CN105136903A - 圆柱曲面工件对接焊缝横向缺陷检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种圆柱曲面工件对接焊缝横向缺陷检测装置，包括第一楔块和第二楔块，所述第一楔块和所述第二楔块分别设置于待检测工件的焊缝的两侧，所述第一楔块的上表面设置有第一换能器，所述第二楔块的上表面设置有第二换能器，所述第一楔块和所述第二楔块的下表面为弯曲面，从而与待检测工件紧密契合，所述第一换能器和所述第一楔块的接触面平行于待检测工件的管轴，所述第二换能器和所述第二楔块的接触面平行于待检测工件的管轴。本发明还提供了一种圆柱曲面工件横向缺陷检测方法。本发明可以检测小径管等圆柱曲面工件中的横向缺陷。

Description

圆柱曲面工件对接焊缝横向缺陷检测装置及方法

技术领域

本发明涉及超声检测技术领域，尤其涉及一种圆柱曲面工件对接焊缝的横向缺陷检测装置及方法。

背景技术

管件对接焊缝尤其是小径管对接焊缝广泛存在于石油、化工、供暖等各种大型锅炉尤其是火电锅炉中，用作热交换和物质传输。如一台1千兆瓦的锅炉在安装中约有焊缝8万多道，而2014年我国火力发电装机容量约915.7千兆瓦，小径管对接焊缝数量巨大。若焊缝中存在未发现的危害性缺陷，则易引起爆管，可能导致锅炉非计划停机，造成巨大的经济损失和社会问题。该类焊缝服役环境恶劣，因此对于检测的可靠性和检测效率要求极高，检测难度大。尤其是横向缺陷，极易漏检。横向缺陷是指焊缝中缺陷的走向垂直于焊缝中心线和检测面的缺陷，最常见的横向缺陷是横向裂纹。

目前常用的关于焊缝的无损检测技术包括射线、超声、磁粉、渗透和涡流，其中只有射线和超声可以同时检测焊缝表面和内部缺陷。

射线检测是利用射线透过被检物体时有缺陷部位与无缺陷部位对射线的吸收能力不同，导致成像底片的亮度不同而检测缺陷。它对裂纹、未熔合等危害性较大的面积型缺陷不敏感；检测较厚工件时难以透照，检测中有盲区，易导致漏检；还存在辐射、污染，效率低的不足。

而目前常规的超声检测一般采用斜入射横波(SV波)脉冲回波法双侧检测，通过手动来回移动探头作锯齿形扫查，观察回波幅度、回波波形和位置变化定量定性定位缺陷。该方法检测时，声传播方向与横向缺陷共面，很难检测出横向缺陷，且采用自发自收方式，楔块前沿较大，难以检测较薄的工件。另外，超声衍射时差法的检测盲区太大，甚至大于管子壁厚，不适宜于检测薄壁管对接焊缝。最后，目前工业检测中常用的相控阵超声检测技术采用聚焦脉冲横波回波法扇形扫描、电子扫描和多项扫描成像进行检测，同样存在常规超声检测中遇到的问题—声传播方向与横向缺陷共面，缺陷反射回波信号很弱，甚至淹没于噪声信号之中，极易造成漏检。采用二维相控阵超声检测技术进行检测，探头阵元数多，要求设备通道数较多，检测设备昂贵且不适宜于现场应用。

目前的横向缺陷的超声检测只能检测板对接焊缝的横向缺陷。主要是采用常规超声单晶片探头，布置于焊缝两侧，与焊缝构成“K”字形分布，斜探头与焊缝中心线所成角度不大于10°，作两个方向的斜平行扫查，如果焊缝余高磨平，探头可以在焊缝及热影响区上作两个方向的平行扫查。但斜平行扫查不能用于管对接焊缝，主要是由于楔块-工件曲线引起声束发散严重，使得检测声场混乱，不能进行检测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种圆柱曲面工件对接焊缝的横向缺陷检测装置及方法，解决当前小径管对接焊缝横向缺陷难以检测的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种圆柱曲面工件对接焊缝横向缺陷检测装置，包括第一楔块和第二楔块，所述第一楔块和所述第二楔块分别设置于待检测工件的焊缝的两端，所述第一楔块的上表面设置有第一换能器，所述第二楔块的上表面设置有第二换能器，所述第一楔块和所述第二楔块的下表面为弯圆柱曲面，从而与待检测工件紧密契合，所述第一换能器和所述第一楔块的接触面平行于待检测工件的管轴，所述第二换能器和所述第二楔块的接触面平行于待检测工件的管轴。

进一步的，所述第一换能器和所述第二换能器都为一维线性相控阵超声换能器。

进一步的，所述第一换能器和所述第一楔块的接触面为平面或柱面，当所述接触面为平面时，所述接触面的法向量与待检测工件的径向的夹角β₁在3°-15°之间，当所述接触面为柱面时，所述接触面的径向与待检测工件的径向的夹角β₁在3°-15°之间。

进一步的，所述第二换能器和所述第二楔块的接触面为平面或柱面，当所述接触面为平面时，所述接触面的法向量与待检测工件的径向的夹角β₂在3°-15°之间，当所述接触面为柱面时，所述接触面的径向与待检测工件的径向的夹角β₂在3°-15°之间。

进一步的，所述第一楔块在无延时激励下，声束入射到待检测工件表面的入射点到楔块前端的距离在5mm-15mm范围内。

进一步的，所述第二楔块在无延时激励下，声束入射到待检测工件表面的入射点到楔块前端的距离在5mm-15mm范围内。

进一步的，所述第一换能器通过螺钉固定在所述述第一楔块的上表面，所述第二换能器通过螺钉固定在所述述第二楔块的上表面。

本发明还提供了一种管件焊缝横向缺陷检测方法，所述方法基于上述的检测装置，则所述方法包括：

将所述检测装置固定于扫查装置上，检测时用不损坏工件表面的流动性物质作为耦合剂进行耦合；

制作距离-幅度曲线和角度增益补偿曲线来校准所述相控阵超声换能器的灵敏度，并根据由于工件和校准用试块的表面不同引起的灵敏度不同，设置好最终检测用灵敏度；

所述第一换能器发射相控合成的检测声束，所述第二换能器接收缺陷波信号，得到扇形扫描超声像；

对所述扇形扫描超声像进行滤波信号处理，得到缺陷信号，判断缺陷形貌；

变换第二换能器为接收换能器，第一换能器为发射换能器，进行补充成像，辅助缺陷的定量和定性；

其中，检测声束可以是纵波或横波，相应的，缺陷波信号为纵波或横波或综合应用。

其中，所述第一换能器发射相控合成的检测声束，所述第二换能器接收缺陷回波信号，得到扇形扫描超声像，的具体实施步骤为：

所述第一换能器发射折射角为θ₁的检测声束，所述第二换能器以θ₁角度接收缺陷波信号，变换不同的角度θ₁，得到一张扇形扫描图；

或具体实施步骤为：

所述第一换能器发射折射角为θ₁的检测声束，所述第二换能器多个角度接收缺陷回波信号，得到一系列扇形扫描图，辅助缺陷定量定性。

其中，所述不损坏工件表面的流动性物质为机油或浆糊或水。

实施本发明，具有如下有益效果：本发明可以检测小径管的对接焊缝横向缺陷，也可以用于其它对接焊缝(包括板对接焊缝)中其它缺陷的辅助检测和分析，包括对平行于扫查面的面积状缺陷(如层间未熔合)的检测以及圆柱曲面工件焊缝中其它缺陷的检测或辅助分析。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明提供的圆柱曲面工件对接焊缝横向缺陷检测装置的一个实施例的结构图；

图2是图1的横向切面图；

图3是图1的竖向切面图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明提供的圆柱曲面工件对接焊缝横向缺陷检测装置的一个实施例的结构图，图2是图1的横向切面图，图3是图1的竖向切面图。本实施例中，圆柱曲面工件具体是小径管。

参考图1和图3，两个管件通过焊缝104焊接后形成待检测工件101，焊缝104表面呈凸出的弧形，焊缝104的内部有横向缺陷106。

参考图1，本发明实施例提供的检测装置包括第一楔块102和第二楔块103，第一楔块102和第二楔块103分别设置于待检测工件101的焊缝101的两侧，第一楔块102的上表面设置有第一换能器1021，第二楔块103的上表面设置有第二换能器1031，具体的，第一换能器1021和第二换能器1031都为一维线性相控阵超声换能器。第一换能器1021通过螺钉1022固定在述第一楔块102的上表面，第二换能器1031通过螺钉1032固定在述第二楔块103的上表面。换能器和楔块间通过耦合剂耦合。

参考图1和图2，第一楔块102和第二楔块103的下表面为弯圆柱曲面，从而与待检测工件101紧密契合。其中，第一换能器1021和第一楔块102的接触面平行于待检测工件101的管轴105，且第一换能器1021和第一楔块102的接触面为平面或柱面(图1和图2所示为柱面)，当接触面为平面时，接触面的法向量与待检测工件101的径向的夹角β₁在3°-15°之间，当接触面为柱面时，接触面的径向与待检测工件101的径向的夹角β₁在3°-15°之间。同理，第二换能器1031和第二楔块103的接触面平行于待检测工件101的管轴105，第二换能器1031和第二楔块103的接触面为平面或柱面，当接触面为平面时，接触面的法向量与待检测工件101的径向的夹角β₂在3°-15°之间，当接触面为柱面时，接触面的径向与待检测工件101的径向的夹角β₂在3°-15°之间。

参考图3，第一楔块102在无延时激励下，声束107入射到待检测工件101表面的入射点到楔块前端的距离在5mm-15mm范围内。第二楔块103在无延时激励下，声束107入射到待检测工件101表面的入射点到楔块前端的距离在5mm-15mm范围内。楔块的前沿尽量短，使得换能器尽可能靠近焊缝，有利于检测。

本发明还提供了管件焊缝横向缺陷检测方法的一个实施例，本实施例是基于上述的检测装置，则本发明实施例包括步骤：

S201、将检测装置固定于扫查装置上，检测时再用不损坏工件表面的流动性物质作为耦合剂进行耦合。

其中，流动性物质可以为机油或浆糊或水。

S202、制作距离-幅度曲线和角度增益补偿曲线来校准相控阵超声换能器的灵敏度，并根据由于工件和校准用试块的表面不同引起的灵敏度不同，设置好最终检测用灵敏度。

其中，距离-幅度曲线和角度增益补偿曲线的制作方法不是本发明的创新点，采用公知技术实现，具体在此不再赘述。

S203、第一换能器发射相控合成的检测声束，第二换能器接收缺陷波信号，得到扇形扫描超声像。

其中，检测声束是纵波或横波，相应的，缺陷波信号为纵波或横波或综合应用。声束路线具体参考图3。

步骤S203在具体实施时可以为：

第一换能器发射折射角为θ₁的检测声束，第二换能器以θ₁角度接收缺陷波信号，变换θ₁的大小，得到一张扇形扫描图；

也可以为：

第一换能器发射折射角为θ₁的检测声束，第二换能器多个角度接收缺陷波信号，得到一系列扇形扫描图，辅助缺陷定量定性。

S204、对扇形扫描超声像进行滤波等信号处理，得到缺陷信号，判断缺陷形貌。

S205、变换第二换能器为接收换能器，第一换能器为发射换能器，进行补充成像，辅助缺陷的定量和定性。

实施本发明，具有如下有益效果：本发明可以检测小径管的对接焊缝横向缺陷，也可以用于其它对接焊缝(包括板对接焊缝)中其它缺陷的辅助检测和分析，包括对平行于扫查面的面积状缺陷(如层间未熔合)的检测以及其它圆柱曲面工件焊缝中缺陷的检测或辅助分析。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种圆柱曲面工件对接焊缝横向缺陷检测装置，其特征在于，包括第一楔块和第二楔块，所述第一楔块和所述第二楔块分别设置于待检测工件的焊缝的两端，所述第一楔块的上表面设置有第一换能器，所述第二楔块的上表面设置有第二换能器，所述第一楔块和所述第二楔块的下表面为弯圆柱曲面，从而与待检测工件紧密契合，所述第一换能器和所述第一楔块的接触面平行于待检测工件的管轴，所述第二换能器和所述第二楔块的接触面平行于待检测工件的管轴。

2.如权利要求1所述的圆柱曲面工件对接焊缝横向缺陷检测装置，其特征在于，所述第一换能器和所述第二换能器都为一维线性相控阵超声换能器。

3.如权利要求1所述的圆柱曲面工件对接焊缝横向缺陷检测装置，其特征在于，所述第一换能器和所述第一楔块的接触面为平面或柱面，当所述接触面为平面时，所述接触面的法向量与待检测工件的径向的夹角β₁在3°-15°之间，当所述接触面为柱面时，所述接触面的径向与待检测工件的径向的夹角β₁在3°-15°之间。

4.如权利要求1所述的圆柱曲面工件对接焊缝横向缺陷检测装置，其特征在于，所述第二换能器和所述第二楔块的接触面为平面或柱面，当所述接触面为平面时，所述接触面的法向量与待检测工件的径向的夹角β₂在3°-15°之间，当所述接触面为柱面时，所述接触面的径向与待检测工件的径向的夹角β₂在3°-15°之间。

5.如权利要求1所述的圆柱曲面工件对接焊缝横向缺陷检测装置，其特征在于，所述第一楔块在无延时激励下，声束入射到待检测工件表面的入射点到楔块前端的距离在5mm-15mm范围内。

6.如权利要求1所述的圆柱曲面工件对接焊缝横向缺陷检测装置，其特征在于，所述第二楔块在无延时激励下，声束入射到待检测工件表面的入射点到楔块前端的距离在5mm-15mm范围内。

7.如权利要求1所述的圆柱曲面工件对接焊缝横向缺陷检测装置，其特征在于，所述第一换能器通过螺钉固定在所述述第一楔块的上表面，所述第二换能器通过螺钉固定在所述述第二楔块的上表面。

8.一种圆柱曲面工件对接焊缝横向缺陷检测方法，其特征在于，所述方法基于如权利要求1-7中任意一项所述的检测装置，则所述方法包括：

将所述检测装置固定于扫查装置上，检测时用不损坏工件的流动性物质作为耦合剂进行耦合；

制作距离-幅度曲线和角度增益补偿曲线来校准所述相控阵超声换能器的灵敏度，并根据由于工件和校准用试块的表面不同引起的灵敏度不同，设置好最终检测用灵敏度；

所述第一换能器发射相控合成的检测声束，所述第二换能器接收缺陷波信号，得到扇形扫描超声像；

对所述扇形扫描超声像进行信号处理，得到缺陷信号，判断缺陷形貌；

变换第二换能器为接收换能器，第一换能器为发射换能器，进行补充成像，辅助缺陷的定量和定性；

其中，检测声束是纵波或横波，相应的，缺陷波信号为纵波或横波或综合应用。

9.如权利要求8所述的圆柱曲面工件对接焊缝横向缺陷检测方法，其特征在于，所述第一换能器发射相控合成的检测声束，所述第二换能器接收缺陷波信号，得到扇形扫描超声像，的具体实施步骤为：

所述第一换能器发射折射角为θ₁的检测声束，所述第二换能器以θ₁角度接收缺陷波信号，变换θ₁的大小，得到一张扇形扫描图；

或具体实施步骤为：

所述第一换能器发射折射角为θ₁的检测声束，所述第二换能器多个角度接收缺陷波信号，得到一系列扇形扫描图，辅助缺陷定量定性。

10.如权利要求8所述的圆柱曲面工件对接焊缝横向缺陷检测方法，其特征在于，所述流动性物质为机油或浆糊或水。