CN109187741A

CN109187741A - 大型储罐底板焊缝健康状态在线监测方法

Info

Publication number: CN109187741A
Application number: CN201810930084.7A
Authority: CN
Inventors: 杨进; 孙臣臣
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2018-08-15
Filing date: 2018-08-15
Publication date: 2019-01-11

Abstract

本发明公开了一种大型储罐底板焊缝健康状态在线监测方法，该方法通过对焊缝进行激励，使焊缝内产生导波，通过对焊缝内导波的变化信息进行检测，实现大型储罐底板焊缝健康状态在线监测；本发明的有益技术效果是：提出了一种大型储罐底板焊缝健康状态在线监测方法，该方法可对储罐底板焊缝进行无损检测，并且不需要清空储罐，操作十分方便，准确性较好，既可用于新建储罐，也可用于在役储罐，适用范围较广。

Description

大型储罐底板焊缝健康状态在线监测方法

技术领域

本发明涉及一种大型储罐结构无损检测技术，尤其涉及一种大型储罐底板焊缝健康状态在线监测方法。

背景技术

底板是大型储罐上的重要构件，其结构稳定性对储罐安全十分重要；由于大型储罐直径较大，其底板通常由多块钢板焊接而成，导致底板上存在大量焊缝；储罐服役过程中，由于受各种因素影响，底板上不可避免地会出现各种各样的缺陷，尤其在焊缝位置处，由于应力较为集中，焊缝位置更易出现结构缺陷，造成存储介质泄露等事故，因此，对储罐底板焊缝的健康状态进行检测十分重要。

超声导波具有传播距离远、衰减小、检测面积广、速度快等优点，十分适合大型储罐底板缺陷检测；现有技术在利用超声导波对储罐底板进行检测时，通常有两种操作方式，其一是根据超声测厚原理对每条焊缝进行A类超声扫描，其二是在底板边缘布置传感器阵列，根据检测信号的时延信息来进行缺陷检测；对于第一种方式，为了进行A类超声扫描，需要将储罐清空，然后由操作人员携带设备进入储罐内部对焊缝表面进行操作，操作十分麻烦，而且效率低下；对于第二种方式，虽然不用将储罐清空，但由于传感器阵列布置在底板边缘，超声导波在板中的传播是沿各个方向的，且伴随有频散现象，遇到焊缝结构时又会发生散射，对于大型储罐而言，由于储罐结构复杂，超声导波的散射较多，无法深入底板中部，缺陷信息也无法很好反馈给传感器，因此无法准确识别缺陷。

发明内容

针对背景技术中的问题，发明人进行了大量研究：

基于常识可知，由于焊缝的材料属性和物理尺寸不同于周围结构体，这就使得焊缝和周围结构体之间存在不连续性边界，由超声波的传播特性可知，如果在焊缝端部激发出超声导波，超声导波将被束缚在焊缝内并沿焊缝传播，理论上，我们就能通过检测在焊缝内传播的超声导波来实现焊缝健康状态检测，但实际情况却并不这样简单：

参见图1，图中所示结构是现有的大型储罐底板的典型结构形式，其底板通常由多块中幅板和多块边缘板焊接而成，从图中可见，大量焊缝存在于底板中部，只有少量焊缝与底板边缘相连，如以不清罐为先决条件，则只能对与底板边缘相连的焊缝施加超声波激励；另外，对于单条焊缝而言，其通常是由一次焊接操作形成的，延伸方向唯一，因此，在工艺达标的情况下，可以将单条焊缝看作是一个整体，但是，对于不同焊缝而言，由于他们是由多次焊接操作分别形成的，且各条焊缝的延伸方向也不相同，焊缝连接处的结构和材质属性肯定与焊缝上的其他部位存在差异，不能简单地将多条焊缝看作一个整体，那么，通过向与底板边缘相连的焊缝施加超声波激励是否能够实现底板全范围的焊缝健康状态检测，就存在不确定性；

为了了解超声导波在底板焊缝中的真实传播情况，发明人进行了相关试验：根据焊缝长度不同，将中幅板之间的焊缝分为短焊缝、中长焊缝和长焊缝；三种焊缝中，仅有长焊缝径向贯通底板，通过长焊缝实现检测的可能性最大，于是选择长焊缝作为激励对象；参见图3，按图中方式，在储罐外壁和边缘板上端面的连接处对应多条长焊缝端部的位置设置多个收发一体超声波探头，收发一体超声波探头的收发方向朝向相应的长焊缝；每次试验时，控制其中一个收发一体超声波探头施加超声波激励，其余收发一体超声波探头进行检测，多次试验的结果表明，无论控制哪个位置的收发一体超声波探头进行超声波激励，其余位置的收发一体超声波探头均能接收到检测信号；为了对前述现象进行解释，发明人又对各次试验的检测信号进行了数据处理和分析，经分析发现，造成前述现象的原因是：首先，对于被直接施加超声波激励的第一长焊缝而言，由于焊缝和周围结构体之间存在不连续性边界，由收发一体超声波探头激发出的第一超声导波能够沿第一长焊缝传播，其次，对于与第一长焊缝相连的第二焊缝而言，当第一超声导波传播至第一长焊缝与第二焊缝的连接处时，第一超声导波中的一部分会发生反射，另一部分会发生散射，还有一部分会在第二焊缝中激发出新模态的第二超声导波，第二超声导波就会沿着第二焊缝继续传播，相应的，当第二超声导波遇到第二焊缝和第三焊缝的连接处时，除了有相应的散射和反射发生外，又会激发出新模态的第三超声导波，最终就使得第一超声导波中的一部分能量能够以不同模态超声导波的形式在不同焊缝中持续传播，同时，由于储罐尺寸较大，散射到周围结构体中的那部分经长距离传播后就消耗掉了，通过收发一体超声波探头接收到的检测信号主要是在焊缝中传播的超声导波信号，其体现的也是与焊缝相关的信息，如此就能实现底板全范围的焊缝健康状态检测；于是，发明人提出了如下的技术方案：

一种大型储罐底板焊缝健康状态在线监测方法，其创新在于：所述大型储罐底板焊缝健康状态在线监测方法包括：

1）将储罐外壁和边缘板上端面的交线记为监测线；底板上的长焊缝的轴向延长线与监测线的交点形成多个监测点；在储罐外壁和边缘板上端面的连接处设置多个收发一体超声波探头，多个收发一体超声波探头与多个监测点一一对应，收发一体超声波探头的收发方向朝向长焊缝；多个收发一体超声波探头均与处理装置连接；

2）将其中一个收发一体超声波探头记为激励器，将其余收发一体超声波探头记为接收器；周期性地控制激励器施加超声波激励，通过各个接收器获取相应的传感信号；每次获得传感信号后，先对传感信号作滤波处理，然后提取出相应的波形包络，然后从波形包络中提取出波包的幅值、频率和时延信息；

3）第一次获得的幅值、频率和时延信息记为参考信息；后续每次获得的幅值、频率和时延信息记为监测信息；每次获得监测信息后，将监测信息与参考信息进行比较，若监测信息与参考信息相同，则说明焊缝上未出现缺陷或已有缺陷未进一步恶化，若监测信息与参考信息不同，则说明焊缝上出现了缺陷或已有缺陷正在进一步恶化。

前述方案的原理是：根据现有大型储罐底板结构可知，在短焊缝、中长焊缝和长焊缝中，唯有长焊缝可以连通底板两侧，因此选取长焊缝作为激励对象；将收发一体超声波探头设置在相应位置，并使收发一体超声波探头的收发方向朝向长焊缝，可以使收发一体超声波探头尽可能地贴近长焊缝，有利于超声波进入长焊缝以及对长焊缝中传播的信号进行检测；

激励器工作时，由于激励器紧贴在监测点处且朝向长焊缝，因此，激励器发出的超声波中的决大部分都会进入长焊缝内并激发出相应的超声导波，当超声导波从一条焊缝进入另一条焊缝时，超声导波中的一部分会发生反射，另一部分会散射到周围的中幅板中，还有一部分会在另一条焊缝中激发出新的模态并继续传播，对于散射到中幅板中的能量，经过长距离传输后，最终会耗散掉，因此，我们检测到的信号仅会体现与焊缝相关的信息，通过对相关信号的变化进行分析，我们就能知道焊缝上是否有缺陷以及缺陷是否正在进一步恶化。

设置多个收发一体超声波探头的目的，是为了便于更换激励位置，以提高检测的准确性和检测区域覆盖的全面性；具体实施时，可在单个检测周期中，将多个收发一体超声波探头逐一作为激励器，从而获取到多个波形包络，后续监测过程中，根据多个波形包络的变化情况来进行综合分析。

优选地，所述步骤2）中，通过希尔伯特变换提取出相应的波形包络。

本发明的有益技术效果是：提出了一种大型储罐底板焊缝健康状态在线监测方法，该方法可对储罐底板焊缝进行无损检测，并且不需要清空储罐，操作十分方便，准确性较好，既可用于新建储罐，也可用于在役储罐，适用范围较广。

附图说明

图1、大型储罐底板结构示意图；

图2、收发一体超声波探头设置方式示意图；

图3、本发明的原理示意图；

图2中各个标记所对应的名称分别为：边缘板1、侧壁板2、中幅板3、长焊缝4、收发一体超声波探头5。

具体实施方式

进一步地，所述步骤2）中，通过希尔伯特变换提取出相应的波形包络。

具体实施时，可根据储罐底板设计图确定长焊缝位置。

Claims

1.一种大型储罐底板焊缝健康状态在线监测方法，其特征在于：所述大型储罐底板焊缝健康状态在线监测方法包括：

2.根据权利要求1所述的大型储罐底板焊缝健康状态在线监测方法，其特征在于：所述步骤2）中，通过希尔伯特变换提取出相应的波形包络。