CN106525985B - 双金属复合材料相控阵超声波检测校准试块的设置方法 - Google Patents

双金属复合材料相控阵超声波检测校准试块的设置方法 Download PDF

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Abstract

一种双金属复合材料相控阵超声波检测校准试块的设置方法，采用以下具体步骤：一：对试块的填充区坡口形式进行分区；二：分别在填充区坡口面上设置不同位置的测试反射体；三：确定第一、二、三、四上游填充区反射体焊缝中线上的中心坐标；四：确定上游热焊区反射体在焊缝中心线上的位置坐标；五：设置两种根部坡口区域反射体；六：设置数种爬波通道反射体；七：设置时差衍射校准反射体；八：设置通道闸门定位反射体；九：设置二种体积通道反射体；十：分别对称设置下游反射体。本发明满足对双金属复合材料海底管道进行检测的要求，解决了校准后的相控阵系统检测出各个位置不同类型缺陷的问题；提高了整个相控阵系统的可靠性及现场检验效率。

Description

双金属复合材料相控阵超声波检测校准试块的设置方法
技术领域
本发明涉及校准试块，尤其涉及一种用于双金属复合材料相控阵超声波检测校准试块的设置方法。属于海洋工程建造领域。
背景技术
长期以来，双金属复合材料海底管道检测一直采用传统的射线检验工艺，其不仅效率低，而且，还存在辐射污染等潜在危害。
目前，碳钢管线相控阵探头(AUT)检测工艺已得到广泛应用，技术和设备均已非常成熟，若采用相控阵探头检验方法，对双金属复合材料对接焊缝进行检验，其检验效率较传统的射线检验将提高至少一倍，且十分环保，能够满足海上施工交叉作业的要求。但是，现有的相控阵超声波检测用校准试块只能满足普通碳钢材料横波检测要求，其反射体角度完全与坡口角度一致，检测时可通过横波的直射，反射等方法实现波束对反射体的有效检测，填充金属材料与母材对声波的投射无明显影响。而双金属复合材料相控阵超声波检测，其只能采用纵波直射检测，且焊缝填充材料与碳钢材料差异很大，因此，需要对其进行改进。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术存在的上述缺点，而提供一种用于双金属复合材料相控阵探头校准试块的设置方法，其不仅能够有效地满足对双金属复合材料海底管道进行检测的要求，解决了校准后的相控阵系统检测出各个位置不同类型缺陷的问题；而且，还提高了整个相控阵系统的可靠性及现场检验效率，保证了焊接质量。
本发明的目的是由以下技术方案实现的：
一种双金属复合材料相控阵超声波检测校准试块的设置方法，其特征在于：采用以下具体步骤：
第一步：对试块的填充区坡口形式进行分区，其中，根部为一个独立分区；
第二步：分别在填充区坡口面上设置不同位置的测试反射体，并将探头安置在反射体对侧，选用一次纵波检测，移动探头，测量测试反射体的反射回波信噪比及波幅覆盖反射体的有效性；
第三步：确定第一上游填充区反射体焊缝中线上的中心坐标，第一上游填充区反射体位置设置在焊缝探头侧的坡口面上，第一上游填充区反射体与焊缝中心线成75°；
第四步：确定第二上游填充区反射体的中心位置，第二上游填充区反射体与焊缝中心线成70°；确定第三上游填充区反射体在焊缝中心线上中心位置坐标，第三上游填充区反射体与焊缝中心线夹角为65°；确定第四上游填充区反射体在焊缝中心线上的中心位置，与焊缝中心线夹角为60°；
第五步：依据第四上游填充区反射体的位置坐标，确定上游热焊区的上游热焊区反射体在焊缝中心线上的位置坐标，且上游热焊区反射体要与第四上游填充区反射体之间保持覆盖，同时，上游热焊区反射体位置坐标与焊缝中心线的夹角为55°；
第六步：设置两种根部坡口区域反射体；其中，第一上游根部区反射体位于焊缝中心线上，且与焊缝中心线的夹角为50°；第二上游根部区反射体为根部开口槽；
第七步：设置数种爬波通道反射体；
第八步：在焊缝中线的上、下表面分别设置时差衍射校准反射体；
第九步：设置通道闸门定位反射体；
第十步：设置二种体积通道反射体，体积通道反射体位置位于焊缝中心线上，反射体类型为平底孔，与焊缝中心线成一设定角度；
第十一步：以管中轴线为中心轴，分别对称设置下游反射体，且对称布置的反射体具有相同的位置坐标，反射体类型及尺寸。
所述第一步中，每个分区高度为：2.5mm。
所述第三步、第四步、第五步中，反射体类型为：平底孔，孔径为：3mm。
所述第七步中，第一上游爬波通道反射体位于坡口熔合线上；第二上游爬波通道反射体与第三上游填充区发射体的位置相同；第三上游爬波通道反射体与第一上游爬波通道反射体的位置相同。
所述第八步中，上表面设置时差衍射通道上反射体的位置在焊缝中线上，类型为槽，槽的下端部为锥状，夹角60°；下表面设置时差衍射通道下反射体的中心位置与焊缝中心线重合，类型为槽，上端部为锥状，夹角60°。
所述第十步中，第一体积通道反射体与焊缝中心线夹角为70°；第二上游体积通道反射体与焊缝中心线的夹角为45°。
本发明的有益效果：本发明由于采用上述技术方案，其不仅能够有效地满足对双金属复合材料海底管道进行检测的要求，解决了校准后的相控阵系统检测出各个位置不同类型缺陷的问题；而且，还提高了整个相控阵系统的可靠性及现场检验效率，其缺陷综合检测能力达到0.8mm，保证了焊接质量。
附图说明
图1为本发明坡口类型示意图。
图2为本发明上游分区通道反射体设计示意图。
图3为本发明上游体积反射体设计示意图。
图4为本发明TOFD(时差衍射)通道校准反射体示意图。
图5为本发明中心定位通道反射体示意图。
图6为本发明反射体设计分布总图。
图中主要标号说明：
1.母材，2.焊缝填充区，3.根部防腐层，4.填充区坡口形式，5.上游热焊区，6.根部坡口，7.焊缝中心线，8.第一上游填充区反射体，9，第二上游填充区反射体，10.第三上游填充区反射体，11.第四上游填充区反射体，12.上游热焊区反射体，13.第一上游根部区反射体，14.第二上游根部区反射体，15.第一上游爬波通道反射体，16.第二上游爬波通道反射体，17.第三上游爬波通道反射体，18.时差衍射通道上反射体，19.时差衍射通道下反射体，20.闸门定位反射体，21.第一上游体积通道反射体，22.第二上游体积通道反射体，23.第一下游爬波通道反射体，24.第二下游爬波通道反射体，25.第三下游爬波通道反射体，26.第一下游根部区反射体，27.第二下游根部区反射体，28.下游热焊区反射体，29.第一下游填充区反射体，30.第二下游体积通道反射体，31.第一下游体积通道反射体，32.第二下游填充区反射体，33.第三下游填充区反射体，34.第四下游填充区反射体，35.管中轴线。
具体实施方式
如图1—图6所示，本实施例：管线尺寸为10”x18.9mm，填充区坡口形式4为J型坡口，母材1为碳钢材质，根部防腐层3厚度为3mm的不锈钢，焊缝填充区2的材质为镍基。
本发明采用以下具体步骤：
第一步：对试块依据焊接工艺批准的填充区坡口形式4进行分区，每个分区高度为2.5mm，其中，根部为一个独立分区；
第二步：依据所使用的相控阵探头(AUT)的组合性能，分别在填充区坡口面上设置不同位置的测试反射体，并将探头安置在反射体对侧，选用一次纵波检测，移动探头，测量测试反射体的反射回波信噪比及波幅覆盖反射体的有效性；
第三步：确定第一上游填充区反射体8焊缝中线上的中心坐标为：(0，4.5)，第一上游填充区反射体8位置设置在焊缝探头侧的坡口面上，第一上游填充区反射体8位置中心坐标为(6，2.89)，反射体类型为：平底孔，孔径为：3mm，第一上游填充区反射体8与焊缝中心线成75°，以确保相控阵系统产生的有效检测波束对于第一上游填充区反射体8的有效覆盖；
第四步：确定第二上游填充区反射体9的中心位置，第一上游填充区反射体8在焊缝中心线7上的中心坐标，再加上一个分区高度得到第二上游填充区反射体9的中心位置坐标为(0，7)，反射体位置焊缝中心，位置坐标(0，7)，反射体类型为平底孔，孔径为3mm，第二上游填充区反射体9与焊缝中心线成70°。充分考虑相邻反射体的有效覆盖，依次递减一个分区高度，得到反射体10及第四上游填充区反射体11在焊缝中线上的中心位置坐标。确定第三上游填充区反射体10在焊缝中心线7上中心位置坐标(0，9.5)，第三上游填充区反射体位置坐标(-5.05，11.86)，其与焊缝中心线夹角为65°，反射体为平底孔，孔径3mm。确定第四上游填充区反射体11在焊缝中心线7上的中心位置坐标(0，12)，第四上游填充区反射体位置坐标(0，12)，其与焊缝中心线夹角为60°，反射体为平底孔，孔径3mm。
第五步：依据第四上游填充区反射体11的位置坐标，确定上游热焊区5的上游热焊区反射体12在焊缝中心线7上的位置坐标，且上游热焊区反射体12的设置要与第四上游填充区反射体11之间保持有效的覆盖，同时，考虑焊接缺陷产生的方向性。上游热焊区反射体12在焊缝中心线7位置坐标(0，16.5)，上游热焊区反射体12位置坐标(-2.86,16.5)，与焊缝中心线7的夹角为55°，反射体为平底孔，孔径3mm。
第六步：设置根部坡口6区域反射体。充分考虑双金属复合材料对接焊缝的根部区域检测的重要性及难度，设置两种不同类型的反射体。其中，第一上游根部区反射体13位于焊缝中心线7上，位置坐标(0,17)，其与焊缝中心线7的夹角为50°，反射体为平底孔，孔径3mm。设置第二上游根部区反射体14，其为根部开口槽，槽尺寸为(高1mmx宽1mmx长15mm)。
第七步：设置数种爬波通道反射体，爬波通道用于检测相控阵探头上部盲区，本实施例设置三个不同尺寸的反射体，第一上游爬波通道反射体15位于坡口熔合线上，反射体为槽，尺寸(高0.5mmx宽0.5mmx长15mm)，第二上游爬波通道反射体16与第三上游填充区发射体10的位置相同，类型相同，尺寸为(高1mmx宽1mmx长15mm)，第三上游爬波通道反射体17与第一上游爬波通道反射体15的位置相同，类型相同，尺寸为(高2mmx宽1mmx长15mm)。
第八步：在焊缝中线7的上、下表面分别设置时差衍射校准反射体，在上表面设置时差衍射通道上反射体18，位置在焊缝中线上，类型为槽，槽的宽度1mm，高度3mm，下端部为锥状，夹角60°。下表面设置时差衍射通道下反射体19，中心位置与焊缝中心线重合，类型为槽，槽的宽度1mm，高度3.59mm，上端部为锥状，夹角60°。
第九步：设置通道闸门定位反射体20，闸门定位反射体20为通槽，槽宽度为1mm，长度5mm。
第十步：设置体积通道反射体，反射体数量按公式计算(见公式1)，四舍五入，体积通道反射体位置位于焊缝中心线7上，反射体类型为平底孔，与焊缝中心线成一设定角度。
N＝(T-A)/8-----------------------------(1)
其中：N-反射体数量；
T-壁厚；
A-根部高度。
本发明体积通道反射体数量设置二个，均采用平底孔，孔径2.5mm，第一上游体积通道反射体21中心位置坐标(0，5.4)，与焊缝中心线夹角为70°，第二上游体积通道反射体22中心位置坐标(0,11.4)，与焊缝中心线7的夹角为45°。
第十一步：下游反射体的设置：
1.以管中轴线35为中心轴，分别对称设置下游反射体；其中，第一下游爬波通道反射体23与第三上游爬波通道反射体17对称布置，第二下游爬波通道反射体24与第二上游爬波通道反射体16对称布置，第三下游爬波通道反射体25与第一上游爬波通道反射体15对称布置，第一下游根部区反射体26与第二上游根部区反射体14对称布置，第二下游根部区反射体27与第一上游根部区反射体13对称布置，下游热焊区反射体28与上游热焊区反射体12对称布置，第一下游填充区反射体29与第四上游填充区反射体11对称布置，第二下游体积通道反射体30与第二上游体积通道反射体22对称布置，第一下游体积通道反射体31与第一下游爬波通道反射体23对称布置，第二下游填充区反射体32与第三上游填充区反射体10对称布置，第三下游填充区反射体33与第二上游填充区反射体9对称布置，第四下游填充区反射体34与第一上游填充区反射体8对称布置。
2.对称布置的反射体具有相同的位置坐标，反射体类型及尺寸。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种双金属复合材料相控阵超声波检测校准试块的设置方法，其特征在于：采用以下具体步骤：
第一步：对试块的填充区坡口形式进行分区，其中，根部为一个独立分区；
第二步：分别在填充区坡口面上设置不同位置的测试反射体，并将探头安置在反射体对侧，选用一次纵波检测，移动探头，测量测试反射体的反射回波信噪比及波幅覆盖反射体的有效性；
第三步：确定第一上游填充区反射体焊缝中线上的中心坐标，第一上游填充区反射体位置设置在焊缝探头侧的坡口面上，第一上游填充区反射体与焊缝中心线成75°；
第四步：确定第二上游填充区反射体的中心位置，第二上游填充区反射体与焊缝中心线成70°；确定第三上游填充区反射体在焊缝中心线上中心位置坐标，第三上游填充区反射体与焊缝中心线夹角为65°；确定第四上游填充区反射体在焊缝中心线上的中心位置，与焊缝中心线夹角为60°；
第五步：依据第四上游填充区反射体的位置坐标，确定上游热焊区的上游热焊区反射体在焊缝中心线上的位置坐标，且上游热焊区反射体要与第四上游填充区反射体之间保持覆盖，同时，上游热焊区反射体位置坐标与焊缝中心线的夹角为55°；
第六步：设置两种根部坡口区域反射体；其中，第一上游根部区反射体位于焊缝中心线上，且与焊缝中心线的夹角为50°；第二上游根部区反射体为根部开口槽；
第七步：设置数种爬波通道反射体；
第八步：在焊缝中线的上、下表面分别设置时差衍射校准反射体；
第九步：设置通道闸门定位反射体；
第十步：设置二种体积通道反射体，体积通道反射体位置位于焊缝中心线上，反射体类型为平底孔，与焊缝中心线成一设定角度；第十一步：以管中轴线为中心轴，分别对称设置下游反射体，且对称布置的反射体具有相同的位置坐标，反射体类型及尺寸。
2.根据权利要求1所述的双金属复合材料相控阵超声波检测校准试块的设置方法，所述其特征在于：所述第一步中，每个分区高度为：2.5mm。
3.根据权利要求1所述的双金属复合材料相控阵超声波检测校准试块的设置方法，其特征在于：所述第三步、第四步、第五步中，反射体类型为：平底孔，孔径为：3mm。
4.根据权利要求1所述的双金属复合材料相控阵超声波检测校准试块的设置方法，所述第七步中，第一上游爬波通道反射体位于坡口熔合线上；第二上游爬波通道反射体与第三上游填充区发射体的位置相同；第三上游爬波通道反射体与第一上游爬波通道反射体的位置相同。
5.根据权利要求1所述的双金属复合材料相控阵超声波检测校准试块的设置方法，所述第八步中，上表面设置时差衍射通道上反射体的位置在焊缝中线上，类型为槽，槽的下端部为锥状，夹角60°；下表面设置时差衍射通道下反射体的中心位置与焊缝中心线重合，类型为槽，上端部为锥状，夹角60°。
6.根据权利要求1所述的双金属复合材料相控阵超声波检测校准试块的设置方法，所述第十步中，第一体积通道反射体与焊缝中心线夹角为70°；第二上游体积通道反射体与焊缝中心线的夹角为45°。
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