WO2020048373A1 - 一种基于相控阵超声探伤仪的中大径薄壁管无损检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于相控阵超声探伤仪的中大径薄壁管无损检测方法，包括：根据被检工件规格及厚度选择相应楔块及探头，将楔块固定于探头前端，探头与编码器相连；根据所采用的扫描类型确定聚焦法则，明确所涉及到的探头参数和聚焦法则参数；根据聚焦法则参数，用检测设备中的模拟软件进行演示，调整探头前端距焊缝边缘的距离，使选用的检测声束覆盖全部检测区域，同时确定参考线的位置；根据聚焦法则中设置的探头距焊缝距离，用直尺进行测量，将磁条固定于测量位置，接编码器探头沿磁条边缘行走，进行焊缝检测；保存检测数据，对检测数据进行分析和处理，得出检测结果，并标注出不合格焊缝的缺陷位置和缺陷类型。

Description

一种基于相控阵超声探伤仪的中大径薄壁管无损检测方法 技术领域

本发明涉及薄壁管检测技术领域，具体涉及一种基于相控阵超声探伤仪的中大径薄壁管无损检测方法。

背景技术

目前，电站承压管道焊接接头的检测主要以射线、常规A型超声波两种检测方法为主。射线检测按照标准要求对外径大于89mm的管道需采用分段透照的方法，多次透照、耗时较长、效率低；DL/T820-2002超声检测规程中，可按照标准检测中厚壁管(外径≥108mm，14mm≤壁厚≤小于等于160mm)，中小径薄壁管(32mm≤外径≤159mm，4mm≤壁厚≤14mm)，对管径大于159mm、壁厚小于14mm和外径小于108mm、壁厚大于14mm的管道无法执行此标准；此外按照标准要求中厚壁管焊接接头厚度不大于20mm的汽水管道采用常规超声波检测时，还应进行射线抽检，抽检比例为常规超声波检测焊口数量的20％。采用射线检测时因现场环境因素影响，部分焊口存在位置特殊、检测难度大等问题，同时因管径规格较大，射线检测时需要更长的曝光时间，检测效率较低，且拍摄受射线检测本身特性影响，底片效果较差。

因此，目前来说，常规射线和超声无损检测方法，均存在一些局限性：

常规射线检测存在电离辐射，对人体有一定的伤害，无法与施工同步作业。放射源的采购、备案程序复杂，储存、使用管理都存在较高的安全风险。此外射线对焦距有一定要求，如焦距太短，则底片清晰度会很差，现场检测部分焊口受条件限制，无法满足要求，造成无法射线检测，且射线检测无法对缺陷进 行深度定位。

常规超声波检测时结果显示不直观，无法形成可追溯性记录。检测结果受检测人员的技术操作水平、现场工况影响。大中径薄壁管部分规格不符合电力标准要求。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明设计了一种基于相控阵超声探伤仪的中大径薄壁管无损检测方法，通过相控阵同步显示A、B、S、C、D、P和3D扫描数据，使检测效果更直观，可以解决采用常规无损检测方法检测中大径薄壁管存在的部分技术及工艺难题，且相控阵超声检测仪器更先进，检测过程无辐射，检测结果更稳定、可靠且效率高。

本发明是一种采用相控阵超声检测技术对89mm≤外径≤159mm，4mm≤壁厚≤20mm和外径>159mm，4mm≤壁厚≤20mm两种类型管道进行检测的工艺方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于相控阵超声探伤仪的中大径薄壁管无损检测方法，具体包括：

采用相控阵对工件进行检测，根据被检工件规格及厚度选择相应楔块及探头，将楔块固定于探头前端，探头与编码器相连；

根据所采用的扫描类型确定聚焦法则，明确所涉及到的探头参数和聚焦法则参数；

根据聚焦法则参数，用检测设备中的模拟软件进行演示，调整探头前端距焊缝边缘的距离，使选用的检测声束覆盖全部检测区域，同时确定参考线的位置；

选择与被检工件近似规格的人工模拟缺陷试样调整确定扫查灵敏度和验证 检测工艺；

根据聚焦法则中设置的探头距焊缝距离，用直尺进行测量，将磁条固定于测量位置，接编码器探头沿磁条边缘行走，进行焊缝检测；

保存检测数据，对检测数据进行分析和处理，得出检测结果，并标注出不合格焊缝的缺陷位置和缺陷类型。

进一步的，所述相控阵超声探伤仪激发晶片数量不少于16晶片，激发电压等级不大于10，扫查角度控制在35°～75°。

进一步的，所述扫描类型包括A型扫描、B型扫描、S型扫描、C型扫描、D型扫描、P型扫描和3D扫描，所述相控阵同步显示各扫描数据。

进一步的，所述探头参数包括晶片参数和楔块参数，所述聚焦法则参数包括晶片数量和位置、角度、距离、声速、工件厚度、探头位置以及聚集声程或深度。

进一步的，所述焊缝检测包括对被检工件的焊缝两侧分别进行检测，在检测过程中，根据被检工件厚度，确定焊缝扫查方式；

所述扫查方式包括：当工件厚度大于等于4mm小于8mm时，其焊缝采用二次波和三次波分开设置进行检测，即采用三次波检测焊缝中下部，采用二次波检测焊缝中上部；

当工件厚度大于等于8mm小于等于20mm时，其焊缝采用一次波和二次波同时设置进行检测，即采用一次波检测焊缝中下部，采用二次波检测焊缝中上部。

进一步的，所述焊缝检测时，其检测区域为焊缝本身宽度加上两侧各一定距离的一段区域。

进一步的，所述焊缝检测前，其检测工艺还包括在对比试块上对扫描线和灵敏度进行校验，对编码器进行校准。

进一步的，当对89mm≤外径≤159mm，4mm≤壁厚≤20mm的管道进行焊缝检测时，选择DL/T820规定的小径管焊接接头超声波检验专用DL-1(5)型对比试块用于测定探头参数、系统组合性能、校准时基线性和制作DAC曲线。

进一步的，当对外径>159mm，4mm≤壁厚≤20mm的管道进行焊缝检测时，将DL/T820规定的小径管焊接接头超声波检验专用DL-1(5)型对比试块的曲面接触面定做为平面型试块，根据定做试块测定探头参数、系统组合性能、校准时基线性和制作DAC曲线。

进一步的，扫查过程中，可根据被检工件工况条件选择编码器线性扫查或不加编码器探头锯齿形扫查。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本方法采用相控阵超声检测技术，仪器屏幕同步显示A型、B型、S型、C型、D型、P型和3D扫描数据，使检测效果更直观。

2、相控阵探头为线阵多晶探头，具有延时聚焦功能，减小近场区，声能更集中，分辨力高，可采用多个角度声束进行焊缝检测。

3、在对相控阵超声波探伤仪的调试过程中，引入与被检工件的规格、材质、焊接工艺和焊接参数等均一致的人工缺陷试样对调试结果进行验证，提高了调试的精度，确保了现场检测的灵敏度。

4、采用编码器法检测时，数据实时存储，可采用专用软件进行分析和后处理，原始记录的可追溯性好，缺陷分析相对方便、准确。

5、可根据被检工件工况条件选择编码器线性扫查或不加编码器探头锯齿形 扫查。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明相控阵超声探伤仪对中大径薄壁管的检测示意图；

图2为相控阵超声探伤仪的延时聚焦功能显示示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施例对本发明做进一步的说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“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，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中 间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在常规无损检测方法无法检测中大径薄壁管的问题，为了解决如上的技术问题，本申请提供了一种基于相控阵超声探伤仪的中大径薄壁管无损检测方法，通过相控阵同步显示A、B、S、C、D、P和3D扫描数据，使检测效果更直观，可以解决采用常规无损检测方法检测中大径薄壁管存在的部分技术及工艺难题，且相控阵超声检测仪器更先进，检测过程无辐射，检测结果更稳定、可靠且效率高。

本发明是一种采用相控阵超声检测技术对89mm≤外径≤159mm，4mm≤壁厚≤20mm和外径>159mm，4mm≤壁厚≤20mm两种类型管道进行检测的工艺方法，其检测示意图如图1所示。

本专利用到的工具：64通道ISONIC2009型相控阵主机1台、7.5S16-0.5×10探头、4L16-0.5×9探头、楔块、编码器、磁条、电池等。采用相控阵对工件进行检测时，应根据被检工件规格及厚度选择相应楔块及探头，将楔块固定于探头前端，探头与编码器相连。

选择的相控阵仪器应具有聚焦法则生成的软件，能够对超声波声束特征参数进行直接修改；应具备角度增益补偿功能；当采用编码器记录扫查位置时，应配置校准系统。记录系统应清楚地指示出缺陷相对于扫查起始点的位置。其它各项性能指标应满足要求。

探头：选用自聚焦线阵探头，按表1推荐数值选择探头参数。楔块：选择与被检管件曲率相吻合的探头楔块。

本申请中相控阵探头为线阵多晶探头，具有延时聚焦功能，减小近场区， 声能更集中，分辨力高。可多个角度声束进行焊缝检测，如图2所示。

表1相控阵探头参数选择推荐表

在满足能穿透的情况下，尽可能选择主动孔径小的探头。被动孔径(W)应大于等于6mm。

角度增益修正及设置扇形扫查角度范围：在相控阵超声检测仪器设置参数界面中，在R50半圆试块上，调节角度增益修正，“最小”一般为35°，“最大”一般为75°，“角度步进”一般设置为1°。

焊接接头坡口形式设置：由于相控阵检测能准确反映出缺陷的成像和位置，现场焊口的坡口形式一定要准确核准，对检测结果及判定依据都有很大的帮助，设置中严格参照实际尺寸填写。

根据所采用的扫描类型确定聚焦法则，明确所涉及到的探头参数(晶片参数和楔块参数)和聚焦法则参数(晶片数量和位置、角度、距离、声速、工件厚度、探头位置和聚集声程或深度)等。根据聚焦法则的参数，用检测设备中的模拟软件进行演示，调整探头前端距焊缝边缘的距离，使选用的检测声束覆盖全部检测区域，同时确定参考线的位置。要求：要尽可能让声束线覆盖焊缝的全部，如果不能覆盖全部，也要覆盖大部分焊缝，一次波或三次波，覆盖焊缝的中下部，二次波或四次波覆盖焊缝的中上部。如果设置二三次波或三次波检验，要保持探头位置不动，分别设置二次波、三次波，或者三次波、四次波。

每次检测前均应在对比试块上对扫描线、灵敏度进行校验，对编码器进行 校准。检测工作结束前，应对扫查灵敏度进行复核并做好记录。

检测前应了解焊接接头的规格、材质、坡口型式、焊接工艺等，清除探头移动区域内的飞溅、锈蚀、氧化物及油垢，选用浆糊或机油做耦合剂。

检测区域应包含焊缝本身宽度加上两侧各10mm的一段区域。根据管子厚度不同，检测面打磨宽度控制在50～150mm。检测前应在工件扫查面上标记扫查起始点和扫查方向，划定扫查参考线。

使用DL-1型试块、按DL/T820规定的方法制作DAC曲线，不同管壁厚度的DAC曲线灵敏度建议参照表2的规定。探测时因管件表面耦合损失、材质衰减和内外壁曲率差别影响造成的传输损失应进行综合补偿。

表2距离-波幅曲线的灵敏度

检测扫查方法：

扫查灵敏度：选择与被检工件近似规格的人工模拟缺陷试样调整确定扫查灵敏度，一般情况下在评定线灵敏度基础上再增益6dB。

扫查方式：采用手动线性扫查方式(编码器记录扫查位置)。

扫查步进的设置：检测前将系统设置为根据扫查步进采集信号。

扫查图像显示：扫查数据以图像形式显示，可用A、S、B和C扫描显示。在扫查数据的图像中应有编码器扫查位置显示。

扫查速度：控制线性扫查速度不大于规定的最大扫查速度Vmax，若扫查过快，会造成数据流失、无效。

同时应保证耦合效果和数据采集的要求。

最大扫查速度按公式(1)计算：

式中：

v _max——最大扫查速度，mm/s；

PRF——脉冲重复频率，Hz；PRF<2n _bC/L；

C——声速；

L——最大检测声程；

Δx——设置的扫查部进值，mm；

n——设置的信号平均次数；

n _a——电子扫描为聚焦法则的个数，扇形扫描为角度范围内所包含的A扫个数；

n _b——采用几次波检测。

实施例一：

89mm≤外径≤159mm，4mm≤壁厚≤20mm的管径，实际工作中选用探头型号为“Sontron NDT 7.5S16-0.5×10”(频率为7.5MHz、相邻两晶片中心线间距为p＝0.5mm、晶片宽度或阵元宽度为e＝0.4mm、相邻两晶片的间隙为g＝0.1mm)，楔块选择与被检管件曲率相吻合的探头楔块(定做或平楔块研磨)。选择DL/T820规定的小径管焊接接头超声波检验专用DL-1(5)型对比试块用于测定探头参数、系统组合性能、校准时基线性和制作DAC曲线。选择与被检工件近似规格的人工模拟缺陷试样用于扫查灵敏度的确定和检测工艺验证。一次激发晶片数为16晶片，选择的扇形角度范围最大角度不超过75°，最小为不低于35°。

采用调试后的相控阵超声波探伤仪对打磨光滑的被检工件的焊缝两侧分别 进行检测，在检测过程中，根据被检工件的厚度，采取相应的扫查方式：工件厚度大于等于4mm小于8mm的焊缝采用二和三次波分开设置进行检测，大于等于8mm小于等于20mm时采用一和二次波同时设置进行检测。

实施例二：

外径>159mm，4mm≤壁厚≤20mm的管道选择探头型号为“Sontron NDT 4L16-0.5×9”(频率为4MHz、相邻两晶片中心线间距为p＝0.5mm、晶片宽度或阵元宽度为e＝0.4mm、相邻两晶片的间隙为g＝0.1mm)，楔块为探头对应平楔块。所选用的对比试块是在DL/T820小径管焊接接头超声波检验专用DL-1型对比试块的基础上进行升级，曲面接触面定做为平面型试块，使探头“Sontron NDT 4L16-0.5×9”与试样接触良好。根据定做试块测定探头参数、系统组合性能、校准时基线性和制作DAC曲线。选择与被检工件近似规格的人工模拟缺陷试样用于扫查灵敏度的确定和检测工艺验证。一次激发晶片为16晶片，选择的扇形角度范围最大角度不超过75°，最小为不低于35°。

工件厚度大于等于4mm小于8mm的焊缝采用二和三次波分开设置进行检测，大于等于8mm小于等于20mm时采用一和二次波同时设置进行检测。

根据聚焦法则中设置的探头距焊缝距离，用直尺进行测量，将磁条固定于测量位置，接编码器探头沿磁条边缘行走，进行焊缝检测。

保存检测数据，选用仪器自带分析软件或电脑客户端对检测数据进行分析和后处理，得出检测结果，标注出不合格焊缝的缺陷位置和缺陷类型。扫查过程中，可根据被检工件工况条件选择编码器线性扫查或不加编码器探头锯齿形扫查。

缺陷的定量和评级：

缺陷的定量：当反射波位于Ⅱ区或Ⅱ区以上时，用定量线灵敏度测量缺陷的指示长度。当反射波幅位于Ⅰ区时，用评定线灵敏度测量缺陷指示长度。缺陷指示长度I用下式计算修正：

I＝L×(R-H)/R

式中：L-探头左右移动距离，mm；

R-管子半径，mm，

H-缺陷指示深度，mm。

缺陷的评定：评定为允许存在和不允许存在两类缺陷。

不允许存在缺陷：

1)性质判定为裂纹、未熔合、未焊透及密集性缺陷者；

2)单个缺陷回波幅度大于等于DAC-6dB者；

3)单个缺陷回波幅度大于等于DAC-10dB且指示长度大于5mm者。

允许存在的缺陷：单个缺陷回波幅度小于DAC-6dB且指示长度小于或等于5mm者。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1. 一种基于相控阵超声探伤仪的中大径薄壁管无损检测方法，其特征在于：具体包括：

   根据被检工件规格及厚度选择相应楔块及探头，将楔块固定于探头前端，探头与编码器相连；

   根据所采用的扫描类型确定聚焦法则，明确所涉及到的探头参数和聚焦法则参数；

   根据聚焦法则参数，用检测设备中的模拟软件进行演示，调整探头前端距焊缝边缘的距离，使选用的检测声束覆盖全部检测区域，同时确定参考线的位置；

   选择与被检工件近似规格的人工模拟缺陷试样调整确定扫查灵敏度和验证检测工艺；

   根据聚焦法则中设置的探头距焊缝距离，用直尺进行测量，将磁条固定于测量位置，接编码器探头沿磁条边缘行走，进行焊缝检测；

   保存检测数据，对检测数据进行分析和处理，得出检测结果，并标注出不合格焊缝的缺陷位置和缺陷类型。
2. 如权利要求1所述的一种基于相控阵超声探伤仪的中大径薄壁管无损检测方法，其特征在于，所述相控阵超声探伤仪激发晶片数量不少于16晶片，激发电压等级不大于10，扫查角度控制在35°～75°。
3. 如权利要求1所述的一种基于相控阵超声探伤仪的中大径薄壁管无损检测方法，其特征在于，所述扫描类型包括A型扫描、B型扫描、S型扫描、C型扫描、D型扫描、P型扫描和3D扫描，所述相控阵同步显示各扫描数据。
4. 如权利要求1所述的一种基于相控阵超声探伤仪的中大径薄壁管无损检 测方法，其特征在于，所述探头参数包括晶片参数和楔块参数，所述聚焦法则参数包括晶片数量和位置、角度、距离、声速、工件厚度、探头位置以及聚集声程或深度。
5. 如权利要求1所述的一种基于相控阵超声探伤仪的中大径薄壁管无损检测方法，其特征在于，所述焊缝检测包括对被检工件的焊缝两侧分别进行检测，在检测过程中，根据被检工件厚度，确定焊缝扫查方式；

   所述扫查方式包括：当工件厚度大于等于4mm小于8mm时，其焊缝采用二次波和三次波分开设置进行检测，即采用三次波检测焊缝中下部，采用二次波检测焊缝中上部；

   当工件厚度大于等于8mm小于等于20mm时，其焊缝采用一次波和二次波同时设置进行检测，即采用一次波检测焊缝中下部，采用二次波检测焊缝中上部。
6. 如权利要求1所述的一种基于相控阵超声探伤仪的中大径薄壁管无损检测方法，其特征在于，所述焊缝检测时，其检测区域为焊缝本身宽度加上两侧各一定距离的一段区域。
7. 如权利要求1所述的一种基于相控阵超声探伤仪的中大径薄壁管无损检测方法，其特征在于，所述焊缝检测前，其检测工艺还包括在对比试块上对扫描线和灵敏度进行校验，对编码器进行校准。
8. 如权利要求7所述的一种基于相控阵超声探伤仪的中大径薄壁管无损检测方法，其特征在于，当对89mm≤外径≤159mm，4mm≤壁厚≤20mm的管道进行焊缝检测时，选择DL/T820规定的小径管焊接接头超声波检验专用DL-1(5)型对比试块用于测定探头参数、系统组合性能、校准时基线性和制作DAC曲线。
9. 如权利要求7所述的一种基于相控阵超声探伤仪的中大径薄壁管无损检测方法，其特征在于，当对外径>159mm，4mm≤壁厚≤20mm的管道进行焊缝检测时，将DL/T820规定的小径管焊接接头超声波检验专用DL-1(5)型对比试块的曲面接触面定做为平面型试块，根据定做试块测定探头参数、系统组合性能、校准时基线性和制作DAC曲线。
10. 如权利要求1所述的一种基于相控阵超声探伤仪的中大径薄壁管无损检测方法，其特征在于，扫查过程中，可根据被检工件工况条件选择编码器线性扫查或不加编码器探头锯齿形扫查。

Images