CN105938122B - 一种薄壁小径管相控阵检测对比试块 - Google Patents
一种薄壁小径管相控阵检测对比试块 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供的是一种薄壁小径管相控阵检测对比试块。对比试块为矩形，在一侧设有四分之一圆弧面，在对比试块上分布设有横通孔反射体。制作距离‑波幅曲线和调试角度增益补偿曲线对薄壁小径管进行检测。本发明的对比试块通过四分之一圆弧和曲面长方体，曲面长方体中含横通孔反射体构成，优点是：对比试块规格大，能满足扇形扫描制作距离‑波幅曲线；反射体间距大，避免制作距离‑波幅曲线时反射体之间的干扰；反射体深度多样，满足不同角度的声束调试要求；能解决相控阵检测的角度增益补偿及楔块延迟补偿等要求；能测试盲区；能解决薄壁小径管声束测试的问题。适宜作为薄壁小径管检测对比试块使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种无损检测技术中使用的对比试块，具体说是一种薄壁小径管相控阵检测对比试块。
背景技术
相控阵超声检测技术是目前国内外无损检测技术发展的新方向，新动力、是最先进的检测技术之一。相控阵超声技术是利用电子方式控制相控阵超声探头的声束来实现超声波发射、接收的方法。相控阵超声探头有多个小晶片，即阵元，每个阵元被独立的激发，并施加不同的时间延迟，所有阵元发射的超声波形成一个整体波阵面，能够实现动态聚焦，并能有效地控制发射超声束的形状和方向。它为确定缺陷的形状、大小和方向提供出比单个或多个常规超声波探头系统更大的能力。相控阵超声检测技术具有成像功能，检测结果以图像形式显示，分为A扫描、B扫描、S扫描、E扫描及P扫描等，直观易懂，存储的数据具有动态回放功能，并且还能记录扫查位置。这些功能是常规超声检测技术难以做到的。
相控阵超声检测技术已经在我国开始应用，例如在西气东输管道工程检测管道环焊缝，在安徽六安和安庆火力发电厂检测薄壁小径管环焊缝，对汽轮机叶片根部和涡轮圆盘的检测、火车轮轴检测、核电站主泵隔热板的检测等等，有着巨大的应用空间，体现出相控阵超声检测的优越性。
在电站锅炉、石油天然气站场、炼油厂及船舶等行业的安装及检修中存在大量薄壁小径管焊缝，这正式相控阵超声检测施展独特技术的场地。相控阵超声检测独特技术主要体现在采用多种角度检测，即扇形扫描检测和动态聚焦。而美国ASTM E2491相控阵标准中没有提到曲面楔块的延迟衰减补偿、楔块衰减补偿及角度增益补偿的调试方法。目前我国特检行业、电力行业及石油天然气行业等常规超声检测标准中采用的薄壁小径管焊缝检测的对比试块存在以下不足：
（1）对比试块规格小，不能满足相控阵扇形扫描移动空间；
（2）对比试块中人工反射体间距太近，易造成扇形扫描调试时反射体间干扰；
（3）对比试块人工反射体深度单一、数量少，不能完全满足不同角度的声束调试要求；
（4）不能做角度增益补偿调试、楔块衰减补偿及楔块延迟补偿的要求。
（5）不能测试盲区。
这些不足的存在，严重阻碍了相控阵超声检测技术在薄壁小径管焊缝检测中的应用。
发明内容
为了克服现有超声检测薄壁小径管检测存在的缺点，本发明提出了一种薄壁小径管相控阵检测对比试块。该对比试块通过相控阵超声检测技术，解决薄壁小径管焊缝超声检测的技术问题。
本发明解决技术问题所采用的方案是：
对比试块为矩形，在一侧设有四分之一圆弧面，在对比试块上分布设有横通孔反射体。
据图所示，对比试块1为矩形，在一侧设有四分之一圆弧面，在对比试块上分布设有横通孔反射体2；
所述横通孔反射体数量为10-13个；
横通孔反射体直径d不大于3毫米，横通孔深度D在2-23毫米之间，相邻横通孔间距G不大于90毫米，
对比试块长度不大于500毫米，宽度不大于25毫米，高度不大于50毫米；
曲率半径R 16-80毫米。
调试过程：
规格为Φ38mm×5mm的管子焊缝采用相控阵检测工艺设置分为三次波和二次波检测，应分别制作三次波和二次波的距离-波幅曲线，即DAC曲线，及对应的角度增益补偿曲线。现以三次波制作距离-波幅曲线和角度增益补偿曲线为例说明：
（1）制作距离-波幅曲线：
第一步：选择制作距离-波幅曲线的角度，该角度选择为58°；
第二步：选择制作距离-波幅曲线的人工反射体的个数，即选择4个反射体，深度分别为5mm、9mm、14mm及18mm。
第三步：将探头放置于对比试块，采用58°角声束扫查5mm深的人工反射体，找到该反射体的最大波高，使其达到满屏高度的80%，此波高为基准波高，此时的增益值为基准灵敏度，该点记录为第一点；
第四步：保持基准灵敏度不变，依次扫查其它三个反射体，分别记录为第二点、第三点及第四点；
第五步：将记录的四个点连接起来，就是58°角声束的距离-波幅曲线。
（2）调试角度增益补偿曲线：
第一步：设定理论检测工艺的扇形角度范围为54°-63°；
第二步：采用制作距离-波幅曲线角度，即58°的声束，将相控阵探头置于对比试块R50的圆心位置，找到该角度声束在四分一R50圆弧面上的最大回波，将其调整到满屏高度的80%，此波高为基准波高，此时的增益值为基准值0dB；
第三步：依次调试扇形角度范围内，即54°-63°其他角度的声束在四分一R50圆弧面上的最大回波，将其调整到满屏高度的80%，将不同角度对应的增益值连接起来形成的曲线，就是角度增益补偿曲线。进而由58°角声束的距离-波幅曲线换算成54°-63°扇形角度范围内的不同角度的距离-波幅曲线。
积极效果，本发明的对比试块通过四分之一圆弧和曲面长方体，曲面长方体中含横通孔人工反射体构成，解决常规超声检测中对比试块的不足，与常规超声中的对比试块相比具有以下优点：（1）对比试块规格大，能满足扇形扫描制作距离-波幅曲线，即DAC曲线和TCG曲线的要求；（2）反射体间距大，避免制作距离-波幅曲线时反射体之间的干扰；（3）反射体深度多样，满足不同角度的声束调试要求；（4）能解决相控阵检测的角度增益补偿、楔块衰减补偿及楔块延迟补偿的要求；（5）能测试相控阵检测最小深度，即盲区的问题；（6）能解决薄壁小径管声束测试的问题。
附图说明
图1是本发明的对比试块的形状结构示意图；
图2为本发明的对比试块俯视图；
图3为本发明的对比试块侧视图。
图中，1.对比试块，2.横通孔反射体，D.横通孔反射体深度，G. 横通孔反射体之间的距离，d.横通孔反射体直径，R.曲率半径。
具体实施方式
据图所示，对比试块1为矩形，在一侧设有四分之一圆弧面，在对比试块上分布设有横通孔反射体2。
所述横通孔反射体数量为10-13个。
调试过程：
规格为Φ38mm×5mm的管子焊缝采用相控阵检测工艺设置分为三次波和二次波检测，应分别制作三次波和二次波的距离-波幅曲线（即DAC曲线），及对应的角度增益补偿曲线。现以三次波制作距离-波幅曲线和角度增益补偿曲线为例说明：
（1）制作距离-波幅曲线：
第一步：选择制作距离-波幅曲线的角度，该角度选择为58°；
第二步：选择制作距离-波幅曲线的人工反射体的个数，即选择4个反射体，深度分别为5mm、9mm、14mm及18mm。
第三步：将探头放置于对比试块，采用58°角声束扫查5mm深的人工反射体，找到该反射体的最大波高，使其达到满屏高度的80%，此波高为基准波高，此时的增益值为基准灵敏度，该点记录为第一点；
第四步：保持基准灵敏度不变，依次扫查其它三个反射体，分别记录为第二点、第三点及第四点；
第五步：将记录的四个点连接起来，就是58°角声束的距离-波幅曲线。
（2）调试角度增益补偿曲线：
第一步：设定理论检测工艺的扇形角度范围为54°-63°；
第二步：采用制作距离-波幅曲线角度，即58°的声束，将相控阵探头置于对比试块R50的圆心位置，找到该角度声束在四分一R50圆弧面上的最大回波，将其调整到满屏高度的80%，此波高为基准波高，此时的增益值为基准值0dB；
第三步：依次调试扇形角度范围内，即54°-63°，其他角度的声束在四分一R50圆弧面上的最大回波，将其调整到满屏高度的80%，将不同角度对应的增益值连接起来形成的曲线，就是角度增益补偿曲线。进而由58°角声束的距离-波幅曲线换算成54°-63°扇形角度范围内的不同角度的距离-波幅曲线。
实施例1：
实施例1是检测规格为Φ38mm×5mm的管子焊缝，焊缝坡口形式为V型，坡口角度为30°、钝边高度为0.5mm。采用的曲率半径为19mm的对比试块，调试角度增益补偿曲线和制作距离-波幅曲线的过程。
检测仪器为ISONIC2009相控阵超声检测仪器，相控阵探头参数：一维16晶片的小径管专用探头，频率为7.5MHz或10MHz、相邻两晶片中心线间距为0.5mm、晶片宽度或阵元宽度为0.4mm、相邻两晶片的间隙为0.1mm、晶片曲率半径为35mm、楔块角度为39°、楔块声速为2337m/s，一次激发16晶片，采用对比试块。
本发明的特点：
本发明的薄壁小径管相控阵检测对比试块是由四分之一圆弧和曲面长方体构成，四分之一圆弧具有调试曲面角度增益补偿或楔块衰减补偿或延迟衰减补偿的功能。曲面长方体中的人工反射体用于制作距离-波幅曲线，即DAC曲线和TCG曲线。
相控阵超声仪器与相控阵探头相连，将相控阵探头放置于四分之一圆弧位置，利用四分之一圆弧调试曲面角度增益补偿或楔块衰减补偿或延迟衰减补偿。
将相控阵探头置于曲面长方体中不同位置的人工反射体可制作距离-波幅曲线，即DAC曲线和TCG曲线，对比试块人工反射体深度不同、多样，适用于不同角度的声束制作距离-波幅曲线，且反射体之间不互相干扰。
利用不同深度的横通孔能测试相控阵检测系统的最小检测深度和声束特性。
此对比试块既具有调试角度增益补偿功能，又具有制作距离-波幅曲线的功能，同时也具有测试声束特性、楔块延时补偿、楔块衰减补偿及盲区的功能，将多功能融为一体，突破传统对比试块的设计思路，是一大创新亮点。
本发明适用范围，壁厚大于等于3.5毫米，小于等于15毫米，管径大于等于32毫米，小于等于159毫米的薄壁小径管焊接接头的检测。
Claims (2)
1.一种薄壁小径管相控阵检测对比试块，其特征是：对比试块（1）是由四分之一圆弧和曲面长方体构成，在一侧的四分之一圆弧具有调试曲面角度增益补偿或楔块衰减补偿或延迟衰减补偿的功能；另一侧的曲面长方体上分布设有横通孔反射体（2），横通孔反射体用于制作距离-波幅曲线，即DAC曲线和TCG曲线；
所述横通孔反射体数量为10～13个；
横通孔反射体直径d不大于3毫米，横通孔深度D在2～23毫米之间，相邻横通孔间距G不大于90毫米；
对比试块长度不大于500毫米，宽度不大于25毫米，高度不大于50毫米；
曲率半径R为 16～80毫米；
对比试块适用范围，壁厚大于等于3.5毫米，小于等于15毫米，管径大于等于32毫米，小于等于159毫米的薄壁小径管焊接接头的检测。
2.一种应用权利要求1所述的一种薄壁小径管相控阵检测对比试块的方法，其特征是：
调试过程：
采用相控阵检测工艺设置分为三次波和二次波检测，应分别制作三次波和二次波的距离-波幅曲线，即DAC曲线，及对应的角度增益补偿曲线；
（1）制作距离-波幅曲线：
第一步：选择制作距离-波幅曲线的角度，该角度选择为58°；
第二步：选择制作距离-波幅曲线的人工反射体的个数，即选择4个反射体，深度分别为5mm、9mm、14mm及18mm；
第三步：将探头放置于对比试块上，采用58°角声束扫查5mm深的人工反射体，找到该反射体的最大波高，使其达到满屏高度的80%，此波高为基准波高，此时的增益值为基准灵敏度，该点记录为第一点；
第四步：保持基准灵敏度不变，依次扫查其它三个反射体，分别记录为第二点、第三点及第四点；
第五步：将记录的四个点连接起来，是58°角声束的距离-波幅曲线；
（2）调试角度增益补偿曲线：
第一步：设定理论检测工艺的扇形角度范围为54°～63°；
第二步：采用制作距离-波幅曲线角度，即58°的声束，将相控阵探头置于对比试块R50的圆心位置，找到该角度声束在四分之一R50圆弧面上的最大回波，将其调整到满屏高度的80%，此波高为基准波高，此时的增益值为基准值0dB；
第三步：依次调试扇形角度范围内，即54°～63°，其他角度的声束在四分之一R50圆弧面上的最大回波，将其调整到满屏高度的80%，将不同角度对应的增益值连接起来形成的曲线，是角度增益补偿曲线；进而由58°角声束的距离-波幅曲线换算成54°～63°扇形角度范围内的不同角度的距离-波幅曲线。
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