CN109239196A - 一种不等厚对接焊缝tofd检测的缺陷深度计算方法 - Google Patents

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宁东明
李宏斌
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Abstract

本发明涉及一种不等厚对接焊缝TOFD检测的缺陷深度计算方法，包括如下步骤：(1)对焊缝进行厚度方向分区；(2)求算探头中心间距PCS；(3)求算分区虚拟中心间距PCS；(4)制作对比试块，对比试块沿厚度方向分区；(5)应用等效声程法则计算对比试块上特定信号在TOFD图像上深度显示；(6)应用等效声程法则计算确定图像虚拟深度和缺陷实际深度的关系。本发明的优点在于：本发明对不等厚对接焊缝TOFD检测，基于现行TOFD仪器模块的前提下，提出了科学的设置方法，特别是提出了该设置下深度校准，并提出了“等效声程法则”的概念，应用于缺陷深度计算；此方法可有效应用于工程实践，解决了不等厚对接焊缝TOFD不能推广应用的难题。

Description

一种不等厚对接焊缝TOFD检测的缺陷深度计算方法
技术领域
本发明涉及一种不等厚板对接检测缺陷深度计算方法，特别涉及一种不等厚对接焊缝TOFD检测的缺陷深度计算方法。
背景技术
时差衍射法，也称TOFD法，是一种基于超声波与缺陷端部的相互作用，此相互作用的结果：在相当大的角度范围发射衍射波。检出衍射波就能确定缺陷的存在以及缺陷的埋深和长度等。在具体检测过程中，设定直通波(即近表面爬波)和一次底面回波为检测范围，以保证检测区域完全覆盖工件，适用于一定厚度的平板焊缝工件检测。
现有TOFD技术(衍射时差法超声检测)主要针对等厚对接缝结构。很少介绍不等厚对接焊缝的检测设置，更没有资料详细介绍深度校准及基于某设置下的缺陷深度计算方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种不等厚对接焊缝TOFD检测的缺陷深度计算方法，通过TOFD技术详细介绍不等厚对接焊缝的检测设置、深度校准并提出了“等效声程法则”的概念，基于TOFD检测设置下应用等效声程法则进行深度计算。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种不等厚对接焊缝TOFD检测的缺陷深度计算方法，其创新点在于：包括如下步骤：
(1)按照ASME规范要求，对工件母材厚度50mm＜T＜100mm厚度方向分为第一分区和第二分区；
(2)第一分区选用频率5MHZ—7.5MHZ、晶片尺寸φ3mm--φ6mm和折射角60°-70°的探头楔块组合进行检测，且每组的左、右两个探头楔块各自放置位置根据主声束折射角度、聚焦深度以及厚板削薄角度及宽度应用几何知识计算获得；波束中心聚焦在焊缝中心d1深度，计算得焊缝中心线至厚板侧斜面上探头楔块实际入射点的水平距离L1和焊缝中心线至薄板侧探头楔块实际入射点的水平距离L2，则探头中心间距PCS＝L1+L2；
(3)对于不等厚结构第一分区，扫查架上探头中心距按上述计算装配，但在仪器设置时，引入虚拟角度和虚拟PCS来描述输入到仪器的楔块角度和PCS值；假设左侧探头需放置在削薄斜边上，计算该削薄角度为a,第一分区左侧虚拟角度，即焊缝中心线与实际主声束角度应为b＝70°-a，右侧虚拟角度为70°和实际一致，计算得L3＝d1tan(70°-a)，则第一分区虚拟PCS＝L2+L3；
(4)根据ASME标准要求制作对比试块，对比试块沿厚度方向分两个分区，每个分区有两个孔，且分别在每个分区的1/4、3/4深度处电火花加工制作该横孔，第一分区的1/4深度记为H1，分区的3/4深度记为H2，用于校准；
(5)分析直通波H0＝0在图像上显示深度H1的值，将左侧声束虚拟入射点记为点A，波束中心聚焦点记为点O，所述点O作竖直直线与点A所在水平直线相互垂直，且两相互垂直线相交的点记为点D，右侧探头声束入射点记为点B，左侧探头声束实际入射点记为点C；设置直通波的声程是ADB＝L3+L2，实际直通波的声程是CDB＝CD+L2，显然CDB＞ADB，则直通波在图像上显示深度大于0，实际直通波声程的1/2为CDB/2，分别以A、B为圆心，以CDB/2为半径画圆，两圆交点记为E，实测得E点深度为d2，那么虚拟设置中E点的声程和实际直通波声程等效，即AE+BE＝CD+DB，则虚拟点E点的深度显示值即为直通波H0＝0在图像上显示深度H1的值；同时，通过该方法同理得出H1孔上尖端和H2孔上尖端分别在图像上显示深度值；
(6)在图像上得到某缺陷虚拟深度信息时，再确定它的实际深度；将焊缝厚度以每毫米作为步进单位计算到TOFD图像上深度信息，同时利用公式发挥excel电子表格的计算功能，得出各图像显示深度值对应的缺陷实际深度；此外，计算第二分区缺陷实际深度，按(3)～(6)计算步骤计算。
进一步地，所述(6)中，excel电子表格中没有所需图像显示深度值时，使用内插法求得所需图像显示深度值对应的实际深度值。
进一步地，所述(6)中，excel电子表格中没有所需图像显示深度值时，由1mm的步进值改为0.5mm或者0.25mm或更小的步进值，利用公式发挥excel电子表格的计算功能，得出各图像显示深度值对应的缺陷实际深度。
本发明的优点在于：本发明对不等厚对接焊缝TOFD检测，基于现行TOFD仪器模块的前提下，提出了科学的设置方法，特别是提出了该设置下深度校准，并提出了“等效声程法则”的概念，应用于缺陷深度计算；此方法可有效应用于工程实践，解决了不等厚对接焊缝TOFD不能推广应用的难题，扩大了TOFD检测结构范围。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为实施例不等厚对接焊缝TOFD检测示意图。
图2为实施例中对比试块的结构示意图。
图3为实施例不等厚对接焊缝TOFD检测图像图。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例
本实施例不等厚对接焊缝TOFD检测的缺陷深度计算方法，包括如下步骤：
(1)建立如图1所示的阶梯型缺陷试块的有限元模型进行不等厚对接焊缝TOFD检测，阶梯型缺陷试块，高平面厚度T1为144mm，底平面厚度T2为78mm，外侧厚度差△T为19mm；
(2)按照ASME规范要求，对(1)中阶梯型缺陷试块焊缝进行厚度方向分区，按阶梯型缺陷试块底平面厚度进行分区，第一分区0-30mm，第二分区30-78mm；
(3)以第一分区为例，第一分区选用频率5MHZ、晶片尺寸φ6mm和折射角70°的探头楔块组合进行检测，且每组的左、右两个探头楔块各自放置位置根据主声束折射角度、聚焦深度以及厚板削薄角度及宽度应用几何知识计算获得；左侧探头声束入射点记为点C，右侧探头声束入射点记为点B，波束中心聚焦在焊缝中心d1＝25mm深度，并将此深度点记为点O，所述点O作竖直直线与点A所在水平直线相互垂直，且两相互垂直线相交的点记为点D，计算得C点到D点的水平距离L1＝65mm，和B点到D点的水平距离L2＝69mm，则探头中心间距PCS＝65+69＝134mm；
(4)对于不等厚结构第一分区，扫查架上探头中心距按上述计算装配，但在仪器设置时，引入虚拟角度和虚拟PCS来描述输入到仪器的楔块角度和PCS值；左侧探头需放置在削薄斜边上，计算该削薄角度为7°,第一分区左侧虚拟角度应为63°，右侧虚拟角度为70°和实际一致，计算得A点到D点的水平距离L3＝49mm，则第一分区虚拟PCS＝69+49＝118mm；
(5)根据ASME标准要求制作对比试块，如图2所示，对比试块参照阶梯型缺陷试块沿厚度方向分两个分区，每个分区有两个孔，且分别在每个分区的1/4、3/4深度处电火花加工制作该横孔，第一分区的1/4深度记为H1＝7.5mm，分区的3/4深度记为H2＝22.5mm，用于校准；
(6)分析直通波H0＝0在图像上显示深度H1的值，如图3所示，设置直通波的声程是ADB＝L3+L2＝49+69＝118mm，实际直通波的声程是CDB＝CD+L2＝65.5+69＝134.5，显然CDB＞ADB，则直通波在图像上显示深度大于0，实际直通波声程的1/2为67.25mm，分别以A、B为圆心，以67.25mm为半径画圆，两圆交点记为E，实测得E点深度为32mm，那么虚拟设置中E点的声程和实际直通波声程等效，即AE+BE＝CD+DB，则虚拟点E点的深度显示值即为直通波H0＝0在图像上显示深度H1的值；同时，通过该方法同理得出H1孔上尖端和H2孔上尖端分别在图像上显示深度值；
(7)在图像上得到某缺陷虚拟深度信息时，再确定它的实际深度；将焊缝厚度以每毫米作为步进单位计算到TOFD图像上深度信息，同时利用公式发挥excel电子表格的计算功能，如下表所示，得出各图像显示深度值对应的缺陷实际深度；当我们按该设置校准后仪器TOFD检测采集到数据后，若发现缺陷，其显示深度第一分区35mm处，则先从下表M列找到35数值，平行移到到K列，可得对应实际深度为10mm；若显示深度在37mm处，M列没有37这个数值，通过以下两个办法可解决：(1)使用内插法求得M列为37mm时对应K列的实际深度值；⑵K列由1mm的步进值改为0.5mm或者0.25mm，甚至更小的步进值，利用公式发挥excel电子表格的计算功能，得出各图像显示深度值对应的缺陷实际深度。
此外，计算第二分区缺陷实际深度，按(3)～(7)计算步骤计算。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种不等厚对接焊缝TOFD检测的缺陷深度计算方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)按照ASME规范要求，对工件母材厚度50mm＜T＜100mm厚度方向分为第一分区和第二分区；
(2)第一分区选用频率5MHZ—7.5MHZ、晶片尺寸φ3mm--φ6mm和折射角60°-70°的探头楔块组合进行检测，且每组的左、右两个探头楔块各自放置位置根据主声束折射角度、聚焦深度以及厚板削薄角度及宽度应用几何知识计算获得；波束中心聚焦在焊缝中心d1深度，计算得焊缝中心线至厚板侧斜面上探头楔块实际入射点的水平距离L1和焊缝中心线至薄板侧探头楔块实际入射点的水平距离L2，则探头中心间距PCS＝L1+L2；
(3)对于不等厚结构第一分区，扫查架上探头中心距按上述计算装配，但在仪器设置时，引入虚拟角度和虚拟PCS来描述输入到仪器的楔块角度和PCS值；假设左侧探头需放置在削薄斜边上，计算该削薄角度为a,第一分区左侧虚拟角度，即焊缝中心线与实际主声束角度应为b＝70°-a，右侧虚拟角度为70°和实际一致，计算得L3＝d1tan(70°-a)，则第一分区虚拟PCS＝L2+L3；
(4)根据ASME标准要求制作对比试块，对比试块沿厚度方向分两个分区，每个分区有两个孔，且分别在每个分区的1/4、3/4深度处电火花加工制作该横孔，第一分区的1/4深度记为H1，分区的3/4深度记为H2，用于校准；
(5)分析直通波H0＝0在图像上显示深度H1的值，将左侧声束虚拟入射点记为点A，波束中心聚焦点记为点O，所述点O作竖直直线与点A所在水平直线相互垂直，且两相互垂直线相交的点记为点D，右侧探头声束入射点记为点B，左侧探头声束实际入射点记为点C；设置直通波的声程是ADB＝L3+L2，实际直通波的声程是CDB＝CD+L2，显然CDB＞ADB，则直通波在图像上显示深度大于0，实际直通波声程的1/2为CDB/2，分别以A、B为圆心，以CDB/2为半径画圆，两圆交点记为E，实测得E点深度为d2，那么虚拟设置中E点的声程和实际直通波声程等效，即AE+BE＝CD+DB，则虚拟点E点的深度显示值即为直通波H0＝0在图像上显示深度H1的值；同时，通过该方法同理得出H1孔上尖端和H2孔上尖端分别在图像上显示深度值；
(6)在图像上得到某缺陷虚拟深度信息时，再确定它的实际深度；将焊缝厚度以每毫米作为步进单位计算到TOFD图像上深度信息，同时利用公式发挥excel电子表格的计算功能，得出各图像显示深度值对应的缺陷实际深度；此外，计算第二分区缺陷实际深度，按(3)～(6)计算步骤计算。
2.根据权利要求1所述的不等厚对接焊缝TOFD检测的缺陷深度计算方法，其特征在于：所述(6)中，excel电子表格中没有所需图像显示深度值时，使用内插法求得所需图像显示深度值对应的实际深度值。
3.根据权利要求1所述的不等厚对接焊缝TOFD检测的缺陷深度计算方法，其特征在于：所述(6)中，excel电子表格中没有所需图像显示深度值时，由1mm的步进值改为0.5mm或者0.25mm或更小的步进值，利用公式发挥excel电子表格的计算功能，得出各图像显示深度值对应的缺陷实际深度。
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