CN104749245B - 一种小管径大壁厚管道设备的水浸超声波检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于核电站及其它承压容器小管径管道焊缝内表面超声波检查，具体是一种小管径大壁厚管道设备的水浸超声波检测方法。包括如下步骤：步骤1、将探测探头伸入管中，进行扫描探测，对于管道的焊缝进行探测扫查；步骤2、在对于焊缝进行探测扫查后，在探测管道焊缝有缺陷的探测位置，使用定量探头对于焊缝进行检测。相对接触式而言，能够在检验探头不用接触管道内表面的情况下，实施小管径大壁厚管道焊缝检查，扫查速度快，检查精度高。应用此种方法，使得检测装置更小型轻便化，减少了检测探头数量及相应的超声电缆，减轻了检查装置的重量，降低了检测成本及检查风险。

Description

一种小管径大壁厚管道设备的水浸超声波检测方法
技术领域
本发明属于核电站及其它承压容器小管径管道焊缝内表面超声波检查。
背景技术
核电站管道中具有焊接在反应堆压力容器上的管段，因该区域长期处于高温高压状态，且有带高放射性的冷却介质从中流过，若该区域发生泄漏，将发生严重的安全事故，故必须对该区域进行定期检查。该管道结构复杂而特殊，管径较小，焊缝壁厚较厚，采用传统的接触式超声检测方法实施的空间非常有限且困难较大。
例如，针对管径范围在100mm～300mm之间的小管径大壁厚管道焊缝，传统接触式超声波检测方法，需要同时安装多种角度探头进行检查，探头托盘组件的尺寸必须能够同时安装多个探头及电缆，还需要保证探头扫查过程中的平稳性，需要对称布置探头；另外，探头托盘组件上还需加装气缸装置，保证检查工具安装时探头托盘组件处在自然状态，扫查状态时探头托盘组件伸开贴紧管道内壁。这对于内径较小的管道而言，检查工具的研制、安装及扫查均较困难。
发明内容
本发明目的是提出专门针对小管径大壁厚管道设备的水浸式超声波检测方法。
本发明是如此实现的：
一种小管径大壁厚管道设备的水浸超声波检测方法，其中，包括如下步骤：
步骤1、将探测探头伸入管中，进行探测，对于管道焊缝进行探测扫查；
步骤2、在对于焊缝进行探测扫查后，在管道焊缝中缺陷的位置，使用定量探头对于焊缝进行定量检测。
如上所述的一种小管径大壁厚管道设备的水浸超声波检测方法，其中，在步骤1中，探测探头位置保持固定，扫描过程由反射镜实现；并且，在步骤2中，在检测过程中使用所述反射镜。
如上所述的一种小管径大壁厚管道设备的水浸超声波检测方法，其中，所述反射镜镜面设计成指定曲率的柱面使来自探测探头和定量探头的发散的超声波声束平行入射到管道焊缝，反射镜曲率半径计算公式如下所述：
r=d/(1/2*arcsin(d/(sqrt(R2-2*R*S*cosα+S2)))-1/2*arcsin(R*sinα/(sqrt(R2-2*R*S*cosα+S2))))
其中，sinα/sinβ=CW/CL
r--反射镜曲率半径；
d--探头晶片尺寸的一半；
R--管道焊缝内表面半径；
α--超声波的入射角；
S--声波发生镜面反射后的水声程；
β—超声波在管道焊缝中的折射角；
CW--水中超声波声速；
CL--管道焊缝中超声波纵波声速。
如上所述的一种小管径大壁厚管道设备的水浸超声波检测方法，其中，在步骤1中，将探测探头和定量探头同时伸入管中；在步骤1中，使用探测探头；在步骤2中，将探测探头替换为定量探头。
本专利提出的小管径大壁厚管道焊缝超声检测方法，与传统的检测方法相比较：（1）是一种水浸式超声波检测方法，相对接触式而言，能够在检验探头不用接触管道内表面的情况下，实施小管径大壁厚管道焊缝检查，扫查速度快，检查精度高。应用此种方法，使得检测装置更小型轻便化，减少了检测探头数量及相应的超声电缆，减轻了检查装置的重量，降低了检测成本及检查风险；（2）特殊的反射面设计，使得超声波传播衰减小，传播距离长；特殊的反射镜结构，使得反射的超声波信噪比高；（3）在不用更换探头的前提下，实现管道焊缝多种角度的扫查。
附图说明
图1是超声波声束传播路径示意图。
图2小管径大壁厚管道焊缝超声检查工具探头托盘组件示意图。
图3反射镜曲率设计。
其中，1.反射镜，2.探头，3.管道焊缝，4.超声波声束，11.步进电机，13.探头架，15.旋转气缸,16.装置主体，17.反射镜支撑座。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步描述。
如图1所示，在本实施例中，采用了一种可远程调节角度的反射镜结构作为探头托盘组件的一部分，超声波声束从探头发出，经过一段水声程到达反射镜结构，大部分声波在反射镜表面发生反射，再经过一段水声程进入管道焊缝，通过扫查装置上的轴向和周向步进电机，可使探头托盘组件在管道内进行轴向和周向运动实现小管径大壁厚管道焊缝的水浸式超声检测。
在这一检验过程中，水浸式超声波检测方法存在界面波，因大壁厚管道焊缝检查深度较深，容易产生界面波对超声波信号的干扰。所述的在声束传播路径上使用反射镜结构装置，通过反射镜对声束的反射作用，还能增加声波在水中传播距离，有效的防止二次界面波的干扰。同时，安装的反射镜表面呈凹面镜的形状，使发散的超声波声束平行入射到管道焊缝中。
本实施例中，探头的晶片尺寸可以根据壁厚情况选择合适大小的，保证探头托盘组件尺寸不要太大以及超声波在管道焊缝壁厚方向的穿透力。另外，在探头夹具下方安装了旋转伸缩气缸装置，用作更换不同种类的探头实现小管径大壁厚管道焊缝的探测与定量扫查。
本发明中使用的小管径大壁厚管道焊缝超声检查工具的探头托盘组件见图2。
其中，采用了结构相对简单的可调式反射镜结构，仅需要两根超声电缆和1根控制反射镜2旋转的电缆。声波从探头14发出，经过一段水声程到达反射镜2，在反射镜上面发生镜面反射，再经过一段水声程入射到被检管道焊缝，实现管道焊缝的水浸式超声检验。
此外，反射镜结构采用特殊的曲面设计，如图3所示，反射镜镜面设计成一定曲率的柱面使发散的超声波声束平行入射到管道焊缝。下面给出反射镜曲率半径为计算公式：
r=d/(1/2*arcsin(d/(sqrt(R2-2*R*S*cosα+S2)))-1/2*arcsin(R*sinα/(sqrt(R2-2*R*S*cosα+S2))))
其中，sinα/sinβ=CW/CL
r--反射镜曲率半径；
R--管道焊缝内表面半径；
α--超声波的入射角；
β—超声波在管道焊缝中的折射角；
S--声波发生镜面反射后的水声程；
d--探头晶片尺寸的一半；
CW--水中超声波声速；
CL--管道焊缝中超声波纵波声速。
在所述的探头托盘组件上仅安装了2种不同类型探头，一种为探测探头、另一种为定量探头，能够实现多种角度检测管道焊缝。当完成1种角度探头检测后，通过旋转编码器使电机1顺时针（或逆时针）旋转，带动反射镜2偏转，改变超声波声束传播路径从而实现多角度检验安注管焊缝的目的。当探测探头完成探测扫查，发现可记录缺陷时，让旋转气缸5通气产生推力，探头架作逆时针90°旋转，更换为定量探头实现缺陷的定量检查。
在调试完成后，扫查装置具备水下工作状态，此时反射镜2的偏转角为45°，使超声波声束垂直入射到管道焊缝中，扫查装置先用探测探头进行扫查。
在实施完探测探头的检验后，控制人员通过调整电机输出脉冲个数，改变反射镜偏转角达到改变检验角度的目的，实施另一个检验探头对管道焊缝的水浸式超声检验；当所有探测探头水浸式检验完毕后，发现有需要定量的缺陷显示，此时让旋转气缸通气产生推力，使探头架发生90°旋转，更换为定量探头，再次旋转反射镜，采用定量所需角度，对缺陷显示进行定量扫查直到定量工作结束。
上面对本发明的实施例作了详细说明，上述实施方式仅为本发明的最优实施例，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (2)

1.一种小管径大壁厚管道设备的水浸超声波检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、将探测探头伸入管中，进行扫描探测，对于管道的焊缝进行探测扫查；
步骤2、在对于焊缝进行探测扫查后，在探测管道焊缝有缺陷的探测位置，使用定量探头对于焊缝进行检测；
在步骤1中，探测探头位置保持固定，扫描过程由反射镜实现；并且，在步骤2中，在检测过程中使用所述反射镜；
所述反射镜镜面设计成指定曲率的柱面使来自探测探头和定量探头的发散的超声波声束平行入射到管道焊缝，反射镜曲率半径计算公式如下所述：
r＝d/(1/2*arcsin(d/(sqrt(R2-2*R*S*cosα+S2)))-1/2*arcsin(R*sinα/(sqrt(R2-2*R*S*cosα+S2))))
其中，sinα/sinβ＝CW/CL
r--反射镜曲率半径；
d--探头晶片尺寸的一半；
R--管道焊缝内表面半径；
α--超声波的入射角；
S--声波发生镜面反射后的水声程；
β—超声波在管道焊缝中的折射角；
CW--水中超声波声速；
CL--管道焊缝中超声波纵波声速。
2.如权利要求1所述的小管径大壁厚管道设备的水浸超声波检测方法，其特征在于，在步骤1中，将探测探头和定量探头同时伸入管中；在步骤1中，使用探测探头；在步骤2中，将探测探头替换为定量探头。
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