CN207020131U - 薄壁管子环焊缝相控阵超声检测参考试块 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的是薄壁管子环焊缝相控阵超声检测参考试块。参考试块为上下底面为曲面的长方体；长方体的高度方向一侧设有一段圆弧，长方体高度方向具有曲率；长方体的下底面与圆弧之间设有一平面缺口；此外在参考试块上分布设有横通孔反射体。本实用新型的参考试块解决常规超声检测中对比试块的不足，具有以下优点：参考试块规格大，满足扇形扫描制作距离‑波幅曲线的要求；反射体间距大，避免制作距离‑波幅曲线时反射体之间的信号干扰；反射体深度多样，满足不同角度声束调试要求；能解决相控阵的角度增益补偿及楔块延迟补偿等要求；能测试盲区；能解决薄壁管子声束测试的问题。适宜作为薄壁管子环焊缝相控阵超声检测参考试块使用。

Description

薄壁管子环焊缝相控阵超声检测参考试块

技术领域

本实用新型涉及一种无损检测领域中使用的对比试块，具体说是薄壁管子环焊缝相控阵超声检测参考试块。

背景技术

相控阵超声检测技术是目前国内外无损检测技术发展的新方向，新动力、是最先进的检测技术之一。相控阵超声技术是利用电子方式控制相控阵超声探头的声束来实现超声波发射、接收的方法。相控阵超声探头有多个小晶片，即阵元，每个阵元被独立的激发，并施加不同的时间延迟，所有阵元发射的超声波形成一个整体波阵面，能够实现动态聚焦，并能有效地控制发射超声束的形状和方向。它为确定缺陷的形状、大小和方向提供出比单个或多个常规超声波探头系统更大的能力。相控阵超声检测技术具有成像功能，检测结果以图像形式显示，分为A扫描、B扫描、S扫描、E扫描及P扫描等，直观易懂，存储的数据具有动态回放功能，并且还能记录扫查位置。这些功能是常规超声检测技术难以做到的。

相控阵超声检测技术已经在我国开始应用，例如在西气东输管道工程检测管道环焊缝，在安徽六安、安庆火力发电厂及铜陵电厂等检测薄壁管子环焊缝，对汽轮机叶片根部和涡轮圆盘的检测、火车轮轴检测、核电站主泵隔热板的检测等等，有着巨大的应用空间，体现出相控阵超声检测的优越性。

在电站锅炉、石油天然气站场、炼油厂及船舶等行业的安装及检修中存在大量薄壁管子环焊缝，这正式相控阵超声检测施展独特技术的场地。相控阵超声检测独特技术主要体现在采用多种角度检测，即扇形扫描检测和动态聚焦。而美国ASTM E2491相控阵标准中没有提到曲面楔块（或曲面晶片）的延迟衰减补偿、楔块衰减补偿、角度增益补偿及电子扫描晶片增益补偿的调试方法。目前我国特检行业、电力行业及石油天然气行业等常规超声检测标准中采用的薄壁管子环焊缝检测的对比试块存在以下不足：

（1）对比试块规格小，设计不合理，不能满足相控阵扇形扫描移动空间；

（2）对比试块中人工反射体间距太近，易造成扇形扫描调试时反射体间干扰；

（3）对比试块人工反射体深度单一、数量少，不能完全满足不同角度的声束调试要求；

（4）不能做角度增益补偿调试、楔块衰减补偿及楔块延迟补偿的要求。

（5）不能做电子扫描单个晶片或聚焦法则的增益补偿；

（6）不能测试盲区。

这些不足的存在，严重阻碍了相控阵超声检测技术在薄壁管子环焊缝检测中的应用。

公开号CN201207045Y的专利：一种超声波探伤试块，适用于厚度为10mm-30mm的平面工件（或平板）的焊缝检测，对于在此厚度范围之外的工件或曲面径管的环焊缝无法检测。此外，该试块仅适用于常规超声波检测技术，在常规超声波检测调试过程中一次仅适用于一种角度的声束调试，不能同时调节多种角度声束，一次只能采用一种角度的声束进行检测，不能满足相控阵探头的多角度检测，以及曲面相控阵探头的楔块衰减补偿、延迟补偿和角度增益补偿。

实用新型内容

为了克服现有超声检测薄壁管子环焊缝检测存在的缺点，本实用新型提出了薄壁管子环焊缝相控阵超声检测参考试块。该参考试块通过相控阵超声检测技术，解决薄壁管子环焊缝超声检测的技术问题。

本实用新型解决技术问题所采用的方案是：

薄壁管子环焊缝相控阵超声检测参考试块，参考试块为上下底面（长度较长的底面设为上底面，较短的设为下底面）为曲面的长方体；长方体的高度方向一侧设有一段圆弧，长方体高度方向具有曲率；长方体的下底面与圆弧之间设有一平面缺口；此外在参考试块上分布设有横通孔反射体。

所述平面缺口与曲面相接处在上底面的投影为圆弧的圆心。

所述圆弧为（1/6～2/9）圆弧，随着长方体高度方向的曲率变化而变化，其圆弧半径（R）为50mm。

所述横通孔反射体（3）的数量为10～13个，在参考试块高度方向采用多组并列平行阶梯排列。

所述参考试块长度不大于500mm，宽度不大于25mm，高度不大于50mm，高度方向的曲率半径（r）为 16mm～80mm。

所述横通孔反射体的直径不大于3mm，深度在2mm～23mm之间，相邻水平间距不大于90mm；相邻垂直间距不小于21mm。

本实用新型产品参考试块适用于大于等于3.5mm、小于等于15mm，直径范围为32mm-160mm有曲率的管子环向焊缝的检测，不适用于平面工件（或平板）焊缝的检测；适用于曲面楔块探头的检测，不适用于平面楔块探头的检测。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型的参考试块通过（1/6～2/9）圆弧和曲面长方体（在高度方向具有曲率），曲面长方体中含横通孔人工反射体构成，解决常规超声检测中对比试块的不足，与常规超声中的对比试块相比具有以下优点：

（1）参考试块规格大，能满足扇形扫描制作距离-波幅曲线，即DAC曲线和TCG曲线的要求；

（2）横通孔反射体数量为10-13个，数量多、深度多样（常规超声波检测试块都是采用两组并列平行排列深度相同的反射体），能满足相控阵超声检测声束声场调试需要和制作距离-波幅曲线的需要，满足不同角度的声束调试要求；反射体间距大，避免制作距离-波幅曲线时反射体之间的干扰。

10-13个横通孔能满足小径管相控阵检测探头声场测试需要：小径管相控阵探头编号为7.5MHzS16-0.5×10W39，该相控阵探头具体参数是：楔块的角度为39度，频率为7.5MHz、晶片数（阵元数）n为16个晶片、相邻两阵元中心线间距p为0.5mm，阵元宽度e为0.4mm，相邻两阵元之间的间隙g为0.1mm，阵元的长度为10mm，晶片的曲率半径为35mm。

10-13个横通孔能满足管子厚度范围为3.5mm-15mm的焊缝采用相控阵超声检测时制作距离-波幅曲线（包括DAC曲线和TCG曲线）的需要。相控阵超声检测扇形扫描制作距离-波幅曲线（例如TCG曲线）时设置角度是一个范围，而不是某一个角度，因此制作的曲线是一系列角度的曲线，而不是像常规超声波检测的单一角度的曲线。

（3）平面缺口的长度范围为9mm-25mm，根据（1/6～2/9）圆弧的变化而变化，相控阵超声采用曲面晶片的相控阵探头进行电子扫描检测时，该平面缺口用于曲面晶片的相控阵探头采用电子扫描时单个晶片声束或聚焦法则声束增益补偿的调试；（1/6～2/9）圆弧正好符合扇形扫描角度补偿范围调节；

（4）能解决相控阵超声检测的角度增益补偿、楔块衰减补偿及楔块延迟补偿的要求；

（5）能解决电子扫描单个晶片或聚焦法则的增益补偿问题；

（6）能测试相控阵超声检测最小深度，即盲区的问题；

（7）能解决薄壁管子相控阵超声检测声束测试的问题；

（8）参考试块体积小、重量轻、携带方便，便于现场实际应用。

附图说明

图1是本实用新型的参考试块的形状结构示意主视图；

图2是本实用新型2/9圆弧的参考试块标识主视图；

图3是本实用新型1/6圆弧的参考试块标识主视图；

图4为本实用新型的参考试块俯视图；

图5为本实用新型的参考试块左视图。

图中，1.圆弧，2.平面缺口，3.横通孔反射体，D.横通孔反射体深度，G. 相邻横通孔反射体水平间距，h.相邻横通孔反射体垂直间距，d.横通孔反射体直径，R.圆弧半径，r.曲率半径，L.参考试块的长度，H.参考试块的高度，W.参考试块的宽度。

具体实施方式

据图1-5所示，参考试块为上下底面（长度较长的底面设为上底面，较短的设为下底面）为曲面的长方体；长方体的高度方向一侧设有一段圆弧1，长方体高度方向具有曲率；长方体的下底面与圆弧之间设有一平面缺口2，所述平面缺口2与曲面相接处在上底面的投影为圆弧的圆心；此外在参考试块上分布设有横通孔反射体3。

所述的横通孔反射体3数量为10～13个，在参考试块高度方向采用多组并列平行阶梯排列。

所述圆弧1为（1/6～2/9）圆弧，随着长方体高度方向的曲率变化而变化，其圆弧半径（R）为50mm。

所述的参考试块（1/6～2/9）圆弧是随着长方体高度方向的曲率变化而变化。

参考试块中曲面长方体和横通孔反射体要求如下：

（1）参考试块中的曲面长方体长度L不大于500mm，宽度W不大于25mm，高度H不大于50mm，曲率半径r为 16mm～80mm；

（2）参考试块一侧设有（1/6～2/9）圆弧，其圆弧半径为50mm(R50)；

（3）参考试块中的横通孔反射体直径d不大于3mm，横通孔深度D在2mm～23mm之间，相邻横通孔水平间距G不大于90mm；相邻横通孔垂直间距h不小于21mm。

实施例1：

实施例1是检测规格为Φ38mm×6.5mm的管子焊缝，焊缝坡口形式为V型，坡口角度为35°、钝边高度为0.5mm。采用的曲率半径为19mm的参考试块，调试角度增益补偿曲线（或楔块衰减补偿）和制作距离-波幅曲线的过程。

检测仪器为ISONIC2009相控阵超声检测仪器，相控阵探头参数：一维16晶片的小径管专用探头，频率为7.5MHz或10MHz、相邻两晶片中心线间距为0.5mm、晶片宽度或阵元宽度为0.4mm、相邻两晶片的间隙为0.1mm、晶片曲率半径为35mm、楔块角度为39°、楔块声速为2337m/s，楔块曲率半径为19mm，一次激发16晶片。

调试过程：

规格为Φ38mm×6.5mm的管子焊缝采用相控阵检测工艺设置分为三次波和二次波检测，应分别制作三次波和二次波的距离-波幅曲线（即DAC曲线），及对应的角度增益补偿曲线（或楔块衰减补偿）。现以二次波制作距离-波幅曲线和角度增益补偿曲线（或楔块衰减补偿）为例说明：

（1）制作距离-波幅曲线

第一步：选择制作距离-波幅曲线的角度，该角度选择为62°；

第二步：选择制作距离-波幅曲线的横通孔人工反射体（即横通孔直径为Ф2mm、横通孔的长度为25mm）的个数，即选择4个反射体，深度分别为5mm、9mm、12mm及14mm。

第三步：将探头放置于参考试块，采用62°角声束扫查5mm深的横通孔人工反射体，找到该反射体的最大波高，使其达到满屏高度的80%，此波高为基准波高，此时的增益值为基准灵敏度，该点记录为第一点；

第四步：保持基准灵敏度不变，依次扫查其它三个反射体，分别记录为第二点、第三点及第四点；

第五步：将记录的四个点连接起来，就是62°角声束的距离-波幅曲线。

（2）调试角度增益补偿曲线（或楔块衰减补偿）

第一步：设定理论检测工艺的扇形角度范围为52°～70°；

第二步：采用制作距离-波幅曲线角度，即62°的声束，将相控阵探头置于参考试块R50的圆心位置，找到该角度声束在13/72圆弧面上的最大回波，将其调整到满屏高度的80%，此波高为基准波高，此时的增益值为基准值0dB；

第三步：依次调试扇形角度范围内（即52°～70°）其他角度的声束在13/72圆弧面上的最大回波，将其调整到满屏高度的80%，将不同角度对应的增益值连接起来形成的曲线，就是角度增益补偿曲线。进而由62°角声束的距离-波幅曲线换算成52°～70°扇形角度范围内的不同角度的距离-波幅曲线。

本实用新型的特点：

（1）本实用新型的薄壁管子环焊缝相控阵超声检测参考试块是由（1/6～2/9）圆弧和曲面长方体、且长方体高度方向具有曲率，曲面长方体中含有横通孔人工反射体构成。（1/6～2/9）圆弧是随着长方体高度方向的曲率变化而变化；

（2）相控阵超声仪器与相控阵探头相连，将相控阵探头放置于参考试块的R50圆心位置，利用（1/6～2/9）圆弧面调试曲面相控阵探头的角度增益补偿或楔块衰减补偿或延迟衰减补偿；

（3）将相控阵探头置于参考试块高度方向的曲面上，采用不同位置的横通孔人工反射体制作距离-波幅曲线，即DAC曲线和TCG曲线，参考试块人工反射体深度不同、多样，适用于不同角度的声束制作距离-波幅曲线，且反射体之间不互相干扰；

（4）平面缺口用于曲面晶片的相控阵探头采用电子扫描时单个晶片声束或聚焦法则声束的增益补偿问题；

（5）能解决薄壁管子相控阵超声检测声束测试的问题；

（6）利用不同深度的横通孔能测试相控阵超声检测系统的最小检测深度和声束特性；

（7）本参考试块适用于管壁厚度大于等于3.5mm，小于等于15mm，管径大于等于32mm，小于等于160mm的薄壁管子环焊缝的检测；

此参考试块既具有调试角度增益补偿功能，又具有制作距离-波幅曲线的功能，同时也具有测试声束特性、楔块延时补偿、楔块衰减补偿、电子扫描晶片增益补偿及盲区测试等功能，将多功能融为一体，突破传统对比试块的设计思路，是一大创新亮点。

以上所述实施方式仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.薄壁管子环焊缝相控阵超声检测参考试块，其特征在于：参考试块为上下底面为曲面的长方体；长方体的高度方向一侧设有一段圆弧（1），长方体高度方向具有曲率；长方体的下底面与圆弧（1）之间设有一平面缺口（2）；此外在参考试块上分布设有横通孔反射体（3）。

2.根据权利要求1所述的薄壁管子环焊缝相控阵超声检测参考试块，其特征在于：所述圆弧（1）为1/6～2/9圆弧，随着长方体高度方向的曲率变化而变化，其圆弧半径为50mm。

3.根据权利要求1所述的薄壁管子环焊缝相控阵超声检测参考试块，其特征在于：所述横通孔反射体（3）的数量为10～13个，在参考试块高度方向采用多组并列平行阶梯排列。

4.根据权利要求1所述的薄壁管子环焊缝相控阵超声检测参考试块，其特征在于：所述参考试块长度不大于500mm，宽度不大于25mm，高度不大于50mm，高度方向的曲率半径为16mm～80mm。

5.根据权利要求3所述的薄壁管子环焊缝相控阵超声检测参考试块，其特征在于：所述横通孔反射体（3）的直径不大于3mm，深度在2mm～23mm之间，相邻水平间距不大于90mm；相邻垂直间距不小于21mm。