CN115112766A - 一种焊缝超声相控阵检验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及焊缝检测技术领域，特别是涉及一种焊缝超声相控阵检验方法，首先沿焊缝的厚度方向将焊缝分为从外至内依次布置的表层焊缝、中层焊缝和内层焊缝；然后采用单面双侧检测方式，利用相控阵检验仪激发爬波扫查表层焊缝、激发横波扫查中层焊缝、激发纵波扫查内层焊缝；之后将表层焊缝扫查数据图谱的其中一侧图谱水平翻转后与表层焊缝扫查数据图谱的另一侧图谱叠加；将中层焊缝扫查数据图谱的其中一侧图谱水平翻转后与中层焊缝扫查数据图谱的另一侧图谱叠加；将内层焊缝扫查数据图谱的其中一侧图谱水平翻转后与内层焊缝扫查数据图谱的另一侧图谱叠加；屏蔽干扰信号并增强缺陷信号，实现整个焊缝内部缺陷的精确检测。

Description

一种焊缝超声相控阵检验方法

技术领域

本发明涉及焊缝检测技术领域，特别是涉及一种焊缝超声相控阵检验方法。

背景技术

近年来，超临界火力发电机组大量投产，超临界机组由于其高参数、大容量，采用了大量的高等级新材料，如P92/F92、Super304、GH783、HR3C等。为保证使用性能要求，高温过热器出口集箱管接头是超临界火力发电机组所用到的关键部件，为保证使用要求高温过热器出口集箱管接头需要采用异种钢焊接的方式进行加工，高温过热器出口集箱管接头由马氏体钢管和奥氏体钢管焊接而成，所采用的焊材为ERNiCr－3镍基焊材。由于奥氏体钢属于粗晶钢，马氏体钢属于细晶钢，奥氏体钢和马氏体钢的化学成分、组织性能差异较大，在焊接过程中，焊缝内部容易出现未焊透、热裂纹等开口缺陷，而且开口缺陷可能出现在焊缝的各个位置。

目前，对于高温过热器出口集箱管接头焊缝缺陷的检测一般采用渗透检测，由于焊缝内部裂纹未扩展至外表面，渗透检测无法检出。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：目前，渗透检测无法检出异种钢焊缝内部缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种焊缝超声相控阵检验方法，用于检测奥氏体钢管与马氏体钢管之间的待测焊缝的开口缺陷，包括以下步骤：

步骤S1、沿所述待测焊缝的厚度方向将所述待测焊缝分为从外至内依次布置的表层焊缝、中层焊缝和内层焊缝；

步骤S2、采用单面双侧检测方式，利用相控阵检验仪分别扫查所述表层焊缝、所述中层焊缝和所述内层焊缝，分别得到表层焊缝扫查图谱、中层焊缝扫查图谱和内侧焊缝扫查图谱；扫查所述表层焊缝时采用爬波，扫查所述中层焊缝时采用横波，扫查所述内侧焊缝时采用纵波；

步骤S3、将所述表层焊缝扫查数据图谱的其中一侧图谱水平翻转后与所述表层焊缝扫查数据图谱的另一侧图谱叠加；将所述中层焊缝扫查数据图谱的其中一侧图谱水平翻转后与所述中层焊缝扫查数据图谱的另一侧图谱叠加；将所述内层焊缝扫查数据图谱的其中一侧图谱水平翻转后与所述内层焊缝扫查数据图谱的另一侧图谱叠加。

作为优选方案，所述步骤S2中，采用全直射波扇形扫查的方式检测所述表层焊缝、所述中层焊缝和所述内层焊缝。

作为优选方案，所述步骤S2中，采用第一楔块在所述待测焊缝的两侧对所述表层焊缝进行检测，所述第一楔块的角度大于等于27°且小于等于37°。

作为优选方案，所述步骤S2中，对所述中层焊缝进行扫查时，扇形扫描的角度大于等于40°且小于等于72°。

作为优选方案，所述步骤S2中，采用第三楔块在所述待测焊缝的两侧对所述内层焊缝进行检测，所述第三楔块的角度大于等于22.3°且小于等于27.1°。

作为优选方案，所述步骤S2中，利用相控阵激发横波扫查内层焊缝的底面开口缺陷。

作为优选方案，所述步骤S1之前还包括：

步骤S0、利用对比试块对超声相控阵检验系统进行灵敏度调校，所述对比试块包括奥氏体钢块和水平相对焊接在所述奥氏体钢块端部的马氏体钢块，所述奥氏体钢块和所述马氏体钢块之间的焊缝形成校验焊缝，所述校验焊缝的结构与所述待检测焊缝的结构相同；

所述奥氏体钢块的焊接端设有第一焊接坡口，所述第一焊接坡口的端面处设有第一缺口、第二缺口和第三缺口，所述第一缺口位于所述表层焊缝中；所述第二缺口位于所述中层焊缝中；所述第三缺口位于所述内层焊缝中；

所述马氏体钢块的焊接端设有第二焊接坡口，所述第二焊接坡口的端面处设有第四缺口、第五缺口和第六缺口，所述第四缺口位于所述表层焊缝中，所述第五缺口位于所述中层焊缝中，所述第六缺口位于所述内层焊缝中。

作为优选方案，所述第一缺口、所述第二缺口和第三缺口从后至前依次间隔布置；所述第四缺口、所述第五缺口和所述第六缺口从后至前依次间隔布置。

作为优选方案，所述校验焊缝的中部设有从上至下依次间隔布置的第一模拟孔、第二模拟孔和第三模拟孔；所述第一模拟孔、所述第二模拟孔和所述第三模拟孔均沿前后方向延伸；所述第一模拟孔位于所述表层焊缝中；所述第二模拟孔位于所述中层焊缝中，所述第三模拟孔位于所述内层焊缝中。

作为优选方案，所述校验焊缝的上端设有开口朝上的第一凹槽，所述校验焊缝的下端设有开口朝下的第二凹槽。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明的焊缝超声相控阵检验方法，首先沿待测焊缝的厚度方向将待测焊缝分为从外至内依次布置的表层焊缝、中层焊缝和内层焊缝；然后采用单面双侧检测方式，利用相控阵检验仪激发爬波扫查表层焊缝，得到表层焊缝扫查数据图谱、利用相控阵激发横波扫查中层焊缝，得到中层焊缝扫查数据图谱、利用相控阵激发纵波扫查内层焊缝，得到内层焊缝扫查数据图谱；之后将表层焊缝扫查数据图谱的其中一侧图谱水平翻转后与表层焊缝扫查数据图谱的另一侧图谱叠加；将中层焊缝扫查数据图谱的其中一侧图谱水平翻转后与中层焊缝扫查数据图谱的另一侧图谱叠加；将内层焊缝扫查数据图谱的其中一侧图谱水平翻转后与内层焊缝扫查数据图谱的另一侧图谱叠加；使各个分层的图谱合成增强，进而使得干扰信号受到屏蔽且使得缺陷信号得到增强，从而实现整个焊缝内部开口缺陷的精确检测。

附图说明

图1为对待测焊缝进行超声相控阵检测得结构示意图；

图2为对比试块的主视图；

图3为对比试块的俯视图；

图4为对比试块的侧视图；

图中，1、奥氏体钢管；2、马氏体钢管；3、待测焊缝；4、对比试块；41、奥氏体钢块；411、第一缺口；412、第二缺口；413、第三缺口；42、马氏体钢块；421、第四缺口；422、第五缺口；423、第六缺口；43、校验焊缝；431、第一模拟孔；432、第二模拟孔；433、第三模拟孔；434、第一凹槽；435、第二凹槽；5、超声相控阵检验仪。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”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。应当理解的是，本发明中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。

本发明焊缝超声相控阵检验方法用于检测奥氏体钢管1与马氏体钢管2之间的待测焊缝的开口缺陷3，焊缝超声相控阵检验方法的优选实施例，包括以下步骤：

步骤S1、沿待测焊缝3的厚度方向将待测焊缝焊缝3分为从外至内依次布置的表层焊缝、中层焊缝和内层焊缝；

步骤S2、采用单面双侧检测方式，利用相控阵检验仪5分别扫查表层焊缝、中层焊缝和内层焊缝，分别得到表层焊缝扫查图谱、中层焊缝扫查图谱和内侧焊缝扫查图谱；扫查表层焊缝时采用爬波，扫查中层焊缝时采用横波，扫查内侧焊缝时采用纵波；

具体的，采用单面双侧检测方式，利用相控阵检验仪5激发爬波扫查表层焊缝，得到表层焊缝扫查数据图谱；采用单面双侧检测方式，利用相控阵检验仪5激发横波扫查中层焊缝，得到中层焊缝扫查数据图谱；采用单面双侧检测方式，利用相控阵检验仪5激发纵波扫查内层焊缝，得到内层焊缝扫查数据图谱；

步骤S3、将表层焊缝扫查数据图谱的其中一侧图谱水平翻转后与表层焊缝扫查数据图谱的另一侧图谱叠加；将中层焊缝扫查数据图谱的其中一侧图谱水平翻转后与中层焊缝扫查数据图谱的另一侧图谱叠加；将内层焊缝扫查数据图谱的其中一侧图谱水平翻转后与内层焊缝扫查数据图谱的另一侧图谱叠加。使缺陷图谱合成增强，实现干扰信号的屏蔽以及缺陷信号的增强，实现对整个待测焊缝内部的开口缺陷的检测。

其中，单面双侧扫查的具体方式采用JB/T4730.3－2005中的规定进行，采用单面双侧全直射波扫查待测焊缝3能够减少散射回波。表层焊缝、中层焊缝和内层焊缝的扫查方向均沿待测焊缝3的熔合线周圈进行。超声爬波是折射角为90°的压缩纵波，此时纵波入射角称为第一临界角α，对于有机玻璃/钢界面，α＝27.6°，对有机玻璃/奥氏体钢界面，α＝30.4°。相对于超声表面波，爬波对表面粗糙度不敏感，适用于奥氏体钢粗晶焊缝的表面和近表面缺陷的检测，爬波的大部分波束经开口缺陷反射后沿原路径返回，因此可以获得待测焊缝3的表面近表面裂纹回波。

步骤S2中，检测表层焊缝时，将第一楔块依次放置在待测焊缝3的两侧对表层焊缝进行检测。具体的，第一楔块为有机玻璃斜楔块，常规超声波爬波检测需要在待测焊缝3靠近马氏体钢管2的一侧选用27.6°的有机玻璃斜楔块，在待测焊缝3靠近奥氏体钢管1的一侧选用30.4°的有机玻璃斜楔块，而不同斜楔块的加工参数的差异不利于后续步骤S3中对检测图谱的叠加处理，导致检测图谱处理效果差；采用相控阵扇形扫查技术时，相控阵超声和楔块组合后有效的扇扫描角度一般为折射角度±20°，利用相控阵多角度的扇形扫描技术可优化爬波检测角度，不必只以固定的角度入射，可以选用同一角度机玻璃斜楔块在马氏体钢侧和奥氏体钢侧均能够实现超声爬波检测。因此采用超声相控阵技术激发爬波改变了传统爬波检测波束时需要采用两块有机玻璃楔块的的问题。优选的，本实施例中，第一楔块的角度大于等于27°且小于等于37°。本实施例中，奥氏体钢管1和马氏体钢管2之间的焊材为ERNiCr－3镍基焊材，ERNiCr－3镍基焊材属于粗晶钢，为减少晶粒散射并兼顾检测灵敏度，对表层焊缝进行检测时，超声探头检测频率选用2Mhz至3Mhz。为减少第一楔块与奥氏体钢管1或马氏体钢管2的接触面的界面干扰信号以及粗晶材料散射影响，检测表层焊缝时，超声探头采用双晶线阵或面阵相控阵探头；检测表层焊缝所针对的主要缺陷具体为位于表层焊缝中的裂纹、未熔合、气孔和夹渣。

步骤S2中，检测中层焊缝时，采用第二楔块在待测焊缝的两侧分别对内层焊缝进行检测，第二楔块的角度大于等于42°至52°，优选的第二楔块的角度为47°，选用角度为47°的有机玻璃斜楔块，纵波声速2730mm/s，对应横波在钢中的折射角为60°，对应扇形扫描角度范围为40°至80°；优选的，本实施例中对中层焊缝进行检测时扇形扫描角度范围为40°至72°，从而避免了偏转角过大、声束变形过大、声程过长和主声束能量减小，所导致的检测灵敏度下降。本实施例中，对内层焊缝底部的开口缺陷利用端角反射回波可以达到较好的检测效果。由于纵波入射时，纵波会在底面端角的两次反射中分离出一定的的横波，导致纵波能量被分散，进而导致纵波在全角度范围内位于内层焊缝底面处的反射率降低；而横波在内层焊缝底面端角处的反射在一定角度范围内可100％全反射；因此本实施例中，用横波扇形扫查检测内层焊缝底面开口缺陷。横波底面端角反射率100％的角度范围为35～55°，在扇形扫描角度40～72°范围之内，因此将扇形扫描角度设置为40～72°，能够满足内层焊缝底面开口缺陷的检测要求。检测中层焊缝缺陷时，采用单面双侧扫查，超声横波可以在不穿过待测焊缝的情况下检出本侧中部区域坡口未熔及底面开口裂纹等缺陷，降低了待测焊缝中部柱状粗晶组织的影响，提高了中层焊缝的缺陷检出率。其中，本侧中部区域是指超声探头所在的焊缝侧，采用一维线阵自聚焦相控阵探头激发横波扇形扫查检测，自聚焦相控阵超声探头晶片曲率半径根据被检金属管的曲率选择。超声探头检测频率优选2MHz。第二楔块的曲率半径大于等于被检金属管的曲率半径，且第二楔块的内侧面与被检金属管的外侧面之间的间隙最大值小于0.5mm，以减少检测过程中耦合间隙波动和第二楔块倾斜引起的定量误差。

步骤S2中，检测内层焊缝时，采用相控阵检验仪5激发纵波扇形扫查检测内层焊缝未熔合、未焊透、气孔夹渣缺陷；优选的，采用相控阵检验仪5激发纵波扇形扫查检测内层焊缝时兼顾检测中层焊缝的开口缺陷。采用纵波检测，能有效地提高检测信噪比，检出内层焊缝内部缺陷；但纵波会受到变形波影响，带来定位定性困难，因此采用直射波检测。纵波检测待测焊缝3存在两个缺点：一、由于纵波角度偏置有限、且采用直射波，纵波检测时表层焊缝和中层焊缝存在盲区；二、纵波在底面端角的两次反射中分离出较强的横波，纵波检测时底面端角反射率很低，对底面开口缺陷灵敏度角度较低。而上述两个缺点可以通过上述爬波扇形扫查、横波扇形扫查来弥补。即表层焊缝盲区由相控阵超声爬波扫查检测补充；内层焊缝底面未焊透、裂纹等开口缺陷由横波扇形扫查检测补充。内层焊缝检测时，采用双晶线或面阵相控阵探头，探头检测频率选用2MHz。本实施例中，步骤S2中，采用第三楔块在焊缝的两侧对内层焊缝进行检测，第二楔块的角度大于等于22.3°且小于等于27.1°，对应在钢中的折射纵波角范围为55°～80°，优选折射角为60°，对应扇扫描角度范围为40°～80°。因为纵波穿透能力强，衰减也相对较小，有利于减少内层焊缝检测盲区。

本实施例中，采用全直射波扇形扫查方式检测表层焊缝、中层焊缝和内层焊缝。在步骤S1之前还包括：

步骤S0、利用对比试块4对超声相控阵检验系统进行灵敏度调校，对比试块4包括奥氏体钢块41和水平相对焊接在奥氏体钢块41端部的马氏体钢块42，奥氏体钢块41和马氏体钢块42之间的焊缝形成校验焊缝43，校验焊缝43的结构与待检测焊缝3的结构相同；

奥氏体钢块41的焊接端设有第一焊接坡口，第一焊接坡口的端面处设有第一缺口411、第二缺口412和第三缺口413，第一缺口411位于表层焊缝中；第二缺口412位于中层焊缝中；第三缺口413位于内层焊缝中；

马氏体钢块42的焊接端设有第二焊接坡口，第二焊接坡口的端面处设有第四缺口421、第五缺口422和第六缺口423，第四缺口421位于表层焊缝中，第五缺口422位于中层焊缝中，第六缺口423位于内层焊缝中。

其中，第一缺口411、第二缺口412和第三缺口412从后至前依次间隔布置；第四缺口421、第五缺口422和第六缺口423从后至前依次间隔布置；校验焊缝43的中部设有从上至下依次间隔布置的第一模拟孔431、第二模拟孔432和第三模拟孔433；第一模拟孔431、第二模拟孔432和第三模拟孔433均沿前后方向延伸；第一模拟孔431位于表层焊缝中；第二模拟孔432位于中层焊缝中，第三模拟孔433位于内层焊缝中；校验焊缝43的上端设有开口朝上的第一凹槽434，校验焊缝43的下端设有开口朝下的第二凹槽435。

具体的，相控阵激发横或纵波扇形扫查检测灵敏度的角度增益修正和时间增益修正在对比试块4上完成。以角度增益修正和时间增益修正方式进行灵敏度设置。按所用的相控阵检验仪和相控阵探头在对比试块上进行灵敏度设置，校准所使用的参考反射体为第一模拟孔431、第二模拟孔432和第三模拟孔433，第一模拟孔431、第二模拟孔432和第三模拟孔433均为直径为2mm的长横孔。如图2至图4所示，对比试块4的宽度L至少40mm，第一模拟孔431、第二模拟孔432和第三模拟孔433均设置在校验焊缝43位于第一焊接坡口和第二焊接坡口的对称中心处，奥氏体钢块41和马氏体钢块43的高度为T，第一模拟孔431的中心位于T/4位置处，且第一模拟孔431位于表层焊缝中；第二模拟孔432的中心位于T/2位置处，且第二模拟孔432位于中层焊缝中；第三模拟孔433的中心位于3/4T位置处，且第三模拟孔433位于内层焊缝中；第一缺口411、第二缺口412和第三缺口413均为孔体，第一缺口411的轴线、第二缺口412的轴线和第三缺口413的轴线均与第一焊接坡口的端面垂直；第四缺口421、第五缺口422和第六缺口423均为孔体，第四缺口421的轴线、第五缺口422的轴线和第六缺口423的轴线均与第二焊接坡口的端面垂直。

采用对比试块4校验表层焊缝检测参数时，主要检测第一凹槽434、第一模拟孔431、第一缺口411和第四缺口421；采用对比试块4校验中层焊缝检测参数时，主要检测第二模拟孔432、第二缺口412、第五缺口422，辅助检测第二凹槽435、第三模拟孔433、第三缺口413和第六缺口423；采用对比试块4校验内层焊缝检测参数时，主要检测第三模拟孔433、第三缺口413、第六缺口423，辅助检测第二模拟孔432、第二缺口412和第五缺口422。在调校的灵敏度下，辅助检测对象人工反射体的信号幅值与噪声信号幅值之比至为2倍以上，即信噪比2：1以上；主要检测对象人工反射体的信号幅值与噪声信号的信号幅值之比至为4倍以上，即信噪比4：1以上。相控阵超声爬波检测灵敏度校准时，利用第一凹槽进行，具体的，第一凹槽的尺寸为1mm×1mm，检测灵敏度至少为第一凹槽的80％反射波波幅增益10dB。

本实施例中，检测前需要选择合适的超声相控阵检验仪5及匹配的信号线，搭建焊缝超声相控阵检验系统。超声相控阵检验仪5至少应具有32通道超声波发射、接收、放大、数据自动采集、记录、显示和分析功能。

本实施例中，步骤S3中对扫查图谱的处理是至关重要的，这是因为，受异种钢焊缝各项异性的影响，在焊缝粗晶组织和细晶母材熔合线处会存在固有回波；缺陷存在方向性，在异种钢焊缝两侧扫查会得到不同幅值。而超声相控阵检验系统可以实现检测数据的图谱化，并能够对生成的图谱进行后期处理，通过图谱翻转、叠加增强、差分平均处理等图像处理技术对固有回波图像进行祛除、屏蔽，对缺陷回波图像进行增强。需要说明的是，相控阵单面双侧扫查的起始点一致，为两侧图谱叠加增强处理提供先决条件，具体的，检测前应在待测焊缝3的扫查面上予以标记，标记内容至少包括扫查起始点和扫查方向。待测焊缝3两侧扫查时，扫查的起始点、终止点、探头偏置间距、扫查方向均保持一致，由此各得出待测焊缝3两侧扫查生成的图谱，通过对各扫查模式得到的待测焊缝3两侧扫查数据图谱，将其中一侧图谱进行水平翻转后与另一侧图谱叠加处理。由于异质界面固有回波只在焊缝与钢侧熔合线处出现，且在焊缝与细晶钢侧更显著，提取其一段为特征信号，并在整个熔合线上进行差分处理以祛除、屏蔽异质界面固有回波信号。由于待测焊缝中心粗大柱状晶组织、缺陷自身角度等，单面双侧扫查同一位置缺陷回波波幅不同，将两侧叠加处理后的缺陷图谱进行处理，实现缺陷图谱的合成增强，提高缺陷图谱对比度，以此提高缺陷的检出率和检验灵敏度。

本实施例中，纵波入射普通钢/奥氏体钢楔块选用角度采用以下方式进行计算和选用：根据斯涅耳定理，当α处于第一临界角α1与第二临界角α2之间时，纵波探头在钢中只存在折射横波。为满足上述要求，纵波直探头专用试块的有机玻璃倾斜角度α范围为：第一临界角α1：

Sinα1/CL1＝SinβL2/CL2＝sinβS2/CS；

令βL2＝90°；

Sinα1/2730＝1/5900；

α1＝27.6°，此时纵波探头在钢近表面产生爬波；

对于奥氏体钢，Sinα＇1/2730＝1/5400；

α＇1＝30.4°，此时纵波探头在奥氏体钢近表面产生爬波；

第二临界角α2：

Sinα2/CL1＝SinβS2/CS2；

令βS2＝90°；

Sinα2/2730＝1/3230；

α2＝57.7°，此时纵波探头在钢近表面产生表面波；

Sinα＇2/2730＝1/3100；

α＇2＝61.7°，此时纵波探头在奥氏体钢近表面产生表面波；

令βS2＝60°；

Sinα1/2730＝sin60°/3230；

α1＝47°；

令βL2＝55°；

Sinα1/2730＝sin55°/5900；

α1＝22.3°；

令βL2＝80°；

Sinα1/2730＝sin80°/5900；

α1＝27.1°；

其中，α，有机玻璃倾斜角；α1：纵波探头第一临界角；α2：纵波探头第二临界角；β：钢中折射角；βL：钢中纵波折射角；βS：钢中横波折射角；CL1，有机玻璃的纵波声速，2730m/s；CS1，有机玻璃的横波声速，1460m/s；CL2：钢的纵波声速，m/s；CS2，钢的横波声速，m/s。对于普通钢，有机玻璃倾斜角α＜27.6°时，纵波探头在钢中折射的既有纵波，又有横波；有机玻璃倾斜角α＝27.6°，此时纵波探头在钢近表面产生爬波；有机玻璃倾斜角α在27.6°～57.7°之间时，纵波探头在钢中折射的只有纯横波。对于奥氏体钢，有机玻璃倾斜角α＜30.4°时，纵波探头在奥氏体钢中折射的既有纵波，又有横波；有机玻璃倾斜角α＝30.4°，此时纵波探头在奥氏体钢近表面产生爬波；有机玻璃倾斜角α在30.4°～61.7°之间时，纵波探头在奥氏体钢中折射的只有纯横波。

综上，本发明的焊缝超声相控阵检验方法，利用相控阵检测系统及开发的专用对比试块，针对待测焊缝的不同位置、不同性质缺陷，采用单面双侧全直射波多模式最优化参数扫查检测技术厚度分层检测，并对多模式双侧扫查得到的图谱进行叠加增强处理，祛除、屏蔽异质界面固有回波图谱信号，合成增强缺陷图谱信号，解决了常规超声波检测奥氏体粗晶钢焊缝存在的声速偏差较大、缺陷定位困难、超声衰减严重、散射回波干扰大、存在异质界面固有回波、信噪比低等难题。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种焊缝超声相控阵检验方法，用于检测奥氏体钢管(1)与马氏体钢管(2)之间的待测焊缝(3)的开口缺陷，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、沿所述待测焊缝(3)的厚度方向将所述待测焊缝(3)分为从外至内依次布置的表层焊缝、中层焊缝和内层焊缝；

步骤S2、采用单面双侧检测方式，利用相控阵检验仪(5)分别扫查所述表层焊缝、所述中层焊缝和所述内层焊缝，分别得到表层焊缝扫查图谱、中层焊缝扫查图谱和内侧焊缝扫查图谱；扫查所述表层焊缝时采用爬波，扫查所述中层焊缝时采用横波，扫查所述内侧焊缝时采用纵波；

步骤S3、将所述表层焊缝扫查数据图谱的其中一侧图谱水平翻转后与所述表层焊缝扫查数据图谱的另一侧图谱叠加；将所述中层焊缝扫查数据图谱的其中一侧图谱水平翻转后与所述中层焊缝扫查数据图谱的另一侧图谱叠加；将所述内层焊缝扫查数据图谱的其中一侧图谱水平翻转后与所述内层焊缝扫查数据图谱的另一侧图谱叠加。

2.根据权利要求1所述的焊缝超声相控阵检验方法，其特征在于，所述步骤S2中，采用全直射波扇形扫查的方式检测所述表层焊缝、所述中层焊缝和所述内层焊缝。

3.根据权利要求2所述的焊缝超声相控阵检验方法，其特征在于，所述步骤S2中，采用第一楔块在所述待测焊缝的两侧对所述表层焊缝进行检测，所述第一楔块的角度大于等于27°且小于等于37°。

4.根据权利要求2所述的焊缝超声相控阵检验方法，其特征在于，所述步骤S2中，对所述中层焊缝进行扫查时，扇形扫描的角度大于等于40°且小于等于72°。

5.根据权利要求2所述的焊缝超声相控阵检验方法，其特征在于，所述步骤S2中，采用第三楔块在所述待测焊缝的两侧对所述内层焊缝进行检测，所述第三楔块的角度大于等于22.3°且小于等于27.1°。

6.根据权利要求1所述的焊缝超声相控阵检验方法，其特征在于，所述步骤S2中，利用相控阵激发横波扫查内层焊缝的底面开口缺陷。

7.根据权利要求1所述的焊缝超声相控阵检验方法，其特征在于，所述步骤S1之前还包括：

步骤S0、利用对比试块(4)对超声相控阵检验系统进行灵敏度调校，所述对比试块(4)包括奥氏体钢块(41)和水平相对焊接在所述奥氏体钢块(41)端部的马氏体钢块(42)，所述奥氏体钢块(41)和所述马氏体钢块(42)之间的焊缝形成校验焊缝(43)，所述校验焊缝(43)的结构与所述待检测焊缝(3)的结构相同；

所述奥氏体钢块(41)的焊接端设有第一焊接坡口，所述第一焊接坡口的端面处设有第一缺口(411)、第二缺口(412)和第三缺口(413)，所述第一缺口(411)位于所述表层焊缝中；所述第二缺口(412)位于所述中层焊缝中；所述第三缺口(413)位于所述内层焊缝中；

所述马氏体钢块(42)的焊接端设有第二焊接坡口，所述第二焊接坡口的端面处设有第四缺口(421)、第五缺口(422)和第六缺口(423)，所述第四缺口(421)位于所述表层焊缝中，所述第五缺口(422)位于所述中层焊缝中，所述第六缺口(423)位于所述内层焊缝中。

8.根据权利要求5所述的焊缝超声相控阵检验方法，其特征在于，所述第一缺口(411)、所述第二缺口(412)和第三缺口(413)从后至前依次间隔布置；所述第四缺口(421)、所述第五缺口(422)和所述第六缺口(423)从后至前依次间隔布置。

9.根据权利要求5所述的焊缝超声相控阵检验方法，其特征在于，

所述校验焊缝(43)的中部设有从上至下依次间隔布置的第一模拟孔(431)、第二模拟孔(432)和第三模拟孔(433)；所述第一模拟孔(431)、所述第二模拟孔(432)和所述第三模拟孔(433)均沿前后方向延伸；所述第一模拟孔(431)位于所述表层焊缝中；所述第二模拟孔(432)位于所述中层焊缝中，所述第三模拟孔(433)位于所述内层焊缝中。

10.根据权利要求5所述的焊缝超声相控阵检验方法，其特征在于，所述校验焊缝(43)的上端设有开口朝上的第一凹槽(434)，所述校验焊缝(43)的下端设有开口朝下的第二凹槽(435)。

Images