前沿长度的标准值；
c、纵波折射角的标准值测定：将纵波斜探头扫查V形开口槽，当达到最高反射波幅波幅，AC段的长度即为探头入射点到V形开口槽的距离，由图3可见∠ACB为半径为R1的圆的圆心角，即∠ACB=90°，则纵波折射角为：
S设置为超声波声程。
d、横波折射角的标准值测定： 根据波型转换定律：
式中：、分别为横波、纵波折射角；
、分别为横波、纵波声速。
则横波折射角；
e、从超声波检测仪中标定纵波和横波的最高波的幅度参数标准值；
f、标准试样Ⅱ的标定：按照厚壁管件的尺寸制作标准试样Ⅱ，在标准试样Ⅱ上设置有通孔。
二、超声波检测仪的扫描比例的标定
按照第一步骤中的探头前沿长度、纵波折射角和横波折射角的标准值对标准试样Ⅱ进行扫描，由标准试样Ⅱ的通孔的圆心与标准试样Ⅱ的中心之间的距离、由纵波和横波的最高波的参数标准值确定超声波检测仪的扫描比例；
三、对厚壁管件的检查
使用标定的超声波检测仪对厚壁管件进行扫描，在超声波检测仪得到反射波的位置比例值，采取第一或第二次的反射波，当第一或第二次的反射波的幅度参数值大于标定的纵波和横波的最高波的幅度参数标准值的80%时，根据得到反射波的位置比例值与超声波检测仪的扫描比例确定厚壁管件的缺陷位置。
本发明设计了，当按照第一步骤中的探头前沿长度、纵波折射角和横波折射角的标准值对标准试样Ⅱ进行扫描，得到纵波和横波的最高波的参数标准值时，当调整超声波检测仪的扫描比例为定值时，超声波检测仪的刻度值设置为标准试样Ⅱ的通孔的圆心与标准试样Ⅱ的中心之间的距离和超声波检测仪的扫描比例的相乘得到的值，厚壁管件的缺陷位置数值就是超声波检测仪扫描时幅度参数值为纵波和横波的最高波的幅度参数标准值的80%的反射波在超声波检测仪中的表示的位置数值。
本发明设计了，缺陷位置定位的判定：
在图4中，A点为探头入射点，C点为变型横波发现的厚壁管内部缺陷，则该缺陷在管件上的跨距为，在三角形AOB中：
，。
在超声波检测仪（93）中输入测定的厚壁管内的纵波波速，假定发现C点缺陷时，探伤机声程显示为S，可利用显示声程求得BC段长度为：
；在三角形BOC中，利用余弦定理求得，则C点缺陷埋藏深度为；另外，在三角形BOC中利用正弦定理可求得：
则C点缺陷的跨距L为：
R设置为厚壁管件的外径，
在图5中，在变型横波检测过程中，主要使用变型横波进行检测，对于折射横波、折射纵波产生的回波可通过传播时间予以排除，可将数字式探伤仪的声速参数按纵波声速进行设定，当出现回波信号显示声程大于L2即可排除，不予考虑。L2可按下式进行计算：
由于折射横波S2传播速度比纵波速度慢，在探伤仪中显示的声程为 ，该数值与工件规格有关，一般情况下厚壁管中该数值均大于纵波声程L2，折射横波发现的回波显示声程小于L2的回波也可自动排除。
F1处缺陷位置即为折射横波声程大于L2小于一次波声程的部分，该缺陷容易与F2处变型横波、F3处反射纵波产生的缺陷回波信号混淆，发现该显示声程回波时可前后移动探头，若该缺陷位于F1处，则向前移动时折射纵波、变型横波扫查不到该缺陷；向后移动时，只有变型横波能够扫查到该缺陷，且与折射横波显示声程相差L2。若该声程的回波来自于F2、F3处，向前移动探头则折射横波或折射纵波均可扫查到该缺陷，但由于回波声程显示均小于L2，可自动排除，则最初发现的回波即位变型横波产生的回波。
本发明设计了，一种用于厚壁管件的周向超声波检查装置，包含有标准试样Ⅰ、标准试样Ⅱ、超声波检测仪和处理器，标准试样Ⅰ和标准试样Ⅱ分别设置为与超声波检查仪的探头接触式联接并标定超声波检查仪的参数值，处理器设置为与超声波检测仪的输出端联接。
本发明设计了，标准试样Ⅰ在当厚壁管件的外径大于500mm时设置为CSK-1A试块；和标准试样Ⅰ在当厚壁管件的外径小于500mm时设置为包含有圆弧部Ⅰ和圆弧部Ⅱ，圆弧部Ⅰ设置为与圆弧部Ⅱ按照在一侧的周边重合的方式叠加联接，在圆弧部Ⅰ的周边上设置有V形开口槽和直径为1.8-2.2mm的通孔并V形开口槽和通孔的中心线分别设置在圆弧部Ⅰ的同一条半径线上，通孔的圆心与圆弧部Ⅰ的周边之间的距离设置为18-22mm，在圆弧部Ⅰ与圆弧部Ⅱ叠加部位设置有半径与圆弧部Ⅱ的半径R2相同的半园开口槽并半园开口槽的圆心设置在圆弧部Ⅰ的周边上且与通孔的圆心在圆弧部Ⅰ的同一条直径线上，V形开口槽11的槽口之间的角度设置为58-62°，当厚壁管件的外径设置为44-56mm时，圆弧部Ⅰ半径R1设置为25mm、圆弧部Ⅱ的半径R2设置为20mm；当厚壁管件的外径设置为54-66mm时，圆弧部Ⅰ半径R1设置为30mm、圆弧部Ⅱ的半径R2设置为25mm；当厚壁管件的外径设置为66-80mm时，圆弧部Ⅰ半径R1设置为37mm、圆弧部Ⅱ的半径R2设置为30mm；当厚壁管件的外径设置为80-100mm时，圆弧部Ⅰ（1）半径R1设置为44mm、圆弧部Ⅱ的半径R2设置为35mm；当厚壁管件的外径设置为100-120mm时，圆弧部Ⅰ半径R1设置为55mm、圆弧部Ⅱ的半径R2设置为45mm；当厚壁管件的外径设置为120-150mm时，圆弧部Ⅰ半径R1设置为68mm、圆弧部Ⅱ的半径R2设置为55mm；当厚壁管件的外径设置为150-190mm时，圆弧部Ⅰ半径R1设置为85mm、圆弧部Ⅱ的半径R2设置为70mm；当厚壁管件的外径设置为190-230mm时，圆弧部Ⅰ半径R1设置为105mm、圆弧部Ⅱ的半径R2设置为85mm；当厚壁管件的外径设置为230-290mm时，圆弧部Ⅰ半径R1设置为130mm、圆弧部Ⅱ的半径R2设置为105mm；当厚壁管件的外径设置为290-370mm时，圆弧部Ⅰ半径R1设置为165mm、圆弧部Ⅱ的半径R2设置为135mm；当厚壁管件的外径设置为370-450mm时，圆弧部Ⅰ半径R1设置为205mm、圆弧部Ⅱ的半径R2设置为170mm；当厚壁管件的外径设置为400-500mm时，圆弧部Ⅰ半径R1设置为230mm、圆弧部Ⅱ的半径R2设置为190mm；
标准试样Ⅱ的参数值设置为与厚壁管件的尺寸相对应并在标准试样Ⅱ设置有通孔。
本发明设计了，超声波检测仪设置为脉冲反射式多通道或单通道超声波探伤仪并压电超声探头的工作频率为1MHz-15MHz、单个探头的晶片长度或直径应小于等于25mm及人工缺陷长度小于20mm时应小于等于12mm。
在本技术方案中，厚壁管件是指钢管的内径与外径之比小于80%即壁厚与管壁外径之比大于0.2的钢管。
在本技术方案中，凡是当引出的技术特征都是使用或的关系，凡是在当引出的技术特征中出现的数值范围因为整体的一个限定的技术特征。
在本技术方案中，纵波的入射角为重要技术特征，在用于厚壁管件的周向超声波检查方法和装置的技术领域中，具有新颖性、创造性和实用性。
四、 附图说明
图1为标准试样Ⅰ91的示意图：
图2为图1的左视图：
图3为纵波折射角的标准值测定的示意图：
图4为纵波折射角的标准值测定计算示意图：
图5厚壁管变型横波检测缺陷定位图：
图6为用于厚壁管件的周向超声波检查装置的示意图。
五、 具体实施方式
一种用于厚壁管件的周向超声波检查方法的第一个实施例，下面结合实施案例，对本发明进一步描述，以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。其步骤是：
一、探头前沿长度、纵波折射角和横波折射角的标准值测定：
a、标准试样Ⅰ91的标定：
当厚壁管件的外径大于500mm时，标准试样Ⅰ91设置为CSK-1A试块；
当厚壁管件的外径小于500mm时，标准试样Ⅰ91设置为包含有圆弧部Ⅰ1和圆弧部Ⅱ2，圆弧部Ⅰ1设置为与圆弧部Ⅱ2按照在一侧的周边重合的方式叠加联接，在圆弧部Ⅰ1的周边上设置有V形开口槽11和直径为1.8mm的通孔12并V形开口槽11和通孔12的中心线分别设置在圆弧部Ⅰ1的同一条半径线上，通孔12的圆心与圆弧部Ⅰ1的周边之间的距离设置为18mm，在圆弧部Ⅰ1与圆弧部Ⅱ2叠加部位设置有半径与圆弧部Ⅱ2的半径R2相同的半园开口槽13并半园开口槽13的圆心设置在圆弧部Ⅰ1的周边上且与通孔12的圆心在圆弧部Ⅰ1的同一条直径线上；
当厚壁管件的外径设置为44-56mm时，圆弧部Ⅰ1半径R1设置为25mm、圆弧部Ⅱ2的半径R2设置为20mm；
当厚壁管件的外径设置为54-66mm时，圆弧部Ⅰ1半径R1设置为30mm、圆弧部Ⅱ2的半径R2设置为25mm；
当厚壁管件的外径设置为66-80mm时，圆弧部Ⅰ1半径R1设置为37mm、圆弧部Ⅱ2的半径R2设置为30mm；
当厚壁管件的外径设置为80-100mm时，圆弧部Ⅰ1半径R1设置为44mm、圆弧部Ⅱ2的半径R2设置为35mm；
当厚壁管件的外径设置为100-120mm时，圆弧部Ⅰ1半径R1设置为55mm、圆弧部Ⅱ2的半径R2设置为45mm；
当厚壁管件的外径设置为120-150mm时，圆弧部Ⅰ1半径R1设置为68mm、圆弧部Ⅱ2的半径R2设置为55mm；
当厚壁管件的外径设置为150-190mm时，圆弧部Ⅰ1半径R1设置为85mm、圆弧部Ⅱ2的半径R2设置为70mm；
当厚壁管件的外径设置为190-230mm时，圆弧部Ⅰ1半径R1设置为105mm、圆弧部Ⅱ2的半径R2设置为85mm；
当厚壁管件的外径设置为230-290mm时，圆弧部Ⅰ1半径R1设置为130mm、圆弧部Ⅱ2的半径R2设置为105mm；
当厚壁管件的外径设置为290-370mm时，圆弧部Ⅰ1半径R1设置为165mm、圆弧部Ⅱ2的半径R2设置为135mm；
当厚壁管件的外径设置为370-450mm时，圆弧部Ⅰ1半径R1设置为205mm、圆弧部Ⅱ2的半径R2设置为170mm；
当厚壁管件的外径设置为400-500mm时，圆弧部Ⅰ1半径R1设置为230mm、圆弧部Ⅱ2的半径R2设置为190mm；
b、探头前沿长度的标准值测定：在标准试样Ⅰ91，将纵波斜探头放到半园开口槽13上，沿半园开口槽13的圆心位置前后移动，找到最高波，则半园开口槽13圆心位置对应的探头上的点即为探头入射点，测出该点到前沿的距离即为探头前沿长度的标准值；
c、纵波折射角的标准值测定：将纵波斜探头扫查V形开口槽11，当达到最高反射波幅波幅，AC段的长度即为探头入射点到V形开口槽11的距离，由图3可见∠ACB为半径为R1的圆的圆心角，即∠ACB=90°，则纵波折射角为：
S设置为超声波声程。
d、横波折射角的标准值测定： 根据波型转换定律：
式中：、分别为横波、纵波折射角；
、分别为横波、纵波声速。
则横波折射角；
e、从超声波检测仪中标定纵波和横波的最高波的幅度参数标准值；
f、标准试样Ⅱ92的标定：按照厚壁管件的尺寸制作标准试样Ⅱ92，在标准试样Ⅱ92上设置有通孔12。
二、超声波检测仪的扫描比例的标定
按照第一步骤中的探头前沿长度、纵波折射角和横波折射角的标准值对标准试样Ⅱ92进行扫描，由标准试样Ⅱ92的通孔12的圆心与标准试样Ⅱ92的中心之间的距离、由纵波和横波的最高波的参数标准值确定超声波检测仪的扫描比例；
三、对厚壁管件的检查
使用标定的超声波检测仪对厚壁管件进行扫描，在超声波检测仪得到反射波的位置比例值，采取第一或第二次的反射波，当第一或第二次的反射波的幅度参数值大于标定的纵波和横波的最高波的幅度参数标准值的80%时，根据得到反射波的位置比例值与超声波检测仪的扫描比例确定厚壁管件的缺陷位置。
在本实施例中，超声波检测仪的纵波与标准试样和厚壁管件的入射角设置为42°。
在本实施例中，当按照第一步骤中的探头前沿长度、纵波折射角和横波折射角的标准值对标准试样Ⅱ92进行扫描，得到纵波和横波的最高波的参数标准值时，当调整超声波检测仪的扫描比例为定值时，超声波检测仪的刻度值设置为标准试样Ⅱ92的通孔12的圆心与标准试样Ⅱ92的中心之间的距离和超声波检测仪的扫描比例的相乘得到的值，厚壁管件的缺陷位置数值就是超声波检测仪扫描时幅度参数值为纵波和横波的最高波的幅度参数标准值的80%的反射波在超声波检测仪中的表示的位置数值。
在本实施例中，缺陷位置定位的判定：
在图4中，A点为探头入射点，C点为变型横波发现的厚壁管内部缺陷，则该缺陷在管件上的跨距为，在三角形AOB中：
，。
在超声波检测仪（93）中输入测定的厚壁管内的纵波波速，假定发现C点缺陷时，探伤机声程显示为S，可利用显示声程求得BC段长度为：
；在三角形BOC中，利用余弦定理求得，则C点缺陷埋藏深度为；另外，在三角形BOC中利用正弦定理可求得：
则C点缺陷的跨距L为：
R设置为厚壁管件的外径，
在图5中，在变型横波检测过程中，主要使用变型横波进行检测，对于折射横波、折射纵波产生的回波可通过传播时间予以排除，可将数字式探伤仪的声速参数按纵波声速进行设定，当出现回波信号显示声程大于L2即可排除，不予考虑。L2可按下式进行计算：
由于折射横波S2传播速度比纵波速度慢，在探伤仪中显示的声程为 ，该数值与工件规格有关，一般情况下厚壁管中该数值均大于纵波声程L2，折射横波发现的回波显示声程小于L2的回波也可自动排除。
F1处缺陷位置即为折射横波声程大于L2小于一次波声程的部分，该缺陷容易与F2处变型横波、F3处反射纵波产生的缺陷回波信号混淆，发现该显示声程回波时可前后移动探头，若该缺陷位于F1处，则向前移动时折射纵波、变型横波扫查不到该缺陷；向后移动时，只有变型横波能够扫查到该缺陷，且与折射横波显示声程相差L2。若该声程的回波来自于F2、F3处，向前移动探头则折射横波或折射纵波均可扫查到该缺陷，但由于回波声程显示均小于L2，可自动排除，则最初发现的回波即位变型横波产生的回波。
一种用于厚壁管件的周向超声波检查方法的第一个实施例，超声波检测仪的纵波与标准试样和厚壁管件的入射角设置为42-48°；
当厚壁管件的外径小于500mm时，标准试样Ⅰ91设置为包含有圆弧部Ⅰ1和圆弧部Ⅱ2，圆弧部Ⅰ1设置为与圆弧部Ⅱ2按照在一侧的周边重合的方式叠加联接，在圆弧部Ⅰ1的周边上设置有V形开口槽11和直径为1.8-2.2mm的通孔12并V形开口槽11和通孔12的中心线分别设置在圆弧部Ⅰ1的同一条半径线上，通孔12的圆心与圆弧部Ⅰ1的周边之间的距离设置为18-22mm，在圆弧部Ⅰ1与圆弧部Ⅱ2叠加部位设置有半径与圆弧部Ⅱ2的半径R2相同的半园开口槽13并半园开口槽13的圆心设置在圆弧部Ⅰ1的周边上且与通孔12的圆心在圆弧部Ⅰ1的同一条直径线上。
一种用于厚壁管件的周向超声波检查方法的第二个实施例，超声波检测仪的纵波与标准试样和厚壁管件的入射角设置为48°；
当厚壁管件的外径小于500mm时，标准试样Ⅰ91设置为包含有圆弧部Ⅰ1和圆弧部Ⅱ2，圆弧部Ⅰ1设置为与圆弧部Ⅱ2按照在一侧的周边重合的方式叠加联接，在圆弧部Ⅰ1的周边上设置有V形开口槽11和直径为2.2mm的通孔12并V形开口槽11和通孔12的中心线分别设置在圆弧部Ⅰ1的同一条半径线上，通孔12的圆心与圆弧部Ⅰ1的周边之间的距离设置为22mm，在圆弧部Ⅰ1与圆弧部Ⅱ2叠加部位设置有半径与圆弧部Ⅱ2的半径R2相同的半园开口槽13并半园开口槽13的圆心设置在圆弧部Ⅰ1的周边上且与通孔12的圆心在圆弧部Ⅰ1的同一条直径线上。
一种用于厚壁管件的周向超声波检查方法的第三个实施例，超声波检测仪的纵波与标准试样和厚壁管件的入射角设置为45°；
当厚壁管件的外径小于500mm时，标准试样Ⅰ91设置为包含有圆弧部Ⅰ1和圆弧部Ⅱ2，圆弧部Ⅰ1设置为与圆弧部Ⅱ2按照在一侧的周边重合的方式叠加联接，在圆弧部Ⅰ1的周边上设置有V形开口槽11和直径为2.0mm的通孔12并V形开口槽11和通孔12的中心线分别设置在圆弧部Ⅰ1的同一条半径线上，通孔12的圆心与圆弧部Ⅰ1的周边之间的距离设置为20mm，在圆弧部Ⅰ1与圆弧部Ⅱ2叠加部位设置有半径与圆弧部Ⅱ2的半径R2相同的半园开口槽13并半园开口槽13的圆心设置在圆弧部Ⅰ1的周边上且与通孔12的圆心在圆弧部Ⅰ1的同一条直径线上。
一种用于厚壁管件的周向超声波检查装置的第一个实施例，图6为本发明的第一个实施例，结合附图具体说明本实施例，包含有标准试样Ⅰ91、标准试样Ⅱ92、超声波检测仪93和处理器94，标准试样Ⅰ91和标准试样Ⅱ92设置为与超声波检查仪93的探头接触式联接并标定超声波检查仪93的参数值，处理器94设置为与超声波检测仪93的输出端联接。
在本实施例中，当厚壁管件的外径大于500mm时，标准试样Ⅰ91设置为CSK-1A试块；
当厚壁管件的外径小于500mm时，标准试样Ⅰ91设置为圆弧部Ⅰ1和圆弧部Ⅱ2，圆弧部Ⅰ1设置为与圆弧部Ⅱ2按照在一侧的周边重合的方式叠加联接，在圆弧部Ⅰ1的周边上设置有V形开口槽11和直径为1.8mm的通孔12并V形开口槽11和通孔12的中心线分别设置在圆弧部Ⅰ1的同一条半径线上，通孔12的圆心与圆弧部Ⅰ1的周边之间的距离设置为18mm，在圆弧部Ⅰ1与圆弧部Ⅱ2叠加部位设置有半径与圆弧部Ⅱ2的半径R2相同的半园开口槽13并半园开口槽13的圆心设置在圆弧部Ⅰ1的周边上且与通孔12的圆心在圆弧部Ⅰ1的同一条直径线上；V形开口槽11的槽口之间的角度设置为58°；
当厚壁管件的外径设置为44-56mm时，圆弧部Ⅰ1半径R1设置为25mm、圆弧部Ⅱ2的半径R2设置为20mm；
当厚壁管件的外径设置为54-66mm时，圆弧部Ⅰ1半径R1设置为30mm、圆弧部Ⅱ2的半径R2设置为25mm；
当厚壁管件的外径设置为66-80mm时，圆弧部Ⅰ1半径R1设置为37mm、圆弧部Ⅱ2的半径R2设置为30mm；
当厚壁管件的外径设置为80-100mm时，圆弧部Ⅰ1半径R1设置为44mm、圆弧部Ⅱ2的半径R2设置为35mm；
当厚壁管件的外径设置为100-120mm时，圆弧部Ⅰ1半径R1设置为55mm、圆弧部Ⅱ2的半径R2设置为45mm；
当厚壁管件的外径设置为120-150mm时，圆弧部Ⅰ1半径R1设置为68mm、圆弧部Ⅱ2的半径R2设置为55mm；
当厚壁管件的外径设置为150-190mm时，圆弧部Ⅰ1半径R1设置为85mm、圆弧部Ⅱ2的半径R2设置为70mm；
当厚壁管件的外径设置为190-230mm时，圆弧部Ⅰ1半径R1设置为105mm、圆弧部Ⅱ2的半径R2设置为85mm；
当厚壁管件的外径设置为230-290mm时，圆弧部Ⅰ1半径R1设置为130mm、圆弧部Ⅱ2的半径R2设置为105mm；
当厚壁管件的外径设置为290-370mm时，圆弧部Ⅰ1半径R1设置为165mm、圆弧部Ⅱ2的半径R2设置为135mm；
当厚壁管件的外径设置为370-450mm时，圆弧部Ⅰ1半径R1设置为205mm、圆弧部Ⅱ2的半径R2设置为170mm；
当厚壁管件的外径设置为400-500mm时，圆弧部Ⅰ1半径R1设置为230mm、圆弧部Ⅱ2的半径R2设置为190mm；
标准试样Ⅱ92的参数值设置为与厚壁管件的尺寸相对应并设置有通孔12。
在本实施例中，超声波检测仪93设置为脉冲反射式多通道或单通道超声波探伤仪并压电超声探头的工作频率为1MHz-15MHz、单个探头的晶片长度或直径应小于等于25mm及人工缺陷长度小于20mm时应小于等于12mm。
在处理器94中植入对探头前沿长度、纵波折射角和横波折射角的标准值及纵波和横波的最高波的幅度参数标准值的处理程序，由超声波检测仪93在
标准试样Ⅰ91、标准试样Ⅱ92和厚壁管件扫描得到反射波，传送到处理器94中进行数据处理。
一种用于厚壁管件的周向超声波检查装置的第二个实施例，当厚壁管件的外径小于500mm时，标准试样Ⅰ91设置为圆弧部Ⅰ1和圆弧部Ⅱ2，圆弧部Ⅰ1设置为与圆弧部Ⅱ2按照在一侧的周边重合的方式叠加联接，在圆弧部Ⅰ1的周边上设置有V形开口槽11和直径为2.2mm的通孔12并V形开口槽11和通孔12的中心线分别设置在圆弧部Ⅰ1的同一条半径线上，通孔12的圆心与圆弧部Ⅰ1的周边之间的距离设置为22mm，在圆弧部Ⅰ1与圆弧部Ⅱ2叠加部位设置有半径与圆弧部Ⅱ2的半径R2相同的半园开口槽13并半园开口槽13的圆心设置在圆弧部Ⅰ1的周边上且与通孔12的圆心在圆弧部Ⅰ1的同一条直径线上；V形开口槽11的槽口之间的角度设置为62°。
一种用于厚壁管件的周向超声波检查装置的第三个实施例，当厚壁管件的外径小于500mm时，标准试样Ⅰ91设置为圆弧部Ⅰ1和圆弧部Ⅱ2，圆弧部Ⅰ1设置为与圆弧部Ⅱ2按照在一侧的周边重合的方式叠加联接，在圆弧部Ⅰ1的周边上设置有V形开口槽11和直径为2.0mm的通孔12并V形开口槽11和通孔12的中心线分别设置在圆弧部Ⅰ1的同一条半径线上，通孔12的圆心与圆弧部Ⅰ1的周边之间的距离设置为20mm，在圆弧部Ⅰ1与圆弧部Ⅱ2叠加部位设置有半径与圆弧部Ⅱ2的半径R2相同的半园开口槽13并半园开口槽13的圆心设置在圆弧部Ⅰ1的周边上且与通孔12的圆心在圆弧部Ⅰ1的同一条直径线上；V形开口槽11的槽口之间的角度设置为60°。
本发明具有下特点：
1、由于设计了选择纵波的入射角，使声束在内壁发生聚焦，以一定角度入射到内壁缺陷，通过端角反射，进一步提高检测灵敏度，因此提高了对厚壁管件的检查精度。
2、由于设计了标准试样Ⅰ91和标准试样Ⅱ92，提高了检查效率，保证了检测精度。
、由于设计并制作小曲率厚壁管周向检测对比试块，可以调节扫描量程、测定探头入射点及探头纵波折射角和横波折射角；
2、由于设计研制开发厚壁管变形横波周向缺陷测定位系统，可以自动对不同波型的声速进行转换，实现缺陷精确定位；
3、由于设计超声波探伤仪接口，可以实现探伤仪与软件之间数据自动传输；
4、本项目从理论研究及试验验证证实了变形横波在一定规格厚壁管检测中具有其他波形检测不具备的优越性，并设计制作了对比试块，开发了计算及定位软件，编制了厚壁管的超声波检测工艺，成功用于厚壁管的检测。
上述实施例只是本发明所提供的用于厚壁管件的周向超声波检测方法和装置双圆弧试块或对比试块的一种实现形式，根据本发明所提供的方案的其他变形，增加或者减少其中的成份或步骤，或者将本发明用于其他的与本发明接近的技术领域，均属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种用于厚壁管件的周向超声波检查方法，其特征是：其步骤为：使用具有圆弧部Ⅰ（1）和圆弧部Ⅱ（2）的标准试样Ⅰ（91）标定超声波检测仪的探头前沿长度、纵波折射角和横波折射角的标准值及纵波和横波的最高波的幅度参数标准值，使用与厚壁管件参数相对应的标准试样Ⅱ（92）根据标定的标准值调整超声波检测仪的扫描比例，根据超声波检测仪的扫描比例探测厚壁管件的位置，超声波检测仪的纵波与标准试样Ⅰ（91）、标准试样Ⅱ（92）和厚壁管件的入射角设置为42-48°。
2.根据权利要求1所述的用于厚壁管件的周向超声波检查方法，其特征是：超声波检测仪的纵波与标准试样Ⅰ（91）、标准试样Ⅱ（92）和厚壁管件的入射角设置为45°。
3.根据权利要求1所述的用于厚壁管件的周向超声波检查方法，其特征是：其步骤为：
一、探头前沿长度、纵波折射角和横波折射角的标准值测定：
a、标准试样Ⅰ（91）的标定：
当厚壁管件的外径大于500mm时，标准试样Ⅰ（91）设置为CSK-1A试块；
当厚壁管件的外径小于500mm时，标准试样设置为圆弧部Ⅰ（1）和圆弧部Ⅱ（2），圆弧部Ⅰ（1）设置为与圆弧部Ⅱ（2）按照在一侧的周边重合的方式叠加联接，在圆弧部Ⅰ（1）的周边上设置有V形开口槽（11）和直径为1.8-2.2mm的通孔（12）并V形开口槽（11）和通孔（12）的中心线分别设置在圆弧部Ⅰ（1）的同一条半径线上，通孔（12）的圆心与圆弧部Ⅰ（1）的周边之间的距离设置为18-22mm，在圆弧部Ⅰ（1）与圆弧部Ⅱ（2）叠加部位设置有半径与圆弧部Ⅱ（2）的半径R2相同的半园开口槽（13）并半园开口槽（13）的圆心设置在圆弧部Ⅰ（1）的周边上且与通孔（12）的圆心在圆弧部Ⅰ（1）的同一条直径线上；
当厚壁管件的外径设置为44-56mm时，圆弧部Ⅰ（1）半径R1设置为25mm、圆弧部Ⅱ（2）的半径R2设置为20mm；
当厚壁管件的外径设置为54-66mm时，圆弧部Ⅰ（1）半径R1设置为30mm、圆弧部Ⅱ（2）的半径R2设置为25mm；
当厚壁管件的外径设置为66-80mm时，圆弧部Ⅰ（1）半径R1设置为37mm、圆弧部Ⅱ（2）的半径R2设置为30mm；
当厚壁管件的外径设置为80-100mm时，圆弧部Ⅰ（1）半径R1设置为44mm、圆弧部Ⅱ（2）的半径R2设置为35mm；
当厚壁管件的外径设置为100-120mm时，圆弧部Ⅰ（1）半径R1设置为55mm、圆弧部Ⅱ（2）的半径R2设置为45mm；
当厚壁管件的外径设置为120-150mm时，圆弧部Ⅰ（1）半径R1设置为68mm、圆弧部Ⅱ（2）的半径R2设置为55mm；
当厚壁管件的外径设置为150-190mm时，圆弧部Ⅰ（1）半径R1设置为85mm、圆弧部Ⅱ（2）的半径R2设置为70mm；
当厚壁管件的外径设置为190-230mm时，圆弧部Ⅰ（1）半径R1设置为105mm、圆弧部Ⅱ2的半径R2设置为85mm；
当厚壁管件的外径设置为230-290mm时，圆弧部Ⅰ1半径R1设置为130mm、圆弧部Ⅱ（2）的半径R2设置为105mm；
当厚壁管件的外径设置为290-370mm时，圆弧部Ⅰ（1）半径R1设置为165mm、圆弧部Ⅱ（2）的半径R2设置为135mm；
当厚壁管件的外径设置为370-450mm时，圆弧部Ⅰ（1）半径R1设置为205mm、圆弧部Ⅱ（2）的半径R2设置为170mm；
当厚壁管件的外径设置为400-500mm时，圆弧部Ⅰ（1）半径R1设置为230mm、圆弧部Ⅱ（2）的半径R2设置为190mm；
b、探头前沿长度的标准值测定：在标准试样Ⅰ（91），将纵波斜探头放到半园开口槽（13）上，沿半园开口槽（13）的圆心位置前后移动，找到最高波，则半园开口槽（13）圆心位置对应的探头上的点即为探头入射点，测出该点到前沿的距离即为探头前沿长度的标准值；
c、纵波折射角的标准值测定：将纵波斜探头扫查V形开口槽（11），当达到最高反射波幅波幅，AC段的长度即为探头入射点到V形开口槽（11）的距离，由图3可见∠ACB为半径为R1的圆的圆心角，即∠ACB=90°，则纵波折射角为：
S设置为超声波声程；
d、横波折射角的标准值测定： 根据波型转换定律：
式中：、分别为横波、纵波折射角；
、分别为横波、纵波声速；
则横波折射角；
e、从超声波检测仪中标定纵波和横波的最高波的幅度参数标准值；
f、标准试样Ⅱ（92）的标定：按照厚壁管件的尺寸制作标准试样Ⅱ（92），在标准试样Ⅱ（92）上设置有通孔（12）；
二、超声波检测仪的扫描比例的标定
按照第一步骤中的探头前沿长度、纵波折射角和横波折射角的标准值对标准试样Ⅱ（92）进行扫描，由标准试样Ⅱ（92）的通孔（12）的圆心与标准试样Ⅱ（92）的中心之间的距离、由纵波和横波的最高波的参数标准值确定超声波检测仪的扫描比例；
三、对厚壁管件的检查
使用标定的超声波检测仪（93）对厚壁管件进行扫描，在超声波检测仪得到反射波的位置比例值，采取第一或第二次的反射波，当第一或第二次的反射波的幅度参数值大于标定的纵波和横波的最高波的幅度参数标准值的80%时，根据得到反射波的位置比例值与超声波检测仪的扫描比例确定厚壁管件的缺陷位置。
4.根据权利要求3所述的用于厚壁管件的周向超声波检查方法，其特征是：当按照第一步骤中的探头前沿长度、纵波折射角和横波折射角的标准值对标准试样Ⅱ（92）进行扫描，得到纵波和横波的最高波的参数标准值时，当调整超声波检测仪的扫描比例为定值时，超声波检测仪的刻度值设置为标准试样Ⅱ（92）的通孔（12）的圆心与标准试样Ⅱ（92）的中心之间的距离和超声波检测仪的扫描比例的相乘得到的值，厚壁管件的缺陷位置数值就是超声波检测仪扫描时幅度参数值为纵波和横波的最高波的幅度参数标准值的80%的反射波在超声波检测仪中的表示的位置数值。
5.根据权利要求3所述的用于厚壁管件的周向超声波检查方法，其特征是：缺陷位置定位的判定：
在图4中，A点为探头入射点，C点为变型横波发现的厚壁管内部缺陷，则该缺陷在管件上的跨距为，在三角形AOB中：
，；
在超声波检测仪（93）中输入测定的厚壁管内的纵波波速，假定发现C点缺陷时，探伤机声程显示为S，可利用显示声程求得BC段长度为：
；在三角形BOC中，利用余弦定理求得，则C点缺陷埋藏深度为；另外，在三角形BOC中利用正弦定理可求得：
则C点缺陷的跨距L为：
R设置为厚壁管件的外径，
在图5中，在变型横波检测过程中，主要使用变型横波进行检测，对于折射横波、折射纵波产生的回波可通过传播时间予以排除，可将数字式探伤仪的声速参数按纵波声速进行设定，当出现回波信号显示声程大于L2即可排除，不予考虑；
L2可按下式进行计算：
由于折射横波S2传播速度比纵波速度慢，在探伤仪中显示的声程为 ，该数值与工件规格有关，一般情况下厚壁管中该数值均大于纵波声程L2，折射横波发现的回波显示声程小于L2的回波也可自动排除；
F1处缺陷位置即为折射横波声程大于L2小于一次波声程的部分，该缺陷容易与F2处变型横波、F3处反射纵波产生的缺陷回波信号混淆，发现该显示声程回波时可前后移动探头，若该缺陷位于F1处，则向前移动时折射纵波、变型横波扫查不到该缺陷；向后移动时，只有变型横波能够扫查到该缺陷，且与折射横波显示声程相差L2；
若该声程的回波来自于F2、F3处，向前移动探头则折射横波或折射纵波均可扫查到该缺陷，但由于回波声程显示均小于L2，可自动排除，则最初发现的回波即位变型横波产生的回波。
6.一种用于厚壁管件的周向超声波检查装置，其特征是：包含有标准试样Ⅰ（91）、标准试样Ⅱ（92）、超声波检测仪（93）和处理器（94），标准试样Ⅰ（91）和标准试样Ⅱ（92）设置为与超声波检查仪（93）的探头接触式联接并标定超声波检查仪（93）的参数值，处理器（94）设置为与超声波检测仪（93）的输出端联接。
7.根据权利要求6所述的用于厚壁管件的周向超声波检查装置，其特征是：标准试样Ⅰ（91）在当厚壁管件的外径大于500mm时设置为CSK-1A试块；和标准试样Ⅰ（91）在当厚壁管件的外径小于500mm时设置为包含有圆弧部Ⅰ（1）和圆弧部Ⅱ（2），圆弧部Ⅰ（1）设置为与圆弧部Ⅱ（2）按照在一侧的周边重合的方式叠加联接，在圆弧部Ⅰ（1）的周边上设置有V形开口槽（11）和直径为1.8-2.2mm的通孔（12）并V形开口槽（11）和通孔（12）的中心线分别设置在圆弧部Ⅰ（1）的同一条半径线上，通孔（12）的圆心与圆弧部Ⅰ（1）的周边之间的距离设置为18-22mm，在圆弧部Ⅰ（1）与圆弧部Ⅱ（2）叠加部位设置有半径与圆弧部Ⅱ（2）的半径R2相同的半园开口槽（13）并半园开口槽（13）的圆心设置在圆弧部Ⅰ（1）的周边上且与通孔（12）的圆心在圆弧部Ⅰ（1）的同一条直径线上，V形开口槽11的槽口之间的角度设置为58-62°，当厚壁管件的外径设置为44-56mm时，圆弧部Ⅰ（1）半径R1设置为25mm、圆弧部Ⅱ（2）的半径R2设置为20mm；当厚壁管件的外径设置为54-66mm时，圆弧部Ⅰ（1）半径R1设置为30mm、圆弧部Ⅱ（2）的半径R2设置为25mm；当厚壁管件的外径设置为66-80mm时，圆弧部Ⅰ（1）半径R1设置为37mm、圆弧部Ⅱ（2）的半径R2设置为30mm；当厚壁管件的外径设置为80-100mm时，圆弧部Ⅰ（1）半径R1设置为44mm、圆弧部Ⅱ（2）的半径R2设置为35mm；当厚壁管件的外径设置为100-120mm时，圆弧部Ⅰ（1）半径R1设置为55mm、圆弧部Ⅱ（2）的半径R2设置为45mm；
当厚壁管件的外径设置为120-150mm时，圆弧部Ⅰ（1）半径R1设置为68mm、圆弧部Ⅱ（2）的半径R2设置为55mm；当厚壁管件的外径设置为150-190mm时，圆弧部Ⅰ（1）半径R1设置为85mm、圆弧部Ⅱ（2）的半径R2设置为70mm；
当厚壁管件的外径设置为190-230mm时，圆弧部Ⅰ（1）半径R1设置为105mm、圆弧部Ⅱ2的半径R2设置为85mm；当厚壁管件的外径设置为230-290mm时，圆弧部Ⅰ1半径R1设置为130mm、圆弧部Ⅱ（2）的半径R2设置为105mm；
当厚壁管件的外径设置为290-370mm时，圆弧部Ⅰ（1）半径R1设置为165mm、圆弧部Ⅱ（2）的半径R2设置为135mm；当厚壁管件的外径设置为370-450mm时，圆弧部Ⅰ（1）半径R1设置为205mm、圆弧部Ⅱ（2）的半径R2设置为170mm；当厚壁管件的外径设置为400-500mm时，圆弧部Ⅰ（1）半径R1设置为230mm、圆弧部Ⅱ（2）的半径R2设置为190mm；
标准试样Ⅱ（92）的参数值设置为与厚壁管件的尺寸相对应并在标准试样Ⅱ（92）设置有通孔（12）。
8.根据权利要求6所述的用于厚壁管件的周向超声波检查装置，其特征是：超声波检测仪（93）设置为脉冲反射式多通道或单通道超声波探伤仪并压电超声探头的工作频率为1MHz-15MHz、单个探头的晶片长度或直径应小于等于25mm及人工缺陷长度小于20mm时应小于等于12mm。
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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 | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Wang Feng Inventor after: Jiang Kuishu Inventor after: Wang Yiming Inventor before: Wang Feng Inventor before: Jiang Kuishu Inventor before: Wang Weiguo Inventor before: Wei Zengan Inventor before: Wang Yiming |
|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170728 |