CN111239243A - 一种基于激光超声和周向导波的小口径薄壁管纵向缺陷的无损检测方法 - Google Patents
一种基于激光超声和周向导波的小口径薄壁管纵向缺陷的无损检测方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111239243A CN111239243A CN202010064174.XA CN202010064174A CN111239243A CN 111239243 A CN111239243 A CN 111239243A CN 202010064174 A CN202010064174 A CN 202010064174A CN 111239243 A CN111239243 A CN 111239243A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pipe
- laser
- defects
- detection
- guided wave
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000007547 defect Effects 0.000 title claims abstract description 57
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 42
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 34
- 238000007689 inspection Methods 0.000 claims description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 8
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 abstract description 4
- 239000007822 coupling agent Substances 0.000 abstract description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 13
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 5
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/04—Analysing solids
- G01N29/045—Analysing solids by imparting shocks to the workpiece and detecting the vibrations or the acoustic waves caused by the shocks
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/34—Generating the ultrasonic, sonic or infrasonic waves, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
- G01N29/341—Generating the ultrasonic, sonic or infrasonic waves, e.g. electronic circuits specially adapted therefor with time characteristics
- G01N29/343—Generating the ultrasonic, sonic or infrasonic waves, e.g. electronic circuits specially adapted therefor with time characteristics pulse waves, e.g. particular sequence of pulses, bursts
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
- G01N2291/023—Solids
- G01N2291/0234—Metals, e.g. steel
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于激光超声和周向导波的小口径薄壁管纵向缺陷的无损检测方法，该方法为：搭建利用脉冲激光器激励周向导波，利用激光测振仪接收周向导波的缺陷检测系统；运用标准无缺陷样品，绘制标准信号图；将管材换成待测管材，通过比较实时信号和标准信号，确定管材被检测的截面上是否存在纵向缺陷；沿轴向螺旋移动管材，扫描检测整个管材是否存在缺陷。本发明采用激光超声以非接触的方法进行检测，检测过程中不需使用耦合剂，将无损检测装置直接搭建在生产线上，实现原位检测，不需对管道结构进行破坏，检测过程方便快捷，适用于生产线的原位检测，提高了产品质量和生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及无损检测领域中薄壁管的无损检测，尤其涉及一种基于激光超声和周向导波的小口径薄壁管纵向缺陷的无损检测方法。
背景技术
在航空、核能、舰船以及很多重要的工业领域都会大量地应用到精密小口径薄壁钢管。这些钢管长期工作在苛刻的环境当中，对质量的要求十分严格。但是在管材的制造过程中，往往会由于工艺、杂质以及其它各种原因，导致成型后的管材出现裂纹以及其它缺陷。因此，有必要在管材投入使用前对其进行无损检测。目前，超声无损检测是众多无损检测方式中的一种。
对于大口径的钢管，通常使用压电换能器就可以很方便的达到缺陷检测的目的。其原理是，在需要被检测的区域两端分别放置激发探头和检测探头，通过确定检测探头是否能检测到激发探头在钢管上激发的超声波就能判断被检测区域是否存在缺陷。但是上述领域应用的小口径薄壁管的管径只有几到十几毫米，壁厚则是从零点几到一点几毫米之间。在对于这些小口径管中的缺陷，尤其是纵向缺陷的检测过程中，一是由于探头的尺寸限制，在很小的管周上放置两个压电探头十分困难，二是管材的曲率太大，探头和管材的耦合也变得很困难。而激光超声作为一种新型的超声检测方法，由于其非接触式的特点，不会存在上述的问题，但是对小口径管的无损检测技术目前尚不成熟。
发明内容
发明目的：为解决上述问题，本发明提出一种基于激光超声和周向导波的小口径薄壁管纵向缺陷的无损检测方法。
技术方案：本发明基于激光超声和周向导波的小口径薄壁管纵向缺陷的无损检测装置，该检测装置包括激光测振仪、带有操作系统的数字示波器、激光器、柱透镜和管材；激光测振仪与数字示波器输入端相连，激光器与数字示波器的触发输入端连接；
激光器发射脉冲激发光经柱透镜聚焦到管材表面作为激发线源，激光测振仪发射聚焦检测光聚焦在管材的表面，激光测振仪发出激光的焦点处在激发线源中心所在的横截面内以检测周向导波。
本发明基于激光超声和周向导波的小口径薄壁管纵向缺陷的无损检测方法，采用上述无损检测装置进行检测，该无损检测方法包括以下步骤：
步骤(1)：搭建所述无损检测装置；
步骤(2)：建立标准信号，具体为：采用无缺陷的管材作为样品，启动激光器，由脉冲激光聚焦在管材表面以激发超声导波，由激光测振仪得到周向导波信号，显示并储存在数字示波器上，作为标准信号；
步骤(3)：激励周向导波检测缺陷，具体为，将步骤(2)中无缺陷的管材换成待测管材，重复步骤(2)的过程；通过比较实时信号和标准信号，确定待测管材被检测的截面上是否存在纵向缺陷；
步骤(4)：沿轴向螺旋移动管材，扫描检测所述待测管材是否存在缺陷。
步骤(2)中，采用线源激发，调整柱透镜的位置使得激发光正入射到管材上并聚焦到管材表面，形成纵向线源激发；调整激光测振仪位置，使得检测光正入射到管材上并聚焦到管材表面，使得检测聚焦点和激发线源的中心处在同一个横截面以检测周向导波。
保持激发光和检测光相隔有角度，该角度为180°之外的角度。
步骤(3)中，所述待测管材中的缺陷沿管道径向贯穿，布置于管道中心位置，所述待测管材的缺陷长边与管道轴向方向一致。
工作原理：本发明将由激光器发出的脉冲激光聚焦到管材的表面，由于热弹效应，将在管材中激励出超声导波，利用激光测振仪作为接受传感器来接收导波。
有益效果：本发明基于激光超声和周向导波的小口径薄壁管纵向缺陷的检测方法解决了小口径薄壁管缺陷检测的难题，具有以下突出的优点：
(1)不需要对管道结构进行破坏，检测过程方便快捷，适用于生产线的原位检测。
(2)由于激光超声具有非接触、扫描速度快的优点，因此用于小口径薄壁管生产过程中的检测时，采用非接触的方法，检测过程不需要使用耦合剂，不需要多次的人工干预，可以将无损检测装置直接搭建在生产线上，实现原位检测，提高了产品质量和生产效率；
(3)由于激光具有非常好的稳定性，系统可以长时间工作并保证检测的可靠性。
附图说明
图1为本发明无损检测装置示意图；
图2为管材缺陷检测横截面示意图；
图3为管材缺陷检测接收信号图；
图4为本发明检测方法的实施流程图。
具体实施方式
下面结合图1至图4详细说明基于激光超声和周向导波的小口径薄壁管纵向缺陷的检测方法的实施过程。
如图1所示，本发明所采用的基于激光超声和周向导波的小口径薄壁管纵向缺陷的无损检测装置，包括激光测振仪1、带有操作系统的数字示波器2、激光器3、柱透镜4和管材5。激光测振仪1与数字示波器2输入端相连，激光器3与数字示波器2的触发输入端连接。
其中激光器3发射脉冲激发光经柱透镜4聚焦到管材5表面作为激发线源，激光测振仪1发射聚焦检测激光聚焦在管材5的同一表面，激光测振仪发出激光的焦点处在激发线源中心所在的横截面内以检测周向导波。
本实施例中选用的待测管材样品外径4.20mm，壁厚0.30mm，长80.0mm。待测管材中的人工缺陷长6.30mm，宽0.24mm，沿管道径向贯穿，布置于管道中心位置，待测管材的人工缺陷长边与管道轴向方向一致。
如图4所示，本发明基于激光超声和周向导波的小口径薄壁管纵向缺陷检测方法，其具体实现步骤如下：
步骤1：搭建无损检测装置，具体参见图1。
步骤2：建立标准信号，具体为：采用标准管材样品，即无缺陷的管材；本实验中采用管材样品中没有缺陷的部分，如图2中(2a)所示。采用线源激发，调整柱透镜的位置使得激发光正入射到管材上并聚焦到管材表面，形成纵向线源激发；调整激光测振仪位置，使得检测光正入射到管材上并聚焦到管材表面。使得检测聚焦点和激发线源的中心处在同一个横截面以检测周向导波。保持激发光和检测光相隔有角度，该角度不能为180°，因为此时顺时针和逆时针方向的导波同时到达检测点，难以分辨。本次实验中激发光和检测光的相隔角度为90°，如图2中(2a)所示。激光测振仪检测到的标准信号输入到数字示波器中显示并保存，结果如图3中的(3a)所示。
步骤3：激励周向导波检测缺陷，具体为：将管材样品换成实际的待测管材，重复步骤2的过程。本实验中为作对比，将管材样品移动到存在缺陷的位置，如图2中的(2b)所示，该图2中的(2b)为管材有缺陷位置横截面示意图，得到的信号如图3中的(3b)所示，该图3中的(3b)为有缺陷情况下激发光和检测光夹角为90°时的信号。
图3中的(3a)是无缺陷情况下激发光和检测光夹角为90°的位置时的检测信号，此时激发光和检测光之间的夹角为90°。由激发光激发出的周向导波分别沿逆时针(90°弧)和顺时针(270°弧)沿着管周向传播。首先到达检测点的是逆时针直达的周向导波，其脉冲由图3中第一条竖直线标示出来；然后到达检测点的是顺时针直达的周向导波，其脉冲由图3中第二条竖直线标示出来。两个脉冲之间存在延时，可以很明显的分辨出来。保持系统稳定，并将管材移动到存在缺陷的位置，如图2中(2b)所示，则得到图3中(3b)所示的波形。此时，逆时针方向传播的导波被缺陷阻挡，其脉冲在波形上不可见。而顺时针方向直达的导波则没有任何影响，其脉冲出现的时间与图3中(3a)中顺时针方向直达的导波脉冲出现的时间几乎一致，与理论符合的很好。
因此，通过观察在图3第一条竖直线所标示的时间是否会出现脉冲，进而判断该90°圆弧上是否存在纵向缺陷。具体地说：如果如图3中第一条竖直线所标示的时间出现脉冲，则说明此段90°弧没有缺陷；反之，则说明纯在缺陷。
需要注意的是，由于周向导波会被缺陷反射，导波绕圆周一周后再次到达等原因，导致信号中5μs往后的部分波形比较复杂。所以不能简单的通过观察图3中第二条竖直线所标示的时间是否出现脉冲来判断270°弧上是否存在缺陷，而是需要通过如步骤4中所述旋转钢管的方式来检测。
步骤4：扫描检查整个管材是否存在缺陷，具体为，通过控制系统使得管材沿轴向螺旋移动，即可扫描检查整个管材是否存在缺陷。
通过实验验证，此种检测方法可以快速准确的检测管道是否存在纵向缺陷。
Claims (5)
1.一种基于激光超声和周向导波的小口径薄壁管纵向缺陷的无损检测装置，其特征在于：所述检测装置包括激光测振仪(1)、数字示波器(2)、激光器(3)、柱透镜(4)和管材(5)；所述激光测振仪与数字示波器输入端相连，所述激光器与数字示波器的触发输入端连接；
所述激光器发射脉冲激发光经柱透镜聚焦到管材表面作为激发线源，所述激光测振仪发射检测光聚焦在管材的表面，所述激光测振仪发出激光的焦点处在激发线源中心所在的横截面内以检测周向导波。
2.一种基于激光超声和周向导波的小口径薄壁管纵向缺陷的无损检测方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的无损检测装置进行检测，所述无损检测方法包括以下步骤：
步骤(1)：搭建所述无损检测装置；
步骤(2)：建立标准信号，具体为：采用无缺陷的管材作为样品，启动激光器，由脉冲激光聚焦在管材表面以激发超声导波，由激光测振仪得到周向导波信号，显示并储存在数字示波器上，作为标准信号；
步骤(3)：激励周向导波检测缺陷，具体为，将步骤(2)中无缺陷的管材换成待测管材，重复步骤(2)的过程；通过比较实时信号和标准信号，确定待测管材被检测的截面上是否存在纵向缺陷；
步骤(4)：沿轴向螺旋移动管材，扫描检测所述待测管材是否存在缺陷。
3.根据权利要求2所述的基于激光超声和周向导波的小口径薄壁管纵向缺陷的无损检测方法，其特征在于：步骤(2)中，采用线源激发，调整柱透镜的位置使得激发光正入射到管材上并聚焦到管材表面，形成纵向线源激发；调整激光测振仪位置，使得检测光正入射到管材上并聚焦到管材表面，使得检测聚焦点和激发线源的中心处在同一个横截面以检测周向导波。
4.根据权利要求3所述的基于激光超声和周向导波的小口径薄壁管纵向缺陷的无损检测方法，其特征在于：保持激发光和检测光相隔有角度。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的基于激光超声和周向导波的小口径薄壁管纵向缺陷的无损检测方法，其特征在于：步骤(3)中，所述待测管材中的缺陷沿管道径向贯穿，布置于管道中心位置，所述待测管材的缺陷长边与管道轴向方向一致。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010064174.XA CN111239243A (zh) | 2020-01-20 | 2020-01-20 | 一种基于激光超声和周向导波的小口径薄壁管纵向缺陷的无损检测方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010064174.XA CN111239243A (zh) | 2020-01-20 | 2020-01-20 | 一种基于激光超声和周向导波的小口径薄壁管纵向缺陷的无损检测方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111239243A true CN111239243A (zh) | 2020-06-05 |
Family
ID=70866861
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010064174.XA Pending CN111239243A (zh) | 2020-01-20 | 2020-01-20 | 一种基于激光超声和周向导波的小口径薄壁管纵向缺陷的无损检测方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111239243A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114113133A (zh) * | 2021-10-09 | 2022-03-01 | 宝宇(武汉)激光技术有限公司 | 一种非平面工件表面缺陷无损检测装置 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101610854A (zh) * | 2006-09-11 | 2009-12-23 | 住友金属工业株式会社 | 无缝管的制造状况监控装置及方法、和无缝管制造设备 |
| CN102053254A (zh) * | 2009-10-30 | 2011-05-11 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种激光超声波检测系统及其检测方法 |
| CN202339318U (zh) * | 2011-10-17 | 2012-07-18 | 中国石油天然气集团公司 | 一种基于pvdf压电薄膜的激光超声检测装置 |
| CN106645399A (zh) * | 2016-10-14 | 2017-05-10 | 厦门大学 | 一种复合材料损伤检测评估方法和系统 |
| CN206756681U (zh) * | 2017-04-13 | 2017-12-15 | 山东省科学院激光研究所 | 激光超声检测系统以及振镜扫描装置 |
| CN108760798A (zh) * | 2018-04-28 | 2018-11-06 | 江苏省沙钢钢铁研究院有限公司 | 一种金属材料线膨胀系数的激光超声测试装置及方法 |
| CN109798973A (zh) * | 2019-03-14 | 2019-05-24 | 浙江润久机械科技有限公司 | 非接触式超声换能器固有频率的测试法 |
| CN110006998A (zh) * | 2019-04-25 | 2019-07-12 | 上海工程技术大学 | 一种用于检测空心管件焊缝的检测系统以及检测方法 |
-
2020
- 2020-01-20 CN CN202010064174.XA patent/CN111239243A/zh active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101610854A (zh) * | 2006-09-11 | 2009-12-23 | 住友金属工业株式会社 | 无缝管的制造状况监控装置及方法、和无缝管制造设备 |
| CN102053254A (zh) * | 2009-10-30 | 2011-05-11 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种激光超声波检测系统及其检测方法 |
| CN202339318U (zh) * | 2011-10-17 | 2012-07-18 | 中国石油天然气集团公司 | 一种基于pvdf压电薄膜的激光超声检测装置 |
| CN106645399A (zh) * | 2016-10-14 | 2017-05-10 | 厦门大学 | 一种复合材料损伤检测评估方法和系统 |
| CN206756681U (zh) * | 2017-04-13 | 2017-12-15 | 山东省科学院激光研究所 | 激光超声检测系统以及振镜扫描装置 |
| CN108760798A (zh) * | 2018-04-28 | 2018-11-06 | 江苏省沙钢钢铁研究院有限公司 | 一种金属材料线膨胀系数的激光超声测试装置及方法 |
| CN109798973A (zh) * | 2019-03-14 | 2019-05-24 | 浙江润久机械科技有限公司 | 非接触式超声换能器固有频率的测试法 |
| CN110006998A (zh) * | 2019-04-25 | 2019-07-12 | 上海工程技术大学 | 一种用于检测空心管件焊缝的检测系统以及检测方法 |
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| JEAN-PIERRE MONCHALIN 等: "Laser Ultrasonic System for On-Line Steel Tube Gauging", 《AMERICAN INSTITUTE OF PHYSICS》 * |
| K URABE 等: "Flaw Inspection of Aluminum Pipes by Non-Contact Visualization of Circumferential Guided Waves using Laser Ultrasound Generation and an Air-Coupled Sensor", 《JOURNAL OF PHYSICS: CONFERENCE SERIES》 * |
| S. YASHIRO 等: "A novel technique for visualizing ultrasonic waves in general solid media by pulsed laser scan", 《NDT&E INTERNATIONAL》 * |
| TAKAHIRO HAYASHI: "Non-contact imaging of pipe thinning using elastic guided waves generated and detected by lasers", 《INTERNATIONAL JOURNAL OF PRESSURE VESSELS AND PIPING》 * |
| 赵艳 等: "激光在管道中激发周向导波的有限元模拟", 《物理学报》 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114113133A (zh) * | 2021-10-09 | 2022-03-01 | 宝宇(武汉)激光技术有限公司 | 一种非平面工件表面缺陷无损检测装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9810666B2 (en) | Device and method for nondestructive inspection of tubular products, especially on site | |
| CN101135673B (zh) | 高纯多晶硅的无损材料检测方法 | |
| EP2669672B1 (en) | Apparatus and method for inspecting a tube | |
| JP5003275B2 (ja) | 管体の超音波探傷装置及び超音波探傷方法 | |
| JPWO2007113907A1 (ja) | 超音波探触子、超音波探傷方法及び超音波探傷装置 | |
| CN111751448B (zh) | 一种漏表面波超声合成孔径聚焦成像方法 | |
| KR20000064549A (ko) | 두께가얇은배관내의크랙검출및측정응위한lamb초음파탐침 | |
| CN102636569A (zh) | 一种压力容器筒体整体超声导波检测方法 | |
| CN110887898A (zh) | 一种基于超声导波的方管检测方法及装置 | |
| CN111239243A (zh) | 一种基于激光超声和周向导波的小口径薄壁管纵向缺陷的无损检测方法 | |
| JP2007322350A (ja) | 超音波探傷装置及び方法 | |
| CN105842338A (zh) | 一种用于厚壁管全体积检测的超声内扫描成像系统和方法 | |
| CN113295772B (zh) | 基于超声漏兰姆波的薄壁管无损检测装置及方法 | |
| CN104569155A (zh) | 一种表面缺陷电磁超声检测方法 | |
| JP2011529170A (ja) | カップリングチェックを使用した改良超音波非破壊検査 | |
| JP2019109107A (ja) | 超音波探傷方法、超音波探傷装置、鋼材の製造設備列、鋼材の製造方法、及び鋼材の品質保証方法 | |
| CN114280157A (zh) | 一种基于激光激励表面波的亚表面裂纹长度定量检测方法 | |
| CN103207240B (zh) | 一种斜探头超声场纵向声压分布的测量方法 | |
| Joas et al. | CFRP pipe inspection by means of air-coupled ultrasound | |
| CN105738465A (zh) | 基于低频电磁技术的锅炉水冷壁管的缺陷检测设备及方法 | |
| US8375795B2 (en) | Non-destructive inspection of high-pressure lines | |
| US11835484B2 (en) | Cylindrical ultrasonic scanning apparatus | |
| JP5750066B2 (ja) | ガイド波を用いた非破壊検査方法 | |
| Singh et al. | Detection of localised flaws in small-diameter carbon steel tubes using multi-NDE techniques | |
| Zhao et al. | Hybrid laser ultrasonic inspection based on optical fiber technique |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |