CN109781860B - 一种对比试块及校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对比试块，对比试块表面为圆弧状的检测面，底部为用以安置的平面，右侧设有反射面，左侧设有防干扰区域，防干扰区域包括一个倾斜面和一个差异反射区；反射面由四段不同半径的圆弧面拼接而成。使用时，由于对比试块设有反射面和防干扰区域，使灵敏度曲线校准时，不受到反射波干扰的影响，提高对比试块的校准准确度和精度。

Description

一种对比试块及校准方法

技术领域

本发明涉及对比试块的技术领域，具体地说是一种对比试块及校准方法, 尤其涉及用于奥氏体不锈钢环焊缝平行扫查超声检测用的对比试块及校准方法。

背景技术

奥氏体不锈钢具有抗腐蚀性、抗氧化性及屈服强度高等优良性能被广泛用于石油化工、机械制造、压力容器、船舶、航空等行业领域。在建造和在役阶段，检测考虑到反射纵、横波分量影响及横波穿透性不佳的因素，一般采用双晶纵波斜入射检测。另外在超声检测中会遇到环焊缝等曲率面焊缝的平行扫查超声检测应用的情况。

在奥氏体环焊缝超声平行扫查检测工艺中，需要将探头的底部进行修磨至一定的曲面，修磨后的探头在入射点、折射角度等方面产生变化，导致了环焊缝横向缺陷准确的定位、定量和声速测定一直难以有效解决的难点。

目前在用的标准测定方法不能同时解决声速测定、定量、定位制作的检测目标，现有的非标方法大概有以下三种。

1、美标对比试块：

美标采用对比试块，该对比试块采用同材质的材料制成，一般采用同等或相近管径的管子加工而成，能进行特定壁厚底部横向缺陷和表面横向缺陷的定位，及定量。该对比试块采用同材质的材料制成，一般采用同等或相近管径的管子加工而成，能进行特定壁厚底部横向缺陷和表面横向缺陷的定位，及定量，主要存在下列缺点：1、修磨后的探头无法进行探头入射点(前沿)的测定；2、采用刻槽进行反射体模拟，此类反射体收探头角度变化影响较大(60度、70度、45度探头在槽的反射特性不一致，代表内部缺陷的反射信号的替代程度不佳)；3、声速无法进行测定，影响定位可靠性；4、考虑到纵波斜探头不能采用一次反射，相关检测误差更大。

2、管子对比试块：

另外一种对比试块采用长横孔反射体，此类试块直接将管子截取需要部分，然后按照横向缺陷存在形式在管子轴向上加工长横孔。超声检测校准时，将探头置于管子外侧面，分别扫查不同深度的长横孔，将各次长横孔反射波幅峰值连线作为定量曲线，以各孔反射体的深度位置作为扫描时间轴线。对比试块采用长横孔反射体，主要存在问题：1、修磨后的探头设计入射点无法测试；2、声速无法精准测定。

3、声速测量：

在不锈钢焊缝超声检测中，声速测定一般推荐采用K2试块测定声速，这块试块可用于测量平面板材及直径大于500以上的焊缝的超声检测声速测定。测定时，将修磨后的探头置于试块平面位置，分别扫查R25、R50圆弧，分别得到声程25、 50、75、100、125的圆弧反射，采用两次发射的间隔作为基准，分别测定声速和零位基准。在不锈钢焊缝超声检测中采用K2试块测定声速，主要存在下面几个问题：1、探头底部曲率和平面间隙导致声速测量偏差；2、探头(入射点)前沿无法精准测量，导致定位偏差。

目前国内外没有公开报道和完善解决的方法，能够完全解决用于奥氏体不锈钢焊缝纵波斜入射横向缺陷检测的对比试块和检测校准方法。各方专业人员也在努力找到解决的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改进的对比试块及校准方法，对比试块设有反射面和防干扰区域，使灵敏度曲线校准时，不受到反射波干扰的影响，提高对比试块的校准准确度和精度。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种对比试块，其特征在于：对比试块表面为圆弧状的检测面，底部为用以安置的平面，右侧设有反射面，左侧设有防干扰区域，防干扰区域包括一个倾斜面和一个差异反射区；反射面由四段不同半径的圆弧面拼接而成。

优选的，对比试块呈顶部大、底部小的结构，检测面上设有探头移动检测区域和与探头移动检测区域配合的刻度线。

进一步，所述倾斜面的倾斜角度为30--75度，差异反射区由一组长横孔组成，长横孔分成4--8组，相邻两组长横孔之间的距离为8--12mm，每个长横孔的大小为1.5--4.5mm。

更进一步，反射面由上至下，由四段半径从小至大的圆弧面拼接而成，四段半径的比值为1：2:3--4:4.5--5.5。

一种对比试块的校准方法，其特征在于：校准方法如下：a、修磨探头至规定的曲率，将探头底部楔块进行修磨，使得探头底部与焊缝之间不会出现不利于超声检测的间隙；b、连接探头并确定探头的聚焦深度或者声程，连接超声波检测仪器及探头，将仪器设置为双收双发的工作状态，探头设置于检测面的左侧圆弧面第一检测位置上，左右移动探头找到最高反射体的位置，测量出最高波幅处声程；c、记录探头零偏和前沿数据，将探头放置于检测面的右侧圆弧面上的校准位置，左右移动探头，使声束正面扫向反射面，通过修磨后探头聚焦声程左右两个两圆弧面的自动声速校正，确定该探头在该均匀性材料中的声速及探头零偏及前沿数据，然后重复多次，并进行记录；d、测量计算修磨后的探头实际折射角，对于折射角度50--72度的探头，将探头置于检测面的左侧圆弧面的第一校准后位置处，左右移动探头，得到深度10mm长横孔反射最高波，计算得出修磨后探头的实际折角；对于折射角度45--60度的探头，将探头置于检测面的第二校准后位置上，左右移动探头，得到深度35mm长横孔反射最高波，计算得出修磨后探头的实际折角；e、将零偏、前沿、声速校准后探头置于检测面的左侧圆弧面上，左右移动探头，得到各长横孔反射最高波幅，将各最高波幅峰值点连线得到长横孔定量灵敏度曲线。

相对于现有技术，本发明的技术方案除了整体技术方案的改进，还包括很多细节方面的改进，具体而言，具有以下有益效果：

1、本发明所述的改进方案，对比试块右侧设有反射面，左侧设有防干扰区域，反射面由四段不同半径的圆弧面拼接而成，结合双晶斜探头的特点，在焦点左右两个弧面上进行声速校准和入射点测定，测试的校准精度最佳，所测声速能用于该探头检测条件下的超声检测；

2、本发明的技术方案的中，防干扰区域包括一个倾斜面和一个差异反射区，倾斜面的倾斜角度为30--75度，差异反射区由一组长横孔组成，这种设计可以使灵敏度曲线校准时，不受到反射波干扰的影响；

3、本发明的方案中，检测面上设有探头移动检测区域和与探头移动检测区域配合的刻度线，有利于检测人员观察入射点到轴线的距离；

4、本发明对比试块表面为圆弧状的检测面，能使探头探靴很好的与试块(工件)圆弧面贴合，达到一般标准规定的0.5mm间隙的要求。

5、本发明结构简单、使用便捷，检测的精度高，效果好，抗干扰能力强，利于推广和应用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的反射体的最高波幅处声程示意图。

图3为本发明的探头零偏及前沿测试图。

图4为本发明的探头零偏、前沿及声速校准图。

图5为本发明测量修磨后探头50-72度折射角的示意图。

图6为本发明测量修磨后探头45-60度折射角的示意图。

图7为本发明灵敏度曲线扫查示意图。

图8为与图7对应的零度去曲线示意图。

图9本发明又一实施例的结构示意图。

图10为图9的俯视图。

附图标记：

1、平面；2、反射面；3、防干扰区域；4、倾斜面；5、差异反射区；6、长横孔；7、圆弧面；8、刻度线。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种对比试块，具体参见图1，其与现有技术的区别在于：对比试块表面为圆弧状的检测面，底部为用以安置的平面，右侧设有反射面，左侧设有防干扰区域，防干扰区域包括一个倾斜面和一个差异反射区；反射面由四段不同半径的圆弧面拼接而成。

优选的，对比试块呈顶部大、底部小的结构，检测面上设有探头移动检测区域和与探头移动检测区域配合的刻度线，这里的刻度线是指间隔为1mm的刻度线，有利于检测人员观察入射点的轴线距离。

具体来说，本发明针对不锈钢焊缝横向缺陷超声检测中声速、定量曲线、入射点测量的实际需求，通过合理设计，为不锈钢焊缝横向缺陷超声检测校准提供一种更加精准的解决方法，能在一种试块上，采用合理的校准流程，先后完成入射点测量、声速测定、定量曲线制作功能。

本发明的优势和价值主要体现在如下几个方面：

1、声速值测定误差小

通过修磨后探头聚焦声程初定和声程左右弧面测定方法，使得声速测定误差尽可能的减少，对照现有方法的测定结果，误差有明显的降低。

2、在圆弧面上，能测定入射点，其中，声速测定方法在45°折射角测量过程中，分层测定和常规成定方法测量精度有所改善，但测量误差优势不明显；在折射角大角度70°测量过程中，测量误差明显小于常规的两种方法；

本发明所述的对比试块和校准方法，能在同一试块上进行入射点和超声检测设备零偏的测定，测定精准度高。

3、制作的DAC曲线能模拟焊缝内部缺陷

设计的对比试块的检测面的圆弧与被检焊缝圆弧相近，并以圆弧向心线为基准，设计不同深度的反射长横孔，将修磨后探头左右移动，制作形成定量灵敏度曲线(DAC曲线)，用于焊缝内部缺陷的检测。

4、功能集成

在一块试块上能完成奥氏体不锈钢环焊缝横向缺陷扫查的校准工作，包括入射点、声速、零偏、定量灵敏度曲线、折射角校准，减少试块同时，增加了校准的合理性和精度。

第一个实施例中，对比试块中，所述倾斜面的倾斜角度为30--75度，优选的倾斜角度为45-55度，差异反射区由一组长横孔组成，长横孔分成4--8组，优选的为4-5组，相邻两组长横孔之间的距离为8--12mm，优选的距离为10mm，这种设计可以使灵敏度曲线校准时，不受到反射波干扰的影响。从对比试块的左侧数起，第一个长横孔距表面深5mm，其他长横孔的深度相隔10mm。从左侧第一个长横孔开始，深度逐步加深。

每个长横孔的大小为1.5--4.5mm，优选的大小为2--4mm，每个长横孔的深度不同，通过不同的深度设计，可以在现场检测出缺陷后，将相关位置数据和试块数据对比，形成对现场检测缺陷的位置精准估算，减少复杂计算的过程。更进一步，反射面由上至下，由四段半径从小至大的圆弧面拼接而成，四段半径的比值为1：2:3--4:4.5--5.5。设计4种不同半径的圆弧作为反射面，结合双晶斜探头的特点，在焦点左右两个弧面上进行声速校准和入射点测定，测试的校准精度最佳，所测声速能用于该探头检测条件下的超声检测。

具体的校准步骤如下：

1、将探头置于圆弧面，方向对着不同深度的长横孔，左右移动探头，找到该探头条件下的最高回波，按照探头参数，逐步估算探头的聚焦声程。

2、将探头置于对比试块弧面，方向对着试块圆弧面，左右移动探头，分别找到步骤1条件下测得的探头聚焦声程前后两个圆弧面的反射波，移动探头，将两圆弧反射波同时测到最高，将获得的两最高波位置校准为实际的圆弧半径长度，获得该超声检测系统状态下的零位偏移及声速，反复测量3次，取平均值为相关数据，输入进设备。

3、在步骤2的同时，测量探头前沿至试块边缘距离，将圆弧最大半径减去前沿至试块边缘距离，得到探头入射点尺寸，反复测量3次，取平均值输入设备。 4、将探头置于圆弧面，方向对着不同深度的长横孔，左右移动，依次测量探头聚焦声程附近的长横孔，将各点最高波幅记录，并连成曲线，得到定量曲线，用于检测。

5、选用不同角度的探头，重复1～4步骤，依次得到不同角度探头的定量曲线，选择离最高点下降不大于6dB的曲线部分作为该探头的有效定量曲线用于检测。

检测发现缺陷时，记录发现缺陷时的相关数据，将探头放置于步骤1状态，左右移动探头，当检测缺陷数据相近或一致时，就可将当前试块长横孔深度作为缺陷的深度。

第二个实施例中，实施方案如下：

1、修磨探头至规定的曲率

焊缝横向缺陷扫查时，需要将探头平行放置在焊缝上，由于环焊缝曲率的原因，探头底部和焊缝会出现不利于超声检测的间隙，此类间隙会导致声波无法有效入射或入射角度偏差。为此一般会将探头底部楔块(或加装附加层) 进行修磨，将探头底部楔块修磨至规定的曲率。

2、连接探头及连线

连接超声波检测仪器及探头，选择超声波工艺要求的探头角度及型号，将仪器设置为双收双发状态，适当调节灵敏度及发射增益，使仪器处于工作状态。 3、确定修磨后探头大概聚焦深度或(声程)

将双晶聚焦探头置于左侧圆弧面第一检测位置上，左右移动探头使声束扫查到不同深度的反射体，找到最高反射体的位置，大概量出或计算得出最高波幅处声程(如图1、图2所示)。

4、探头零偏及前沿。

将探头放置于对比试块检测面的校准位置处，左右移动探头，使声束正面扫向圆弧面，通过修磨后探头聚焦声程左右两个两圆弧面的自动声速校正功能，确定该探头在该均匀性材料中的声速及探头零偏及前沿。

重复上述方法进行声速校准，记录多次的探头零偏和前沿，取零偏和探头前沿L0的记录平均值填入表1.探头前沿及平均零偏记录表。具体参见图3、图4。

探头前沿及平均零偏记录表表1

将仪器零偏设定为平均零偏、确定前沿及自动校准声速。

下面具体解释一下探头零偏、前沿，声速定义

探头零偏：超声波声束在探头楔块内传播的时间；

前沿：超声波声束入射点距离探头前边缘的距离；

声速：超声波在材料中传播时的距离与时间的比值。

5、测量计算修磨后探头实际折射角

对于50～72度探头：

将零偏、前沿、声速校准后探头置于检测面的左侧圆弧面的第一校准后位置处，左右移动探头，得到深度10mm长横孔反射最高波，观察试块上的刻度，了解大致的折射角，或两处探头至刻度线圆弧长度，加上前沿并最终计算得出修磨后探头的实际折角，用于超声检测工艺设计和现场检测，参见图5。

对于45～60度探头：

将零偏、前沿、声速校准后探头置于检测面的左侧圆弧面的第二校准后位置处，左右移动探头，得到深度35mm长横孔反射最高波，观察试块上的刻度，了解大致的折射角，或两处探头至刻度线圆弧长度，叫上前沿并最终计算得出修磨后探头的实际折角，用于超声检测工艺设计和现场检测，参见图6。

6、制作长横孔定量灵敏度曲线(DAC曲线)

将探头将零偏、前沿、声速校准后探头置于检测面上，左右移动探头(如图 7所示)，得到各长横孔反射最高波幅，将各最高波幅峰值点连线得到长横孔定量灵敏度曲线(DAC曲线)如图8所示。

注意：一般双晶纵波探头的检测可用范围为最高峰值点下降6dB左右(或按照标准)，低于一定幅值后需要采用不同聚焦深度、角度的探头进行补充检测。

第三个实施例中，首先制作曲率为直径406mm的对比试块一块(参见图9、 10)，在试块上测定2P 4*8*2A45F40、2P 4*8*2A60F25、2P 4*8*2A70F10， 3个探头的入射点、声速、折射角；建立分段灵敏度曲线。

然后，进行406*45mm管道焊缝超声波检测，检测时将焊缝磨平，将修磨、校准后探头置于焊缝上平行扫查。平行扫查过程中，内表面根部反射位置正确。

检测结果发现的点状缺陷和非平行扫查位置、波幅基本对应，条状缺陷位置接近，波幅比非平行扫查略低5dB。达到检测校准目的，效果良好。

在一个校准方法实施例中，校准方法如下：a、修磨探头至规定的曲率，将探头底部楔块进行修磨，使得探头底部与焊缝之间不会出现不利于超声检测的间隙；b、连接探头并确定探头的聚焦深度或者声程，连接超声波检测仪器及探头，将仪器设置为双收双发的工作状态，探头设置于检测面的左侧圆弧面第一检测位置上，左右移动探头找到最高反射体的位置，测量出最高波幅处声程；c、记录探头零偏和前沿数据，将探头放置于检测面的右侧圆弧面上的校准位置，左右移动探头，使声束正面扫向反射面，通过修磨后探头聚焦声程左右两个两圆弧面的自动声速校正，确定该探头在该均匀性材料中的声速及探头零偏及前沿数据，然后重复多次，并进行记录；d、测量计算修磨后的探头实际折射角，对于折射角度50--72度的探头，将探头置于检测面的左侧圆弧面的第一校准后位置处，左右移动探头，得到深度10mm长横孔反射最高波，计算得出修磨后探头的实际折角；对于折射角度45--60度的探头，将探头置于检测面的第二校准后位置上，左右移动探头，得到深度35mm长横孔反射最高波，计算得出修磨后探头的实际折角；e、将零偏、前沿、声速校准后探头置于检测面的左侧圆弧面上，左右移动探头，得到各长横孔反射最高波幅，将各最高波幅峰值点连线得到长横孔定量灵敏度曲线。

第一个长横孔距表面深5mm，其他长横孔的深度相隔8mm。从左侧第一个长横孔开始，深度逐步加深。

具体来说，声速、零偏、前沿的校准都在校准位置处进行。探头实际折射角的校准在左侧圆弧面上进行，根据不同探头上标注折射角大小，试块上不同深度长横孔校准出实际折射角，试块上刻度值的大小基本上代表着探头折射角的大小，在实际应用中，探头的折射角基本可以选择45°、60°和70°这三个角度。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施只局限于上述这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种对比试块的校准方法，其特征在于：对比试块表面为圆弧状的检测面，底部为用以安置的平面，右侧设有反射面，左侧设有防干扰区域，防干扰区域包括一个倾斜面和一个差异反射区；反射面由四段不同半径的圆弧面拼接而成；对比试块的校准方法如下：a、修磨探头至规定的曲率，将探头底部楔块进行修磨，使得探头底部与焊缝之间不会出现不利于超声检测的间隙；b、连接探头并确定探头的聚焦深度或者声程，连接超声波检测仪器及探头，将仪器设置为双收双发的工作状态，探头设置于检测面的左侧圆弧面第一检测位置上，左右移动探头找到最高反射体的位置，测量出最高波幅处声程；c、记录探头零偏和前沿数据，将探头放置于检测面的右侧圆弧面上的校准位置，左右移动探头，使声束正面扫向反射面，通过修磨后探头聚焦声程左右两个两圆弧面的自动声速校正，确定该探头在对比试块中的声速及探头零偏及前沿数据，然后重复多次，并进行记录；d、测量计算修磨后的探头实际折射角，对于折射角度50--72度的探头，将探头置于检测面的左侧圆弧面的10mm长横孔对应的检测位置处，左右移动探头，得到深度10mm长横孔反射最高波，计算得出修磨后探头的实际折射角；对于折射角度45度的探头，将探头置于检测面的35mm长横孔对应的检测位置上，左右移动探头，得到深度35mm长横孔反射最高波，计算得出修磨后探头的实际折射角；e、将零偏、前沿、声速校准后探头置于检测面的左侧圆弧面上，左右移动探头，得到各长横孔反射最高波幅，将各最高波幅峰值点连线得到长横孔定量灵敏度曲线。

2.根据权利要求1所述的一种对比试块的校准方法，其特征在于：对比试块呈顶部大、底部小的结构，检测面上设有探头移动检测区域和与探头移动检测区域配合的刻度线。

3.根据权利要求1所述的一种对比试块的校准方法，其特征在于：所述倾斜面的倾斜角度为30--75度，差异反射区由一组长横孔组成，长横孔分成4--8组，相邻两组长横孔之间的距离为8--12mm，每个长横孔的大小为1.5--4.5mm。

4.根据权利要求1所述的一种对比试块的校准方法，其特征在于：反射面由上至下，由四段半径从小至大的圆弧面拼接而成，四段半径的比值为1：2:3--4:4.5--5.5。

5.根据权利要求1所述的一种对比试块的校准方法，其特征在于：校准方法如下：对比试块表面为圆弧状的检测面，底部为用以安置的平面，右侧设有反射面，左侧设有防干扰区域，防干扰区域包括一个倾斜面和一个差异反射区；反射面由四段不同半径的圆弧面拼接而成；对比试块呈顶部大、底部小的结构，检测面上设有探头移动检测区域和与探头移动检测区域配合的刻度线。

6.根据权利要求5所述的一种对比试块的校准方法，其特征在于：校准方法如下：倾斜面的倾斜角度为30--75度，差异反射区由一组长横孔组成，长横孔分成4--8组，相邻两组长横孔之间的距离为8--12mm，每个长横孔的大小为1.5--4.5mm；反射面由上至下，由四段半径从小至大的圆弧面拼接而成，四段半径的比值为1：2:3--4:4.5--5.5。

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