CN106093212B - 用于板材电磁超声自动检测的对比试块及其设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于板材电磁超声自动检测的对比试块及其设计方法，涉及无损检测技术领域。所述对比试块包括：平底孔人工缺陷和平底槽人工缺陷；所述平底孔人工缺陷和所述平底槽人工缺陷的反射面与被检测板材表面平行；所述平底孔人工缺陷包括四类平底孔；所述平底槽人工缺陷包括两类平底槽。所述方法包括：选取对比试块，在对比试块上加工与被检测板材上的缺陷位置相同人工缺陷，最后将对比试块对分为可焊接连接的两分块，完成对比试块的设计。本发明利用平底孔人工缺陷模拟板材中的分层利用平底槽人工缺陷模拟板材中折叠、白点缺陷，解决了油气输送钢管用板材电磁超声自动检测对缺陷的进行定量评定和不同厚度板材缺陷的定量评定。

Description

用于板材电磁超声自动检测的对比试块及其设计方法
技术领域
本发明涉及无损检测技术领域，尤其涉及一种用于板材电磁超声自动检测的对比试块及其设计方法。
背景技术
随着油气输送管线的输送压力、钢级的不断提高，油气输送钢管用板材的要求也在不断提高，例如深海管线、大管径高钢级厚壁管线要求使用的板材需进行100％的超声波检测。
与常规压电晶片的超声波检测相比，电磁超声检测需要探头数量少，并具有非接触检测、易实现自动化检测、检测速度快、检测灵敏度高等特点，被广泛应用于油气输送钢管用板材的自动检测。
目前相关电磁超声检测规范或标准有GB/T 20935.1～3-2007、ASTM E1774-96、ASTM E1962-2004和ASTM E1816-2007等，这些规范或标准中涉及电磁超声波自动检测的内容很少，也未涉及相关电磁超声自动检测的对比试块。由于油气输送钢管用板材检测的特殊性(如需100％超声波检测、非接触检测和快速检测等)，虽然常规压电自动超声检测很难实现上述要求，但是，电磁超声自动检测方法却很容易实现，不过电磁超声自动检测方法中最重要的对比试块却少有研究。因此，设计油气输送钢管用板材电磁超声自动检测的对比试块是非常必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于板材电磁超声自动检测的对比试块及其设计方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。
为了实现上述目的，本发明所述种用于板材电磁超声自动检测的对比试块，所述对比试块包括：平底孔人工缺陷和平底槽人工缺陷；所述平底孔人工缺陷和所述平底槽人工缺陷的反射面与被检测板材表面平行；
所述平底孔人工缺陷包括：
第一类，距对比试块上表面的埋藏深度L上的上表面平底孔和距离对比试块下表面的埋藏深度L下的下表面平底孔；
第二类，一组或多组在对比试块厚度的1/4、2/4和3/4深度处以及距离上、下表面埋藏深度分别L上和L下处设置直径为Ф1的平底孔；
第三类，一组或多组在对比试块厚度的1/4、2/4和3/4深度处以及距离上、下表面埋藏深度分别L上和L下处设置直径为Ф2的平底孔；
第四类，一个或多个在对比试块厚度的1/2深度处，设置直径为Ф3且用于模拟被检测板材中分层缺陷的平底孔；
所述平底槽人工缺陷包括：
第一类，一组或多组在对比试块厚度的1/4、2/4和3/4深度处设置用于模拟被检测板材折叠和白点缺陷的平底槽；
第二类，在电磁超声换能器扫查前进方向设置覆盖整个对比试块宽度和深度的斜向矩形平底槽；
其中，Ф1＜Ф2，Ф2＜Ф3。
优选地，所述斜向矩形平底槽沿其长度方向顺次设置在对比试块厚度的1/4、2/4和3/4深度处，且所述斜向矩形平底槽贯穿对比试块的宽度。
优选地，所述斜向矩形平底槽的数量为2个；一个斜向矩形平底槽设置的深度为对比试块厚度的1/4和2/4；另一个斜向矩形平底槽设置的深度为对比试块厚度的2/4和3/4；设置在对比试块厚度的1/4、2/4和3/4深度处的斜向矩形平底槽占对比试块上的宽度相同。
优选地，用于模拟被检测板材折叠和白点缺陷的平底槽为矩形槽。
优选地，第二类平底孔还可以设置在对比试块边缘，且与对比试块边缘的距离为电磁超声换能器宽度的1/2。
优选地，所述对比试块包括一组直径为3mm的平底孔，五组直径为6mm的平底孔，四个用于模拟被检测板材中分层缺陷的平底孔，两组用于模拟被检测板材折叠和白点缺陷的平底槽；一组斜向矩形平底槽。
优选地，在所述对比试块的长轴的中间位置，沿短轴方向将对比试块分成大小相同的两个分块，两分块焊接连接；所述对比试块与被检测板材在外形、材料上相同或相近。
优选地，Ф1＝3mm，Ф2＝6mm，Ф3＝50mm。
本发明所述用于板材电磁超声自动检测的对比试块的设计方法，所述设计方法：
选择与被检测板材在外形、材料、粗糙度上相同或相近的模块作为对比试块；
根据所述被检测板材上的分层缺陷、折叠和白点缺陷，在对比试块上设计与所述分层缺陷和所述折叠和白点缺陷所处位置相同的人工缺陷；
在对比试块上还设置一组或多组直径为Ф1的平底孔和多组直径为Ф2的平底孔的人工缺陷；所述直径为Ф1的平底孔和所述直径为Ф2的平底孔不重合；直径为Ф1的平底孔设置在所述对比试块厚度的1/4、2/4和3/4深度处以及距离上、下表面埋藏深度分别L上和L下处，直径为Ф2的平底孔设置在所述对比试块厚度的1/4、2/4和3/4深度处以及距离上、下表面埋藏深度分别L上和L下处；
在电磁超声换能器扫查前进方向设置覆盖整个对比试块宽度和深度的斜向矩形平底槽的人工缺陷；
在对比试块上的人工缺陷加工完成后，将所述对比试块对分为焊接连接两分块，完成对比试块的设计。
优选地，在对比试块上设计与所述分层缺陷和所述折叠和白点缺陷所处位置相同的人工缺陷按下述进行设计：
在对比试块厚度的1/4、2/4和3/4深度处设置用于模拟被检测板材折叠和白点缺陷的平底槽；
在对比试块厚度的1/2深度处设置直径为Ф3用于模拟被检测板材中分层缺陷的平底孔；
其中，Ф1＜Ф2，Ф2＜Ф3。
本发明的有益效果是：
本发明通过对用板材电磁超声自动检测对比试块的设计，利用平底孔人工缺陷模拟板材中的分层缺陷，利用平底槽人工缺陷模拟板材中折叠、白点缺陷，测试电磁超声自动检测系统、电磁超声换能器的检测能力和可靠性，解决了油气输送钢管用板材电磁超声自动检测对缺陷的进行定量评定和不同厚度板材缺陷的定量评定。
附图说明
图1为板材中常见缺陷；
图2为板材用对比试块及人工缺陷设计图；
图3为图2在不同方向P-P、Q-Q、R-R、S-S、T-T、U-U和V-V对人工缺陷的视图；
图4至图10依次为图3在P-P、Q-Q、R-R、S-S、T-T、U-U和V-V方向对人工缺陷的剖面图；
图11为不同埋藏深度平底孔及电磁超声换能器上、下表面分辨率测定平底孔；
图12为不同埋藏深度平底孔制作的距离波幅曲线图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如本领域技术人员知，普通板材是由板坯轧制而成，板坯可用浇铸法或坯料轧制或锻造制成。油气输送钢管用板材一般为低合金钢板。板材中常见的缺陷有分层、折叠、白点等，少见裂纹，如图1所示。分层是板坯中缩孔、夹渣等在轧制过程中未熔合而形成的分离层。分层破坏了板材的整体连续性，影响了板材承受垂直板面的拉应力作用的强度。折叠是板材表面局部形成相互折合的双层金属。白点是板材在轧制后冷却过程中氢原子来不及扩散而形成的，白点的断裂面呈白色，多出现在厚度大于40mm的板材中。由于板材中的分层、折叠等缺陷经过轧制等工序，因此它们大都平行于板面。
本发明所述用于板材电磁超声自动检测的对比试块，所述对比试块包括：平底孔人工缺陷和平底槽人工缺陷；所述平底孔人工缺陷和所述平底槽人工缺陷的反射面与被检测板材表面平行；由于被检测板材中的缺陷主要为分层、折叠和白点，这些缺陷一般均平行于板材表面，因此，应选用人工缺陷反射面与板材表面平行的平底孔或平底槽；更详细的解释说明为：
(一)本发明所述对比试块材料的透声性、声速、声衰减等应尽可能与被检工件相同或相近。一般情况下，对比试块材质尽可能与被检工件相同或相近。制作时应保证材质均匀、无杂质、无影响使用的缺陷。
本发明所述对比试块的外形尽可能简单，并能代表被检工件的特征；对比试块厚度应与被检工件的厚度要对应；对比试块粗糙度与被工件相同或相近。如果涉及两种或两种以上不同厚度的板材，对比试块的厚度应由其检测的最大厚度来确定或计算确定。
本发明所述对比试块中的人工缺陷一般采用人工反射体，对于板材来说常用的人工反射体有平底孔、平底槽、V型槽和其他形式线切割槽等，其主要用于模拟板材中的分层、折叠、白点等缺陷。这些人工缺陷用于测定电磁超声换能器的上表面和下表面分辨率；调节检测比例和检测范围；测定距离波幅曲线；调节检测灵敏度；进行缺陷的定量评定；验证扫查覆盖率和系统动态检测能力及可靠性等。
(二)所述平底孔人工缺陷包括：
第一类，距对比试块上表面的埋藏深度L上的上表面平底孔和距离对比试块下表面的埋藏深度L下的下表面平底孔；为了测试所使用电磁超声换能器的上、下表面分辨率，用设置的埋藏深度为L上的上表面平底孔的和埋藏深度为L下的下表面平底孔测试电磁超声换能器的上、下表面分辨率，保证板材检测盲区；
第二类，在对比试块厚度的1/4、2/4和3/4深度处以及距离上、下表面埋藏深度分别L上和L下处设置直径为3mm的平底孔；用来测试系统或电磁超声换能器检测能力；
第三类，在对比试块厚度的1/4、2/4和3/4深度处以及距离上、下表面埋藏深度分别L上和L下处设置直径为6mm的平底孔；用来制作距离波幅曲线，评定不同深度缺陷的当量大小。
第四类，在对比试块厚度的1/2深度处，设置直径为50mm的且用于模拟被检测板材中分层缺陷的平底孔；
(三)所述平底槽人工缺陷包括：
第一类，在对比试块厚度的1/4、2/4和3/4深度处，分别设置用于模拟被检测板材折叠和白点缺陷的平底槽；
第二类，在电磁超声换能器扫查前进方向设置覆盖整个对比试块宽度和深度的斜向矩形平底槽，为了测试电磁超声换能器扫查覆盖率和系统动态检测能力及可靠性。
所述斜向矩形平底槽沿电磁超声换能器扫查方向顺次设置在对比试块厚度的1/4、2/4和3/4深度处。
所述斜向矩形平底槽的数量为2个；一个斜向矩形平底槽设置的深度为对比试块厚度的1/4和2/4；另一个斜向矩形平底槽设置的深度为对比试块厚度的2/4和3/4。设置在对比试块厚度的1/4、2/4和3/4深度处的斜向矩形平底槽占对比试块上的宽度相同。
(四)在所述对比试块的长轴的中间位置，沿短轴方向将对比试块分成大小相同的两块。为了便于运输或加工人工缺陷，在对比试块长度中间位置(如图2中的虚线)将对比试块一分为二，制作完成后再将对比试块焊接在一起。
实施例
设计目前最大厚度的油气输送钢管用板材电磁超声自动检测对比试块。对比试块的外形尺寸按照使用的油气输送钢管最大规格Φ1219×33mm，设计长×宽×厚为6000mm×3700mm×33mm的对比试块，在对比试块中的人工缺陷选择包括：Φ3mm/Φ6mm/Φ50mm不同深度的平底孔、长×宽为40mm×80mm且不同深度的矩形槽、宽度为6mm不同深度覆盖板材宽度的斜向平底槽。图2为设计的油气输送钢管用板材对比试块及人工缺陷图，具体如下：
(1)在对比试块中部设计孔径3mm，埋藏深度分别为1.5mm、8.25mm、16.5mm、24.75mm和31.8mm的1组平底孔(如图2中的A6～E6)，用于测试检测系统和电磁超声换能器检测能力；其中，埋藏深度L上根据电磁超声换能器上表面分辨率获取，在本实施例中为埋藏深度L上为1.5mm，埋藏深度L上根据电磁超声换能器下表面分辨率获取，在本实施例中为埋藏深度L下为31.8mmmm，另：8.25mm、16.5mm、24.75mm分别与对比试块厚度33mm的1/4、2/4和3/4深度
(2)在对比试块四周边部距离板材边缘25mm(主要取决于电磁超声换能器宽度，使用电磁超声换能器宽度为50mm)及板材中部设计孔径6mm，埋藏深度分别为1.5mm、8.25mm、16.5mm、24.75mm和31.8mm的5组平底孔(如图2中的A1～E1、A2～E2、A3～E3、A4～E4和A5～E5)，用于制作距离波幅曲线，评定不同深度缺陷的当量大小；
(3)在对比试块中部设计孔径50mm，埋藏深度为16.5mm的4个平底孔(如图2中的I)，用于模拟板材中的分层缺陷；
(4)在对比试块中部设计宽度×长度：40mm×80mm，埋藏深度分别为8.25mm、16.5mm和24.75mm的2组矩形槽(如图2中的F、G和H)，用于模拟板材中的折叠、白点等缺陷；
(5)在对比试块中设计贯通板材宽度方向的宽度6mm，埋深分别为8.25mm(、16.5mm和24.75mm，长度斜向贯通板材宽度的平底槽(如图2中的JKL和MNO)，用于测试电磁超声换能器扫查覆盖率和系统动态检测能力及可靠性。
(6)设计的对比试块中，位于对比试块长度中间位置的一条虚线可以将对比试块沿虚线切成2块，主要是为了便于运输或人工缺陷的加工，制作完成后再将对比试块焊接在一起即可。
为了对图2中设计的人工缺陷更直观的了解，沿图2中在不同方向P-P、Q-Q、R-R、S-S、T-T、U-U和V-V对人工缺陷的视图，如图3所示，图3中的P-P、Q-Q、R-R、S-S、T-T、U-U和V-V方向人工缺陷剖面图，如图4所示。
对图2的详细说明：
①、A1～A5为Ф6mm平底孔，A6为Ф3mm平底孔，埋深为1.2mm；B1～B5为Ф6mm平底孔，B6为Ф3mm平底孔，埋深为1/4T；C1～C5为Ф6mm平底孔，C6为Ф3mm平底孔，埋深为1/2T；D1～D5为Ф6mm平底孔，D6为Ф3mm平底孔，埋深为3/4T；E1～E5为Ф6mm平底孔，E6为Ф3mm平底孔，埋深为T-1.5mm。
②、F为80mm×40mm×1/4T平底槽；G为80mm×40mm×1/2T平底槽；H为80mm×40mm×3/4T平底槽。
③、I为Φ50mm平底孔，埋深为1/2T。
④、JKL宽度为6mm，JK深度为1/4T，JK长度为2/3JKL，KL深度为2/4T，KL长度为1/3JKL；MNO宽度为6mm，MN深度为2/4T，MN长度为1/3MNO，NO深度为3/4T，NO长度为2/3MNO。
⑤、图中虚线表示此试块可以分为两个部分制作加工再焊接在一起，以便于试块的加工或运输等。
对图3的详细说明：沿P-P、Q-Q、R-R、S-S、T-T、U-U和V-V方向的视图。
对图4值图10的详细说明：图4为P-P剖面图；图5为Q-Q剖面图；图6为R-R剖面图；图7为S-S剖面图；图8为T-T剖面图；图9为U-U剖面图；图10为V-V剖面图。剖面图中所标注尺寸为板材厚度T＝33mm。
对图11的详细说明：
①、5个孔径为d mm(常用为d mm＝6mm)平底孔。
②、埋深为L上的фd mm平底孔，用于测定换能器近表面盲区。
③、埋深为1/4Tфd mm平底孔，用于制作距离波幅曲线。
④、埋深为2/4Tфd mm平底孔，用于制作距离波幅曲线。
⑤、埋深为3/4Tфd mm平底孔，用于制作距离波幅曲线。
⑥、埋深为L下的фd mm平底孔，用于测定换能器远表面盲区。
对图12的详细说明：
①、应用埋深为1/4T、2/4T和3/4Tфd mm平底孔制作距离波幅曲线。
②、曲线фd为制作的板材厚度为T的距离波幅曲线图。
由于在实际检测工作所用板材的规格，特别是厚度是不确定的。所以，不可能对于每一个厚度的板材制作一个对比试块，一般情况下选取目前应用的最大厚度板材制作对比试块就可以了。若需要检测板材厚度不超过所选择最大厚度板材时，应用图5不同埋藏深度平底孔及电磁超声换能器上、下表面分辨率测定平底孔，制作图6不同埋藏深度平底孔的距离波幅曲线图就可以进行检测和评定板材厚度不超过所选择最大厚度板材的其他任意厚度的板材。
通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：
本发明通过对油气输送钢管用板材电磁超声自动检测对比试块的设计，利用平底孔人工缺陷模拟板材中的分层利用平底槽人工缺陷模拟板材中折叠、白点缺陷，测试电磁超声自动检测系统、电磁超声换能器的检测能力和可靠性，解决了油气输送钢管用板材电磁超声自动检测对缺陷的进行定量评定和不同厚度板材缺陷的定量评定。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于板材电磁超声自动检测的对比试块，其特征在于，
所述对比试块包括：平底孔人工缺陷和平底槽人工缺陷；所述平底孔人工缺陷和所述平底槽人工缺陷的反射面与被检测板材表面平行；
所述平底孔人工缺陷包括：
第一类，距对比试块上表面的埋藏深度L上的上表面平底孔和距离对比试块下表面的埋藏深度L下的下表面平底孔；
第二类，一组或多组在对比试块厚度的1/4、2/4和3/4深度处以及距离上、下表面埋藏深度分别L上和L下处设置直径为Ф1的平底孔；
第三类，一组或多组在对比试块厚度的1/4、2/4和3/4深度处以及距离上、下表面埋藏深度分别L上和L下处设置直径为Ф2的平底孔；
第四类，一个或多个在对比试块厚度的1/2深度处，设置直径为Ф3且用于模拟被检测板材中分层缺陷的平底孔；
所述平底槽人工缺陷包括：
第一类，一组或多组在对比试块厚度的1/4、2/4和3/4深度处设置用于模拟被检测板材折叠和白点缺陷的平底槽；
第二类，在电磁超声换能器扫查前进方向设置覆盖整个对比试块宽度和深度的斜向矩形平底槽；
其中，Ф1＜Ф2，Ф2＜Ф3；
在所述对比试块的长轴的中间位置，沿短轴方向将对比试块分成大小相同的两个分块，两分块焊接连接；
所述对比试块与被检测板材在外形、材料上相同或相近。
2.根据权利要求1所述用于板材电磁超声自动检测的对比试块，其特征在于，所述斜向矩形平底槽沿其长度方向顺次设置在对比试块厚度的1/4、2/4和3/4深度处，且所述斜向矩形平底槽贯穿对比试块的宽度。
3.根据权利要求1所述用于板材电磁超声自动检测的对比试块，其特征在于，所述斜向矩形平底槽的数量为2个；
一个斜向矩形平底槽设置的深度为对比试块厚度的1/4和2/4；另一个斜向矩形平底槽设置的深度为对比试块厚度的2/4和3/4；
设置在对比试块厚度的1/4、2/4和3/4深度处的斜向矩形平底槽占对比试块上的宽度相同。
4.根据权利要求1所述用于板材电磁超声自动检测的对比试块，其特征在于，用于模拟被检测板材折叠和白点缺陷的平底槽为矩形槽。
5.根据权利要求1所述用于板材电磁超声自动检测的对比试块，其特征在于，第二类平底孔还可以设置在对比试块边缘，且与对比试块边缘的距离为电磁超声换能器宽度的1/2。
6.根据权利要求1所述用于板材电磁超声自动检测的对比试块，其特征在于，所述对比试块包括一组直径为3mm的平底孔，五组直径为6mm的平底孔，四个用于模拟被检测板材中分层缺陷的平底孔，两组用于模拟被检测板材折叠和白点缺陷的平底槽；一组斜向矩形平底槽。
7.根据权利要求1所述用于板材电磁超声自动检测的对比试块，其特征在于，Ф1＝3mm，Ф2＝6mm，Ф3＝50mm。
8.一种如权利要求1-7任意一项所述用于板材电磁超声自动检测的对比试块的设计方法，其特征在于，所述设计方法：
选择与被检测板材在外形、材料、粗糙度上相同或相近的模块作为对比试块；
根据所述被检测板材上的分层缺陷、折叠和白点缺陷，在对比试块上设计与所述分层缺陷和所述折叠和白点缺陷所处位置相同的人工缺陷；
在对比试块上还设置一组或多组直径为Ф1的平底孔和多组直径为Ф2的平底孔的人工缺陷；所述直径为Ф1的平底孔和所述直径为Ф2的平底孔不重合；直径为Ф1的平底孔设置在所述对比试块厚度的1/4、2/4和3/4深度处以及距离上、下表面埋藏深度分别L上和L下处，直径为Ф2的平底孔设置在所述对比试块厚度的1/4、2/4和3/4深度处以及距离上、下表面埋藏深度分别L上和L下处；
在电磁超声换能器扫查前进方向设置覆盖整个对比试块宽度和深度的斜向矩形平底槽的人工缺陷；
在对比试块上的人工缺陷加工完成后，将所述对比试块对分为焊接连接两分块，完成对比试块的设计。
9.根据权利要求8所述方法，其特征在于，在对比试块上设计与所述分层缺陷和所述折叠和白点缺陷所处位置相同的人工缺陷按下述进行设计：
在对比试块厚度的1/4、2/4和3/4深度处设置用于模拟被检测板材折叠和白点缺陷的平底槽；
在对比试块厚度的1/2深度处设置直径为Ф3用于模拟被检测板材中分层缺陷的平底孔；
其中，Ф1＜Ф2，Ф2＜Ф3。
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