CN113376255A - 一种钢管激光电弧复合焊接环焊缝全自动超声波检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基建技术领域，特别涉及一种钢管激光电弧复合焊接环焊缝全自动超声波检测方法。该方法包括：通过超声波声速多角度测量技术测定钢管中的超声波横波声速；检测施工准备；进行检测工艺参数设置；校准检测系统在管道焊缝预设的多个点位的周向检测灵敏度；根据检测参考线安装检测系统扫查器的行走轨道，轨道接头和扫查器分别安装在管道焊缝下游侧的位置；根据环境温度采用耦合剂进行管道表面的检测耦合，扫查器进行管道焊缝检测生成扫查图，根据多通道扫查图的A扫描、B扫描和TOFD扫描图谱分析评定焊缝质量。本发明提供的检测方法提高了检测效率，降低检测作业强度和施工成本。
Description
技术领
本发明涉及基建技术领域，特别涉及一种钢管激光电弧复合焊接环焊缝全自动超声波检测方法。
背景技术
大口径钢质管道激光诱导电弧复合焊接环焊缝的无损检测采用常规的射线和超声波检测方法，存在检测效率低、检测灵敏度差、对线型缺欠检出率较低等问题，检测质量还达不到标准技术要求。为提高钢质管道激光诱导电弧复合焊接环焊缝的检测质量和效率，创新研发出了大口径管道激光诱导电弧复合焊接环焊缝的全自动超声波检测方法，通过多通道、声聚焦、分区扫查的相控阵超声波检测原理，提高了检测质量和工效，降低了检测作业强度和施工成本。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明提供了一种钢管激光电弧复合焊接环焊缝全自动超声波检测方法，以克服大口径钢质管道激光诱导电弧复合焊接无损检测灵敏度和效率低，焊接线型缺欠检出率低，检测质量达不到标准技术要求等缺点。
（二）技术方案
为解决上述问题，本发明提供一种钢管激光电弧复合焊接环焊缝全自动超声波检测方法，包括：
步骤S1、通过超声波声速多角度测量技术测定钢管中的超声波横波声速；
步骤S2、检测施工准备；
步骤S3、根据相控阵超声波多通道、声聚焦、分区扫查原理进行检测工艺参数设置；
步骤S4、校准检测系统在管道焊缝预设的多个点位的周向检测灵敏度；
步骤S5、根据检测参考线安装检测系统扫查器的行走轨道，轨道接头和扫查器分别安装在管道焊缝下游侧的位置，且扫查器轨道接头安装在管道圆周的2-3点位上；
步骤S6、根据环境温度采用耦合剂进行管道表面的检测耦合，扫查器进行管道焊缝检测生成扫查图，根据多通道扫查图的A扫描、B扫描和TOFD扫描图谱分析评定焊缝质量。
优选地，步骤S1具体包括：
采用钢管材料制作超声波声速测定试块，选择脉冲发射/接收通道，连接横波声速探头，根据脉冲反射原理应用横波声速探头和超声波声速测定试块测量计算钢管中多个角度值的低温超声波声速值，拟合成低温超声波声速曲线，根据测量拟合曲线确定钢管的超声波声速值；
优选地，步骤S2具体包括：
步骤S21、坡口两侧管端表面设置一条平行于管端的检测参考线，参考线与坡口中心线的距离不小于40mm；
步骤S22、对管道表面进行预处理；
步骤S23、每道焊缝标注检测标识。
优选地，所述多个角度值取值范围为大于等于0°小于等于90°。
优选地，步骤S3具体包括：
步骤S31、根据检测的焊缝坡口形式进行焊缝定义；
步骤S32、在对比试块上设置A扫描、B扫描和TOFD扫描通道的基准灵敏度；
步骤S33、通道闸门及扫查灵敏度的设置；
步骤S34、进行动态调试。
优选地，步骤S33具体包括：
熔合区闸门采用熔合区的反射体设置，闸门的起点应在坡口熔合线前至少5mm，闸门终点应超过焊接接头中心线至少2mm；
当管子壁厚大于或等于12mm时，体积通道的灵敏度在填充区焊缝中心线上设置附加反射体调节，并应设置闸门；闸门的起点应在探头侧坡口熔合线前至少1mm，闸门终点至少覆盖探头对面坡口熔合线；
扫查灵敏度在附加反射体基准灵敏度的基础上提高8dB～14dB；
根焊区闸门设置应用根焊区反射体，闸门的起点在坡口前至少5mm，闸门终点覆盖根焊区；
扫查灵敏度应在直径为1.5mm～2mm平底孔回波信号80%满屏高的基础上提高4dB～14dB；
TOFD闸门在对比试块上完好部位设置；闸门的起点设在直通波前，闸门的终点滞后底面反射波，闸门的长度应大于被检工件的壁厚。
优选地，步骤S34具体包括：
系统参数选定后，在对比试块上进行总体扫查时应使用与现场检测相同的扫查速度；
每个反射体的峰值信号为满屏高的80%；TOFD的直通波幅度为满屏高的40%-90%；扫查过程中对比试块上主反射体的波幅达到满屏高度80%时，其两侧临近反射体的显示波幅比主反射体显示波幅低6dB～24dB。
记录反射体间的编码位置相对于实际圆周位置的误差应为±2mm。
优选地，步骤S4具体包括：
步骤S41、记录所有A扫描通道参考反射体的回波幅度值；
步骤S42、将对比试块中心分别放置在12点、3点、6点和9点点位，进行管道焊缝的周向校准设置；
步骤S43、将各点位扫查结果中所有A扫描通道的回波幅度值与基准扫查的结果进行比较，所有A扫描通道的波幅变化应小于等于±2dB。
优选地，扫查器的扫查速度设置为40-60mm/s。
优选地，步骤S5中：
根据检测参考线在管道表面焊缝旁安装扫查器轨道，轨道位置距离焊缝中心200mm，轨道接头安装在管道焊缝的3点位置，轨道安装位置误差应控制在±1mm；扫查器安装在轨道正上方的12点位置。
（三）有益效果
本发明提供的钢管激光电弧复合焊接环焊缝全自动超声波检测方法，具有如下优点：
（1）实现了大口径钢质管道激光诱导电弧复合焊接环焊缝的高质量检测。
（2）实现了自动化流水检测施工，大幅度提高了检测效率，降低检测作业强度和施工成本。
（3）超声波声速多角度测量拟合技术，提高了低温工况下全自动超声波检测工艺参数的准确性。
（4）检测灵敏度周向校准工艺技术，实现了检测系统在管道周向检测灵敏度的一致性，提高了全自动超声波检测灵敏度。
（5）多通道综合评价技术，提高了焊缝的检测评定质量和效率。
附图说明
图1为本发明实施例钢管激光电弧复合焊接环焊缝全自动超声波检测方法步骤示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供一种钢管激光电弧复合焊接环焊缝全自动超声波检测方法，包括如下步骤：
步骤S1、通过超声波声速多角度测量技术测定钢管中的超声波横波声速；
步骤S2、检测施工准备；
步骤S3、根据相控阵超声波多通道、声聚焦、分区扫查原理进行检测工艺参数设置；
步骤S4、校准检测系统在管道焊缝预设的多个点位的周向检测灵敏度；
步骤S5、根据检测参考线安装检测系统扫查器的行走轨道，轨道接头和扫查器分别安装在管道焊缝下游侧的位置，且扫查器轨道接头安装在管道圆周的2-3点位上；
步骤S6、根据环境温度采用耦合剂进行管道表面的检测耦合，扫查器进行管道焊缝检测生成扫查图，根据多通道扫查图的A扫描、B扫描和TOFD扫描图谱分析评定焊缝质量。
本实施例中的A扫描即本技术领域中的脉冲反射超声波扫描；B扫描指的是和声束传播方向平行且与工件测量表面垂直的面的超声波扫描；TOFD扫描指的是衍射时差超声波扫描。
下面详细说明一下该钢管激光电弧复合焊接环焊缝全自动超声波检测方法，其具体包括：
（一）测量钢管超声波声速
检测施工前，采用钢管材料设计和加工制作超声波声速测定试块，选择一个全自动超声波检测系统的脉冲发射/接收通道，连接5MHz横波声速探头，根据脉冲反射原理应用横波声速探头和超声波声速测定试块测量计算钢管中0°、70°和90°等角度的低温超声波声速值，拟合成低温超声波声速曲线，根据测量拟合曲线确定钢管的超声波声速值。
（二）检测施工准备
（1）画焊缝检测参考线
在焊接之前，检测人员在坡口两侧管端表面采用专用工具画一条平行于管端的检测参考线，参考线与坡口中心线的距离不宜小于40mm，工程上一般采用100mm，参考线位置误差应为±0.5mm。
（2）管道表面处理
1）扫查器探头移动区的宽度应按检测设备、坡口形式及被检焊接接头的厚度等确定，探头移动区的范围宜为焊缝两侧各不小于150mm。
2）扫查器探头移动区内的内外制管焊接接头应采用机械方法打磨至与母材齐平，打磨后余高应为0mm-0.5mm，且应与母材圆滑过渡。
3）检测前应清理扫查器探头移动区的防腐涂层、飞溅、锈蚀、油垢、冰雪及其它外部杂质。
（3）画焊缝参检测标识
每道焊缝应有检测标识，在平焊位置画检测起始标记和扫查方向标记。起始标记宜用“0”表示，扫查方向标记宜用箭头表示，并宜沿介质流动方向顺时针画定，所有标记应对扫查结果无影响。
（4）启动全自动超声波系统
启动检测系统的数据采集单元、马达驱动控制单元和工控机等主机单元。
（三）系统检测设置
（1）焊缝坡口定义
启动检测系统设置模式，根据检测的焊缝坡口形式进行焊缝定义，设置探头和楔块参数，再设置根部区、钝边区、热焊区、填充区、盖面区等检测区的检测角度、声速值、检测门长、晶片号、检测晶片数等检测工艺参数。
（2）基准灵敏度的设置
在对比试块上设置A扫描、B扫描和TOFD扫描通道的基准灵敏度。将A扫描、B扫描每个通道的参考反射体峰值信号调整到满屏高度的80%。将TOFD通道的直通波调整到满屏高的40%-90%。
（3）通道闸门及扫查灵敏度的设置
1）熔合区闸门应采用熔合区的反射体设置，闸门的起点应在坡口熔合线前至少5mm，闸门终点应超过焊接接头中心线至少2mm。
2）当管子壁厚大于或等于12mm时，体积通道的灵敏度应在填充区(包括盖面区和热焊区)的焊缝中心线上设置附加反射体调节，并应设置闸门。闸门的起点应在探头侧坡口熔合线前至少1mm，闸门终点至少应覆盖探头对面坡口熔合线。扫查灵敏度应在附加反射体基准灵敏度的基础上提高8dB～14dB，但不得影响准确评定。
3）根焊区闸门设置应用根焊区反射体，闸门的起点应在坡口前至少5mm，闸门终点应覆盖根焊区。扫查灵敏度应在直径为1.5mm～2mm平底孔回波信号80%满屏高的基础上提高4dB～14dB，但不得影响准确评定。
4）TOFD闸门应在对比试块上完好部位设置。闸门的起点应设在直通波前，闸门的终点应滞后底面反射波，闸门的长度应大于被检工件的壁厚。
（4）动态调试
1）系统参数选定后，在对比试块上进行总体扫查时应使用与现场检测相同的扫查速度。
2）每个反射体的峰值信号应达到满屏高的80%。TOFD的直通波幅度应为满屏高的40%-90%。扫查过程中对比试块上主反射体的波幅达到满屏高度80%时，其两侧临近反射体的显示波幅比主反射体显示波幅低6dB～24dB。
3）在对比试块上进行总体扫查，耦合监视通道应保证在耦合状态良好时，扫查记录上不应有耦合不良显示，否则应重新调试。
4）记录反射体间的编码位置相对于实际圆周位置的误差应为±2mm。
（四）检测灵敏度周向校准
（1）校验前应采用对比试块对检测系统进行设置和基准扫查，并记录所有A扫描通道参考反射体的回波幅度值。
（2）将对比试块中心分别放置在12点、3点、6点和9点等点位，进行管道焊缝的周向校准设置。
（3）将各点位扫查结果中所有A扫描通道的回波幅度值与基准扫查的结果进行比较，所有A扫描通道的波幅变化应小于等于±2dB。
在每班检测前、检测工作结束后和检测过程中每1h或扫查完5道焊缝，应利用对比试块对系统检测灵敏度进行校准，A扫描通道的每个主反射体的波幅应为满屏高度的70%～99%，其两侧临近反射体的波幅应比主反射体波幅低6dB～24dB，体积通道应以峰值信号达到满屏高的100%为合格，TOFD通道的直通波波幅达到满屏高的40%～90%。
（五）安装扫查器轨道
检测人员应根据检测参考线在管道表面焊缝旁安装扫查器轨道，轨道位置距离焊缝中心200mm，轨道接头安装在管道焊缝的3点位置，这样有利于扫查器顺利通过轨道接头位置，减少扫查数据丢失，提高扫查质量，轨道安装位置误差应控制在±1mm。
（六）安装扫查器
检测人员应将扫查器安装在轨道正上方的12点位置。
（七）检测耦合
打开系统水泵给管道表面施加耦合剂，对管道表面的超声波探头移动区进行充分耦合。
（八）扫查管道焊缝
扫查器的扫查速度设置为40-60mm/s，管道表面充分耦合后启动扫查器进行焊缝扫查。
（九）评定焊缝质量
在检测系统的数据分析模式下，根据焊缝扫查图的A扫描、B扫描、TOFD扫描的多通道扫查图谱综合分析评定焊缝质量。
本检测方法具有的创新点和优点包括：
（1）实现了大口径钢质管道激光诱导电弧复合焊接环焊缝的高质量检测。
（2）实现了自动化流水检测施工，大幅度提高了检测效率，降低检测作业强度和施工成本。
（3）超声波声速多角度测量拟合技术，提高了低温工况下全自动超声波检测工艺参数的准确性。
（4）检测灵敏度周向校准工艺技术，实现了检测系统在管道周向检测灵敏度的一致性，提高了全自动超声波检测灵敏度。
（5）多通道综合评价技术，提高了焊缝的检测评定质量和效率。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (10)
1.一种钢管激光电弧复合焊接环焊缝全自动超声波检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、通过超声波声速多角度测量技术测定钢管中的超声波横波声速；
步骤S2、检测施工准备；
步骤S3、根据相控阵超声波多通道、声聚焦、分区扫查原理进行检测工艺参数设置；
步骤S4、校准检测系统在管道焊缝预设的多个点位的周向检测灵敏度；
步骤S5、根据检测参考线安装检测系统扫查器的行走轨道，轨道接头和扫查器分别安装在管道焊缝下游侧的位置，且扫查器轨道接头安装在管道圆周的2-3点位上；
步骤S6、根据环境温度采用耦合剂进行管道表面的检测耦合，扫查器进行管道焊缝检测生成扫查图，根据多通道扫查图的A扫描、B扫描和TOFD扫描图谱分析评定焊缝质量。
2.如权利要求1所述的钢管激光电弧复合焊接环焊缝全自动超声波检测方法，其特征在于，步骤S1具体包括：
采用钢管材料制作超声波声速测定试块，选择脉冲发射/接收通道，连接横波声速探头，根据脉冲反射原理应用横波声速探头和超声波声速测定试块测量计算钢管中多个角度值的低温超声波声速值，拟合成低温超声波声速曲线，根据测量拟合曲线确定钢管的超声波声速值。
3.如权利要求1所述的钢管激光电弧复合焊接环焊缝全自动超声波检测方法，其特征在于，步骤S2具体包括：
步骤S21、坡口两侧管端表面设置一条平行于管端的检测参考线，参考线与坡口中心线的距离不小于40mm；
步骤S22、对管道表面进行预处理；
步骤S23、每道焊缝标注检测标识。
4.如权利要求1所述的钢管激光电弧复合焊接环焊缝全自动超声波检测方法，其特征在于，
所述多个角度值取值范围为大于等于0°小于等于90°。
5.如权利要求1所述的钢管激光电弧复合焊接环焊缝全自动超声波检测方法，其特征在于，步骤S3具体包括：
步骤S31、根据检测的焊缝坡口形式进行焊缝定义；
步骤S32、在对比试块上设置A扫描、B扫描和TOFD扫描通道的基准灵敏度；
步骤S33、通道闸门及扫查灵敏度的设置；
步骤S34、进行动态调试。
6.如权利要求5所述的钢管激光电弧复合焊接环焊缝全自动超声波检测方法，其特征在于，步骤S33具体包括：
熔合区闸门采用熔合区的反射体设置，闸门的起点应在坡口熔合线前至少5mm，闸门终点应超过焊接接头中心线至少2mm；
当管子壁厚大于或等于12mm时，体积通道的灵敏度在填充区焊缝中心线上设置附加反射体调节，并应设置闸门；闸门的起点应在探头侧坡口熔合线前至少1mm，闸门终点至少覆盖探头对面坡口熔合线；
扫查灵敏度在附加反射体基准灵敏度的基础上提高8dB～14dB；
根焊区闸门设置应用根焊区反射体，闸门的起点在坡口前至少5mm，闸门终点覆盖根焊区；
扫查灵敏度应在直径为1.5mm～2mm平底孔回波信号80%满屏高的基础上提高4dB～14dB；
TOFD闸门在对比试块上完好部位设置；闸门的起点设在直通波前，闸门的终点滞后底面反射波，闸门的长度应大于被检工件的壁厚。
7.如权利要求5所述的钢管激光电弧复合焊接环焊缝全自动超声波检测方法，其特征在于，步骤S34具体包括：
系统参数选定后，在对比试块上进行总体扫查时应使用与现场检测相同的扫查速度；
每个反射体的峰值信号为满屏高的80%；TOFD的直通波幅度为满屏高的40%-90%；扫查过程中对比试块上主反射体的波幅达到满屏高度80%时，其两侧临近反射体的显示波幅比主反射体显示波幅低6dB～24dB。
记录反射体间的编码位置相对于实际圆周位置的误差应为±2mm。
8.如权利要求1所述的钢管激光电弧复合焊接环焊缝全自动超声波检测方法，其特征在于，步骤S4具体包括：
步骤S41、记录所有A扫描通道参考反射体的回波幅度值；
步骤S42、将对比试块中心分别放置在12点、3点、6点和9点点位，进行管道焊缝的周向校准设置；
步骤S43、将各点位扫查结果中所有A扫描通道的回波幅度值与基准扫查的结果进行比较，所有A扫描通道的波幅变化应小于等于±2dB。
9.如权利要求1所述的钢管激光电弧复合焊接环焊缝全自动超声波检测方法，其特征在于，扫查器的扫查速度设置为40-60mm/s。
10.如权利要求1所述的钢管激光电弧复合焊接环焊缝全自动超声波检测方法，其特征在于，步骤S5中：
根据检测参考线在管道表面焊缝旁安装扫查器轨道，轨道位置距离焊缝中心200mm，轨道接头安装在管道焊缝的3点位置，轨道安装位置误差应控制在±1mm；扫查器安装在轨道正上方的12点位置。
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|---|---|---|---|---|
| CN118311147A (zh) * | 2024-06-07 | 2024-07-09 | 葫芦岛北检科技有限公司 | 一种用于非金属防腐层粘接的多探头超声成像检测方法 |
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| CN108956660A (zh) * | 2017-05-26 | 2018-12-07 | 中国石油天然气集团公司 | 一种管道环焊缝的可靠性测试方法 |
| JP2019060740A (ja) * | 2017-09-27 | 2019-04-18 | 地方独立行政法人大阪産業技術研究所 | 温度測定方法 |
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