CN107345939B - 一种管座角焊缝的相控阵检测方法 - Google Patents

一种管座角焊缝的相控阵检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种管座角焊缝的相控阵检测方法，绘制出不同角度所对应的焊缝图示；探头连接到相控阵超声检测仪器，将超声波声束由相控阵超声检测仪器转换成扫查图像；将不同角度的焊缝图示导入相控阵超声检测仪器，在检测时探头每移动一定的角度，焊缝图示也随之转换到对应的角度，将导入的图形与实际S扫图像对应吻合，以确保检测的信号波与焊缝图示是一一对应的；如果产生回波的位置与工件加载图形重叠则此回波为工件边界产生的回波；否则回波处为缺陷产生的回波。将探头贴在工件上从起点扫查至终点即可得出检出数据，检测效率高，节省时间成本。能够检测出管座角焊缝所存在的缺陷，漏检率比较低。

Description

一种管座角焊缝的相控阵检测方法
技术领域
本发明涉及一种无损检测技术领域，尤其涉及的是一种管座角焊缝的相控阵检测方法。
背景技术
火力发电厂锅炉和汽机的承压部件长期处于工作状态，随着工作年限的增长，在腐蚀和长期的交变应力作用下，很可能在管座角焊缝的结构应力集中处或缺陷处，逐渐形成裂纹而发生泄露，更严重的可能导致管座断裂，造成机组损坏从而导致停机事故，严重威胁电厂的安全运行。
使用常规超声检测仪需要不断移动探头去检测工件，而且检测出来的波形图像较难判断缺陷。因此需要有一种扫查方式简单并且能够容易判断缺陷的超声检测仪器和超声波相控阵检测探头。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种管座角焊缝的相控阵检测方法，能够有效检测出管座角焊缝的缺陷。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤：
(1)绘制出不同角度所对应的焊缝图示；
(2)利用超声波相控阵检测探头绕工件的焊缝结构扫查一圈进行检测，探头发射多条超声波声束，探头连接到相控阵超声检测仪器，将超声波声束由相控阵超声检测仪器转换成扫查图像；
(3)将不同角度的焊缝图示导入相控阵超声检测仪器：
(31)用AutoCAD绘制标准尺寸的工件2D轮廓图像，保持为“.dxf”格式；
(32)将“.dxf”格式的文件拷贝并加载至相控阵超声检测仪器；
(4)在检测时探头每移动一定的角度，焊缝图示也随之转换到对应的角度，将导入的图形与实际S扫图像对应吻合，以确保检测的信号波与焊缝图示是一一对应的；
(5)如果产生回波的位置与工件加载图形重叠则此回波为工件边界产生的回波；如果产生回波的位置在工件加载的图形内部且不在工件边界，则回波处为缺陷产生的回波。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤(1)中，应用相贯线建立管座角焊缝模型，对于插入式管座角焊缝在检测时将其分为4个部分，以两管截面为钝角的焊缝图示定为0°，以两管截面为直角的焊缝图示定为90°，每隔15°用AutoCAD绘制一个焊缝图示。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤(31)中，绘制图形时，以毫米为单位。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤(31)中，图形绘制完毕后，将图形的坐标轴原点设置在所绘制图形的左上角，所设坐标轴的负值区间在相控阵超声检测仪器界面中都不予显示。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤(31)中，设定坐标轴原点完毕后，翻转X轴180°。
作为本发明的优选方式之一，所述检测方法中，对聚焦法则和显示模式设定如下：聚焦类型扇扫，声束角度45°～75°，角度步进0.5°，聚焦深度10mm，阵元数16，起始阵元1；A-S显示模式。
作为本发明的优选方式之一，所述超声波相控阵检测探头为16或32个多晶片探头，所述探头的工作频率为5～10MHz。
本发明相比现有技术具有以下优点：本发明检测时扫查过程简单，同时也不影响检测精度。仪器调节好参数后储存好，将探头贴在工件上从起点扫查至终点即可得出检出数据，检测效率高，节省时间成本。能够检测出管座角焊缝所存在的缺陷，漏检率比较低。使用相控阵超声检测仪器和超声波相控阵检测探头，只需要绕检测面扫查一圈，便可以得到检测数据，与常规超声检测仪相比省去繁琐的扫查过程，而且仪器能够自动生成检测图像，配合仪器的高级工件加载功能，把工件的图像导入仪器，比较容易判断缺陷。
附图说明
图1是插入式角焊缝结构示意图；
图2是全插入式角焊缝结构示意图；
图3是安放式角焊缝结构示意图；
图4是0～90°的焊缝图示；
图5是探头放置在集箱上的检测原理图；
图6是探头放置在接管上的检测原理图；
图7是相控阵超声检测仪器扇形扫查图像；
图8是相控阵超声检测仪与探头在检测工件时的连接关系图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1～3所示，常规的管座角焊缝有三种焊接结构，图中接管1插入到集箱2中，图1是插入式角焊缝结构，图2是全插入式角焊缝结构，图3是安放式角焊缝结构。管座角焊缝在易产生不同程度的根部未焊透，发电机组长期工作中在结构应力集中处或缺陷处，因未焊透引起的裂纹和焊趾裂纹等缺陷从而发生泄露，因此这些极易出现缺陷的地方是重点检测的部位。
因为管座角焊缝的焊缝是时刻变化的，所以在检测时会应用相贯线，根据其特性建立焊缝模型。使用AutoCAD 2010绘制出不同角度所对应的焊缝图示，对于插入式管座角焊缝在检测时可以将其分为4个部分，以两管截面为钝角的焊缝图示定为0°，以两管截面为直角的焊缝图示定为90°，每隔15°做一个焊缝图示。焊缝图示如图4所示。
超声相控阵检测，其基本原理是用电信号的延时，来控制超声波波阵面的方向，从而实现电子扫查；将所得的扫查波形以颜色来区别划分波高的高低，快速的改变波阵面的角度，从而实现相控阵成像。
声束模拟：声束模拟采用BeamTool 6的软件进行模拟。为达到不漏检的效果，本实施例采用检测位置进行检测。全插入式角焊缝结构的焊缝图示区域较大，若能检测全插入式角焊缝结构的焊缝则其他两种焊缝结构也是可以检测到的，现以全插入式角焊缝结构为例进行说明。探头放置与检测原理如下图5和图6所示，将超声波相控阵探头3贴于如图所示的地方，探头3发射多条超声波声束，经由相控阵超声检测仪器转换成扫查图像。
焊缝图示导入相控阵超声检测仪器：
1、用《AutoCAD 2010》软件绘制标准尺寸的工件轮廓图形(仅限2D图形)，保存为“.dxf”格式。操作AutoCAD软件绘制图形时，需注意以下几点注意事项：
(1)绘制图形时，需要特别注意所绘图形尺寸的单位，必须以毫米(mm)为单位：菜单栏点击“格式”-“单位(U)…”，在弹出对话框中确保“插入时的缩放单位”的选项为“毫米”。
(2)图形绘制完毕后，需要设定图形的坐标轴原点：菜单栏点击“工具”-“新建UCS(W)”-点击“原点(N)”选项后，在所绘图形上定义坐标原点。建议将坐标轴原点设置在所绘图形的左上角，所设坐标轴的负值区间在相控阵仪器界面中都不予显示。
(3)设定坐标轴原点完毕后，需要翻转X轴180°：菜单栏点击“工具”-“新建UCS(W)”-点击“X”选项后，键盘输入“180”后按回车键。
2、用U盘将“.dxf”文件拷贝至仪器：
(1)点“设置--》服务--》文件管理”；
(2)在“文件类型”中选择“CAD”；
(3)将“源路径”设定为“U盘”，“目标路径”设定为“CAD”；
(4)“全选”或选中需要复制的“.dxf”文件，点“复制”将文件复制到仪器的“CAD”文件夹中。
3、加载工件图形时，在“探头3/工件--》高级--》工件加载”中选择已复制的“.dxf”文件(屏幕会显示该工件图形的预览图像，此时可点中并拖动在屏幕上的位置，便于观察)，点“打开”即可完成工件加载。
4、工件清除:如果需要清除CAD图示，只需点“工件清除”子菜单即可完成。
参数设置：
(1)探头3参数设置：选择探头3D10-7.5S16-0.6×10，楔块SD10-N60S-IH，工件选择普通钢。
(2)聚焦法则设置：聚焦类型扇扫，声束角度45°～75°，角度步进0.5°，聚焦深度10mm，阵元数16，起始阵元1。
(3)显示模式：A-S显示模式。
(4)本实施例的超声波相控阵检测探头为16或32个多晶片探头，所述探头的工作频率为5～10MHz。
检测过程：如图8所示，相控阵超声检测仪与探头在检测工件时的连接关系图。在检测时探头3每移动15°，焊缝图示也随之转换到对应的角度，AutoCAD软件中绘图时使用的坐标(0,0)点，即为将图形导入仪器后的坐标(0,0)点。可通过调节“探头3/工件--》位置--》步进偏置”移动工件轮廓图形(当“探头3/工件--》位置--》转向角＝0°或180°”时，调节“探头3/工件--》位置--》扫查偏置”)，以便与实际S扫图像对应吻合。以确保检测的信号波与焊缝图示是一一对应的，有助于在检测时清楚的判断缺陷波与固有回波。
缺陷判断方法：如图7所示，如果产生回波的位置与工件加载图形重叠则此回波为工件边界产生的回波；如果产生回波的位置在工件加载的图形内部且不在工件边界，则回波处可能为缺陷产生的回波。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种管座角焊缝的相控阵检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)绘制出不同角度所对应的焊缝图示；所述步骤(1)中，应用相贯线建立管座角焊缝模型，对于插入式管座角焊缝在检测时将其分为4个部分，以两管截面为钝角的焊缝图示定为0°，以两管截面为直角的焊缝图示定为90°，每隔15°用AutoCAD绘制一个焊缝图示；
(2)利用超声波相控阵检测探头绕工件的焊缝结构扫查一圈进行检测，探头发射多条超声波声束，探头连接到相控阵超声检测仪器，将超声波声束由相控阵超声检测仪器转换成扫查图像；
(3)将不同角度的焊缝图示导入相控阵超声检测仪器：
(31)用AutoCAD绘制标准尺寸的工件2D轮廓图像，保持为“.dxf”格式；
(32)将“.dxf”格式的文件拷贝并加载至相控阵超声检测仪器；
(4)在检测时探头每移动一定的角度，焊缝图示也随之转换到对应的角度，将导入的图形与实际S扫图像对应吻合，以确保检测的信号波与焊缝图示是一一对应的；
(5)如果产生回波的位置与工件加载图形重叠则此回波为工件边界产生的回波；如果产生回波的位置在工件加载的图形内部且不在工件边界，则回波处为缺陷产生的回波。
2.根据权利要求1所述的一种管座角焊缝的相控阵检测方法，其特征在于，所述步骤(31)中，绘制图形时，以毫米为单位。
3.根据权利要求1所述的一种管座角焊缝的相控阵检测方法，其特征在于，所述步骤(31)中，图形绘制完毕后，将图形的坐标轴原点设置在所绘制图形的左上角，所设坐标轴的负值区间在相控阵超声检测仪器界面中都不予显示。
4.根据权利要求3所述的一种管座角焊缝的相控阵检测方法，其特征在于，所述步骤(31)中，设定坐标轴原点完毕后，翻转X轴180°。
5.根据权利要求1所述的一种管座角焊缝的相控阵检测方法，其特征在于，所述检测方法中，对聚焦法则和显示模式设定如下：聚焦类型扇扫，声束角度45°～75°，角度步进0.5°，聚焦深度10mm，阵元数16，起始阵元1；A-S显示模式。
6.根据权利要求5所述的一种管座角焊缝的相控阵检测方法，其特征在于，所述超声波相控阵检测探头为16或32个多晶片探头，所述探头的工作频率为5～10MHz。
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