CN111189927A - 核电站转子焊缝质量检测装置 - Google Patents

核电站转子焊缝质量检测装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及核电站设备管理与检测技术领域，公开了一种核电站转子焊缝质量检测装置，包括第一探头和第二探头；第一探头用于使用复合扫查方法检测转子焊缝的第一厚度范围的缺陷；第二探头用于使用相控阵超声扇形分组扫查方法检测转子焊缝的第二厚度范围的缺陷；第二厚度范围内的最小厚度值大于第一厚度范围内的最小厚度值，第二厚度范围内的最大厚度值大于第一厚度范围内的最大厚度值。本发明使用了两种探头对转子焊缝不同厚度范围的缺陷进行检测，大大提高了现场维修的检测速度，降低了维修成本，缩短大修工时及设备停运时间，降低了被维护的设备的运行成本，提高了核电站运营的经济性和安全性。

Description

核电站转子焊缝质量检测装置
技术领域
本发明属于核电站设备管理与检测技术领域，更具体地说，是涉及一种核电站转子焊缝质量检测装置。
背景技术
核电站大修期间需要对汽轮机转子焊缝进行检测，以判断汽轮机转子焊缝是否存在缺陷。现有技术采用相控阵扇形扫查分区检测方法对汽轮机转子焊缝进行检测。相控阵扇形扫查分区检测方法使用固定的带探头激发孔径，通过电子方式在不同角度上偏转生成扇形检测图像。现有检测方法使用较多的检测序列，导致其检测的时间较长。而核电机组大修期间，汽轮机转子焊缝检修窗口有限，亟需提高现有相控阵扇形扫查分区检测方法的检测速度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种核电站转子焊缝质量检测装置，以解决现有技术中相控阵扇形扫查分区检测方法的检测速度较慢的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种核电站转子焊缝质量检测装置，包括第一探头和第二探头；
所述第一探头用于使用复合扫查方法检测转子焊缝的第一厚度范围的缺陷；
所述第二探头用于使用相控阵超声扇形分组扫查方法检测所述转子焊缝的第二厚度范围的缺陷；
所述第二厚度范围内的最小厚度值大于所述第一厚度范围内的最小厚度值，所述第二厚度范围内的最大厚度值大于所述第一厚度范围内的最大厚度值。
可选的，所述复合扫查方法包括：结合扇形扫查方法和具有子孔径激发特性的电子扫查方法对所述转子焊缝进行扫查。
可选的，所述具有子孔径激发特性的电子扫查方法包括：
选取所述第一探头的第一指定部分的晶片作为子孔径进行激发；
分别选取所述第一探头的第二指定部分至第N指定部分的晶片作为子孔径顺次进行激发，其中，N为大于2的正整数，所述第一指定部分的晶片与所述第二指定部分的晶片共用部分晶片；所述第N指定部分的晶片与所述第N-1指定部分的晶片共用部分晶片。
可选的，所述第二指定部分的晶片的序号平均值大于所述第一指定部分的晶片的序号平均值；
所述第N指定部分的晶片的序号平均值大于所述第N-1指定部分的晶片的序号平均值。
可选的，所述第二指定部分的晶片激发产生的声束的角度大于所述第一指定部分的晶片的激发产生的声束的角度；
所述第N指定部分的晶片的激发产生的声束的角度大于所述第N-1指定部分的晶片的激发产生的声束的角度。
可选的，所述第一探头为一发一收线阵探头；
所述核电站转子焊缝质量检测装置还设置有第一楔块，所述第一探头与所述第一楔块搭配使用，所述第一楔块为纵波楔块。
可选的，所述第一楔块的物理角度为16°，声速为2337m/s。
可选的，在所述第一探头使用所述复合扫查方法检测转子焊缝时，所述第一探头的频率为7.5MHz，激发孔径为4mm，角度步进1°，扫查最小角度为40°，扫查最大角度为75°。
可选的，所述相控阵超声扇形分组扫查方法包括：将所述第二探头的晶片划分为指定个数的扫查小组，并使用各个所述扫查小组分别对所述转子焊缝进行扇形扫查。
可选的，所述第二探头为线阵探头；
所述核电站转子焊缝质量检测装置还设置有第二楔块，所述第二探头与所述第二楔块搭配使用，所述第二楔块为纵波楔块。
可选的，所述第二楔块的物理角度为17.66°，声速为2337m/s。
可选的，在所述第二探头使用所述相控阵超声扇形分组扫查方法检测转子焊缝时，所述第二探头的频率为3.5MHz，激发孔径为16mm，角度步进0.5°，扫查最小角度为30°，扫查最大角度为70°。
可选的，所述第一厚度范围包括0-20mm，所述第二厚度范围包括20mm-140mm。
本发明提供的核电站转子焊缝质量检测装置的有益效果在于：与现有技术相比，本发明核电站转子焊缝质量检测装置使用了两种探头对转子焊缝不同厚度范围的缺陷进行检测，大大提高了现场维修的检测速度，降低了维修成本，缩短大修工时及设备停运时间，降低了被维护的设备的运行成本，提高了核电站运营的经济性和安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为第一探头使用复合扫查方法对转子焊缝进行单侧扫查的示意图；
图2为第一探头使用复合扫查方法对转子焊缝进行双侧扫查的示意图；
图3为第二探头使用相控阵超声扇形分组扫查方法对转子焊缝进行单侧扫查的示意图；
图4为第二探头使用复合扫查方法对转子焊缝进行双侧扫查的示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
本发明实施例提供的核电站转子焊缝质量检测装置，包括第一探头和第二探头；
所述第一探头用于使用复合扫查方法检测转子焊缝的第一厚度范围的缺陷；
所述第二探头用于使用相控阵超声扇形分组扫查方法检测所述转子焊缝的第二厚度范围的缺陷；
所述第二厚度范围内的最小厚度值大于所述第一厚度范围内的最小厚度值，所述第二厚度范围内的最大厚度值大于所述第一厚度范围内的最大厚度值。
本实施例中，核电站转子焊缝质量检测装置可设置有第一探头和第二探头，用于检测大厚转子焊缝的缺陷。在此处，转子焊缝的直径大于1200mm，厚度大于100mm。第一探头用于检测转子焊缝的第一厚度范围的缺陷，第二探头用于检测转子焊缝的第二厚度范围的缺陷，这样可以减少转子焊缝的缺陷漏检的几率。
具体的，第一探头用于检测转子焊缝浅层的缺陷，使用的检测方法为复合扫查方法。现有的检测方案中，转子焊缝加上热影响区的宽度约为30mm。在0-20mm的厚度范围，需要使用探头移动多次，即需要使用多个扫查序列保证可以完全覆盖转子焊缝的检测区域。这会增加检测时间，扫查设备故障风险也随之增加，现场检测工期偏紧。而使用复合扫查法可以减少扫查序列，减少检测时间。第一厚度范围可以是0-20mm。第一探头可以是相控阵探头。
第二探头用于检测转子焊缝深层的缺陷，使用的检测方法为相控阵超声扇形分组扫查方法。第二探头可以补充检测第一探头无法检测的厚度范围，防止漏检。第二厚度范围包括20mm-140mm。
第一探头与第二探头可以使用不同的工作频率，此时，第一探头和第二探头可以实现对转子焊缝同步检测，大大提高了检测速度。
如图1所示，图1为第一探头使用复合扫查方法对转子焊缝进行单侧扫查的示意图。
如图2所示，图2为第一探头使用复合扫查方法对转子焊缝进行双侧扫查的示意图。
如图3所示，图3为第二探头使用相控阵超声扇形分组扫查方法对转子焊缝进行单侧扫查的示意图。
如图4所示，图4为第二探头使用复合扫查方法对转子焊缝进行双侧扫查的示意图。
可选的，所述复合扫查方法包括：结合扇形扫查方法和具有子孔径激发特性的电子扫查方法对所述转子焊缝进行扫查。
本实施例中，扇形扫查方法指的是使用第一探头对于某个聚焦深度，利用相同的晶片，进行一个角度范围的扫查，适于检测几何形状复杂或检测空间受限的工件。在扇形扫查中，需要先选择适配的探头和配套的楔块，设置扇扫角度范围步进角度及检测波型，确定适配的延迟法则，再经声束校准，即可对转子焊缝进行扫查。
电子扫查方法，又称线性扫查，采用第一探头上不同的晶片和相同的聚焦法则得到的声束，在确定范围内沿相控阵探头长度方向扫查被检工件。在电子扫查中，所有的晶片的声束入射角是相同的，使用相同的聚焦法则，相控阵探头中的一组活动晶片，组成了虚拟探头。在使用楔块的时候，聚焦法则将会对楔块内不同的时间延时进行补偿。电子扫查在工业中有关大表面的快速检测中应用广泛。电子扫查具有子孔径激发特性。
复合扫查方法指的是结合扇形扫查方法和电子扫查方法，对转子焊缝进行检测。具体的，复合扫查方法每次只激发相控阵探头的部分晶片，使用小编号的晶片激发小角度的声束，使用大编号的晶片激发大角度声束。复合扫查方法的成像区域明显大于传统的扇形扫查方法，同时兼具电子扫查方法扫查速度快的优点。在执行复合扫查方法时，第一探头使用电子扫查方法的扫查程序依次对转子焊缝进行扫查，每次扫查使用扇形扫查的方式，对转子焊缝进行一个角度范围的扫查。
可选的，所述具有子孔径激发特性的电子扫查方法包括：
选取所述第一探头的第一指定部分的晶片作为子孔径进行激发；
分别选取所述第一探头的第二指定部分至第N指定部分的晶片作为子孔径顺次进行激发，其中，N为大于2的正整数，所述第一指定部分的晶片与所述第二指定部分的晶片共用部分晶片；所述第N指定部分的晶片与所述第N-1指定部分的晶片共用部分晶片。
本实施例中，子孔径激发特性是指将第一探头的一部分晶片作为一个子孔径依次进行激发。例如第一探头包括64个晶片，每次激发16个晶片，则激发方式如下：将第1-16号晶片作为第一指定部分进行激发，将第2-17号晶片作为第二指定部分进行激发，接着将第3-18号晶片作为第二指定部分进行激发.这样一直下去，直到将第49-64号晶片作为第四十九指定部分进行激发。
可选的，所述第二指定部分的晶片的序号平均值大于所述第一指定部分的晶片的序号平均值；
所述第N指定部分的晶片的序号平均值大于所述第N-1指定部分的晶片的序号平均值。
本实施例中，可以指定靠近第一探头尾部的晶片从1开始编号。相对的，第一探头头部的晶片的序号大于同一行处于靠近第一探头尾部的晶片的编号。以一个64晶片探头为例，可以选取处于靠近探头尾部的一个晶片，设置其编号为1，选取处于靠近探头头部的晶片，设置其编号为64。
可选的，所述第二指定部分的晶片激发产生的声束的角度大于所述第一指定部分的晶片的激发产生的声束的角度；
所述第N指定部分的晶片的激发产生的声束的角度大于所述第N-1指定部分的晶片的激发产生的声束的角度。
本实施例中，复合扫查方法具有子孔径激发特性。子孔径激发特性可将第一探头的部分晶片作为一个子孔径依次进行激发。在使用复合扫查方法对转子焊缝进行扫查时，每次扫查的声束的角度依次增大。例如，使用第一指定部分的晶片进行激发时，声束的角度可以是40°-50°；使用第N指定部分的晶片进行激发时，声束的角度可以是60°-75°。
可选的，所述第一探头为一发一收线阵探头；
所述核电站转子焊缝质量检测装置还设置有第一楔块，所述第一探头与所述第一楔块搭配使用，所述第一楔块为纵波楔块。
本实施例中，第一探头为一发一收线阵探头，既包含发射晶片阵列，也包含接收晶片阵列。核电站转子焊缝质量检测装置还设置有与第一探头适配的第一楔块。第一楔块为纵波楔块。第一楔块的尺寸要和第一探头尺寸相匹配，保证第一探头能够安装在第一楔块上。纵波楔块可以由有机玻璃或者聚苯乙烯制成。纵波楔块指的是，由第一探头激发产生的超声波折射进入工件中的波型为纵波。
可选的，所述第一楔块的物理角度为16°，声速为2337m/s。
本实施例中，在确认第一探头入射工件的角度范围以后，选择合适物理角度的第一楔块。例如入射声束为纵波40°-70°，则可以选用折射角度为55°的纵波楔块，根据折射定律计算，楔块的物理角度为18.6°。
特别的，本实施例第一楔块的物理角度可选用16°。第一楔块的声束为2337m/s。在此处，声束指的是超声波在第一楔块内的传播速度。
在一实施例中，第一楔块的设置参数如下表1所示。
表1第一楔块的设置参数
物理角度 16°
楔块长度(L) 62mm
楔块宽度(W) 47mm
楔块高度(H) 23mm
次轴偏离 23.5mm
主轴偏离 ±58.36mm
第1晶片高度 7.62mm
楔块产生波型 纵波
楔块屋顶角 5.3°
楔块声速 2337m/s
可选的，在所述第一探头使用所述复合扫查方法检测转子焊缝时，所述第一探头的频率为7.5MHz，激发孔径为4mm，角度步进1°，扫查最小角度为40°，扫查最大角度为75°。
本实施例中，第一探头可使用如表2所示的设置参数对转子焊缝进行扫查。
表2第一探头的设置参数
Figure BDA0002377312330000081
Figure BDA0002377312330000091
可选的，所述相控阵超声扇形分组扫查方法包括：将所述第二探头的晶片划分为指定个数的扫查小组，并使用各个所述扫查小组分别对所述转子焊缝进行扇形扫查。
本实施例中，相控阵超声扇形分组扫查方法可使用多个扫查小组分别对转子焊缝进行扇形扫查。例如，第二探头为64晶片线阵相控阵超声探头。可以将1-16晶片、17-32晶片、33-48晶片、49-64晶片分别作为一个扫查小组，以实现对转子焊缝进行扇形扫查。
可选的，所述第二探头为线阵探头；
所述核电站转子焊缝质量检测装置还设置有第二楔块，所述第二探头与所述第二楔块搭配使用，所述第二楔块为纵波楔块。
本实施例中，核电站转子焊缝质量检测装置还设置有与第二探头适配的第二楔块。第二楔块为纵波楔块。第二楔块的尺寸要和第二探头尺寸相匹配，保证第二探头能够安装在第二楔块上。第二楔块同样也是纵波楔块。
可选的，所述第二楔块的物理角度为17.66°，声速为2337m/s。
本实施例中，由于使用不同的扫查方法，第二楔块的物理角度与第一楔块的物理角度是不同的。第二楔块的物理角度为17.66°，声速为2337m/s。
在一实施例中，第二楔块的设置参数如下表3所示。
表3第二楔块的设置参数
Figure BDA0002377312330000092
Figure BDA0002377312330000101
可选的，在所述第二探头使用所述相控阵超声扇形分组扫查方法检测转子焊缝时，所述第二探头的频率为3.5MHz，激发孔径为16mm，角度步进0.5°，扫查最小角度为30°，扫查最大角度为70°。
本实施例中，第二探头可使用如表4所示的设置参数对转子焊缝进行扫查。
表4第二探头的设置参数
Figure BDA0002377312330000102
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 (13)

1.一种核电站转子焊缝质量检测装置，其特征在于，包括第一探头和第二探头；
所述第一探头用于使用复合扫查方法检测转子焊缝的第一厚度范围的缺陷；
所述第二探头用于使用相控阵超声扇形分组扫查方法检测所述转子焊缝的第二厚度范围的缺陷；
所述第二厚度范围内的最小厚度值大于所述第一厚度范围内的最小厚度值，所述第二厚度范围内的最大厚度值大于所述第一厚度范围内的最大厚度值。
2.如权利要求1所述的核电站转子焊缝质量检测装置，其特征在于，所述复合扫查方法包括：结合扇形扫查方法和具有子孔径激发特性的电子扫查方法对所述转子焊缝进行扫查。
3.如权利要求2所述的核电站转子焊缝质量检测装置，其特征在于，所述具有子孔径激发特性的电子扫查方法包括：
选取所述第一探头的第一指定部分的晶片作为子孔径进行激发；
分别选取所述第一探头的第二指定部分至第N指定部分的晶片作为子孔径顺次进行激发，其中，N为大于2的正整数，所述第一指定部分的晶片与所述第二指定部分的晶片共用部分晶片；所述第N指定部分的晶片与所述第N-1指定部分的晶片共用部分晶片。
4.如权利要求3所述的核电站转子焊缝质量检测装置，其特征在于，所述第二指定部分的晶片的序号平均值大于所述第一指定部分的晶片的序号平均值；
所述第N指定部分的晶片的序号平均值大于所述第N-1指定部分的晶片的序号平均值。
5.如权利要求3所述的核电站转子焊缝质量检测装置，其特征在于，所述第二指定部分的晶片激发产生的声束的角度大于所述第一指定部分的晶片的激发产生的声束的角度；
所述第N指定部分的晶片的激发产生的声束的角度大于所述第N-1指定部分的晶片的激发产生的声束的角度。
6.如权利要求1所述的核电站转子焊缝质量检测装置，其特征在于，所述第一探头为一发一收线阵探头；
所述核电站转子焊缝质量检测装置还设置有第一楔块，所述第一探头与所述第一楔块搭配使用，所述第一楔块为纵波楔块。
7.如权利要求6所述的核电站转子焊缝质量检测装置，其特征在于，所述第一楔块的物理角度为16°，声速为2337m/s。
8.如权利要求2所述的核电站转子焊缝质量检测装置，其特征在于，在所述第一探头使用所述复合扫查方法检测转子焊缝时，所述第一探头的频率为7.5MHz，激发孔径为4mm，角度步进1°，扫查最小角度为40°，扫查最大角度为75°。
9.如权利要求1所述的核电站转子焊缝质量检测装置，其特征在于，所述相控阵超声扇形分组扫查方法包括：将所述第二探头的晶片划分为指定个数的扫查小组，并使用各个所述扫查小组分别对所述转子焊缝进行扇形扫查。
10.如权利要求1所述的核电站转子焊缝质量检测装置，其特征在于，所述第二探头为线阵探头；
所述核电站转子焊缝质量检测装置还设置有第二楔块，所述第二探头与所述第二楔块搭配使用，所述第二楔块为纵波楔块。
11.如权利要求10所述的核电站转子焊缝质量检测装置，其特征在于，所述第二楔块的物理角度为17.66°，声速为2337m/s。
12.如权利要求2所述的核电站转子焊缝质量检测装置，其特征在于，在所述第二探头使用所述相控阵超声扇形分组扫查方法检测转子焊缝时，所述第二探头的频率为3.5MHz，激发孔径为16mm，角度步进0.5°，扫查最小角度为30°，扫查最大角度为70°。
13.如权利要求1所述的核电站转子焊缝质量检测装置，其特征在于，所述第一厚度范围包括0-20mm，所述第二厚度范围包括20mm-140mm。
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