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原文传递基于超声相控阵的大型厚壁容器焊接接头缺陷的检测方法

专利名称：	基于超声相控阵的大型厚壁容器焊接接头缺陷的检测方法
摘要：	本发明公开了基于超声相控阵的大型厚壁容器焊接接头缺陷的检测方法，包括以下步骤：检测准备；检测设置和校准；检测作业：将探头摆放到要求的位置，沿设计的路径进行扫查；扫查过程中探头移动轨迹偏离与扫查轨迹不能超过预设距离；扫查速度小于或等于最大扫查速度Vmax，若需对焊缝在长度方向进行分段扫查，则各段扫查的重叠范围至少为2mm；对于环焊缝，扫查停止位置应越过起始位置至少2mm；根据检测数据，对缺陷的位置、波幅、长度、高度进行测量。本发明能够较为方便地实现大型厚壁容器焊接接头的焊缝及其热影响区的缺陷无损检测，且不受空间的限制，精确度较高。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	广东;44
申请人：	广东省特种设备检测研究院(广东省特种设备事故调查中心)
发明人：	王磊
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-05T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-16T00:00:00+0800
申请号：	CN201910366355.5
公开号：	CN110018241A
代理机构：	广州市华学知识产权代理有限公司
代理人：	陈宏升
分类号：	G01N29/04(2006.01);G;G01;G01N;G01N29
申请人地址：	510000 广东省广州市天河区黄埔大道中路146-150号6B房
主权项：	1.基于超声相控阵的大型厚壁容器焊接接头缺陷的检测方法，其特征在于，包括以下顺序的步骤： S1、检测准备：包括确定检测区域、探头及楔块的选取和设置、机械扫查及电子扫描的选择、探头位置的确定及扫描参数的设定、扫查面的确定、扫查面的准备； S2、检测设置和校准：包括扇扫描角度增益修正、线扫描的校准、灵敏度设置、扫查步进步进设置、位置传感器的校准、检测系统的复核； S3、检测作业：将探头摆放到要求的位置，沿设计的路径进行扫查；扫查过程中探头移动轨迹偏离与扫查轨迹不能超过预设距离；扫查速度小于或等于最大扫查速度Vmax，最大扫查速度Vmax的计算公式如下：式中： Vmax——最大扫查速度，单位为mm/s； PRF——激发探头的脉冲重复频率，单位为Hz； Δx——设置的扫查步进值，单位为mm； N——设置的信号平均次数： A——做S扫描时，角度范围内所包含的A扫个数；若需对焊缝在长度方向进行分段扫查，则各段扫查的重叠范围至少为2mm；对于环焊缝，扫查停止位置应越过起始位置至少2mm； S4、检测数据的分析：根据检测数据，对缺陷的位置、波幅、长度、高度进行测量。 2.根据权利要求1所述基于超声相控阵的大型厚壁容器焊接接头缺陷的检测方法，其特征在于，还包括工艺验证步骤；符合以下情况之一时应在模拟试块上进行工艺验证试验： a)复杂结构和形状的工件； b)检测条件不能满足拟采用的检测等级要求时； c)合同约定要求进行时；所述工艺验证步骤所用模拟试件材料、尺寸与被检工件相同或相近；试块中含有具代表性的人工缺陷或自然缺陷；工艺验证试验结果能够清楚地显示和测量模拟试块中的缺陷或反射体；模拟试件与被检测工件在材质、形状、主要几何尺寸、焊接坡口型式和焊接工艺应相同或相近，在需要验证的位置设置缺陷，缺陷类型包括焊接或其他方法产生的自然缺陷，或者是通过机械加工得到的模拟缺陷的反射体。 3.根据权利要求1所述基于超声相控阵的大型厚壁容器焊接接头缺陷的检测方法，其特征在于，还包括横向缺陷检测步骤；当符合以下条件之一时应进行横向缺陷检测： a)有横向裂纹发生倾向时； b)所选用的检测等级有要求时； c)合同约定要求进行时；对横向缺陷进行检测，当焊缝没有磨平时，将探头放在靠近焊缝的母材，与焊缝轴线成10°～15°夹角，采用扇扫描和沿线扫查方式进行检测；当焊缝磨平时，将探头放在焊缝上，采用扇扫描+沿线扫查方式进行检测。 4.根据权利要求1所述基于超声相控阵的大型厚壁容器焊接接头缺陷的检测方法，其特征在于，步骤S1中，所述探头位置的确定及扫描参数的设定，具体如下： (1)探头的布置对检测部位采用S-扫描对焊缝进行覆盖，探头平行于焊缝纵向移动做沿线扫查；采取分区扫查的方法，选择扫查的通道数，S-扫描角度范围和探头前沿距焊缝中心的距离能够保证声束对检测区域充分覆盖以及相邻声束检测区域的重叠率至少为50％； (2)激发孔径设置无论选择何种扫描方式，偏转方向上的激发孔径尺寸D与晶片宽度b之比满足：0.2≤(D/b)≤5； (3)扇扫描设置 a)横波斜声束S-扫描角度范围不应超出35°～75°，特殊情况下确需要应用超出该角度范围的声束检测时，则要通过试验验证其灵敏度； b)当工件壁厚较小时，则不采用过小角度声束，以免底面一次反射波进入楔块产生干扰； c)角度步进设置符合扇扫描角度步进设置表的要求； (4)线扫描设置使用线扫描覆盖时，应保证对检测区域全覆盖； (5)聚焦设置焊缝初始扫查不聚焦，此时聚焦深度应设置在工件中最大探测声程以外；在对缺陷进行精确定量时，或对特定区域检测需要获得更高的灵敏度和分辨率时，将焦点设置在该区域。 5.根据权利要求1所述基于超声相控阵的大型厚壁容器焊接接头缺陷的检测方法，其特征在于，步骤S1中，所述扫查面的准备，具体包括： (1)探头移动区域内清除焊接飞溅、铁屑、污垢及其他杂质，并进行打磨；检测表面应平整，其表面粗糙度Ra值应小于或等于6.3μm； (2)保留余高的焊缝，如果焊缝表面有咬边、较大的隆起和凹陷，则进行修磨，并做圆滑过渡；要求去除余高的焊缝，则将余高打磨到与临近母材平齐； (3)检测前在工件扫查面上予以标记，标记内容至少包括扫查起始点和扫查方向。 6.根据权利要求1所述基于超声相控阵的大型厚壁容器焊接接头缺陷的检测方法，其特征在于，步骤S2中，所述扇扫描角度增益修正，包括： (1)采用扇扫描检测前，对扇扫描角度范围内的每一个声束校准，校准的声程范围包含检测拟使用的声程范围； (2)对每个声束采用DAC曲线校准或者进行TCG修正； (3)校准前先进行ACG修正； (4)DAC曲线和TCG修正采用CSK-ⅡA系列试块，ACG修正采用CSK-ⅠA试块或其他带有R100mm圆弧的等效试块； (5)扇扫描TCG修正后不同深度处相同反射体回波波幅基本一致，且经最大补偿的声束回波的信噪比不小于6dB。 7.根据权利要求1所述基于超声相控阵的大型厚壁容器焊接接头缺陷的检测方法，其特征在于，步骤S2中，所述线扫描的校准，包括： (1)采用线扫描检测前，对线扫描角度范围内的每一个声束校准，校准的声程范围包含检测拟使用的声程范围； (2)对每个声束采用制作DAC曲线校正或者进行TCG修正； (3)在校准前，对激发孔径位置不同导致的灵敏度差异进行修正； (4)DAC曲线和TCG修正采用CSK-ⅡA系列试块；对于孔径位置灵敏度差异修正，0°声束使用CSK-ⅡA-1试块40mm的大平底回波进行修正，其余角度声束使用附CSK-ⅡA-2试块50mm深Φ2孔进行修正； (5)线扫描TCG修正后不同深度处相同反射体回波波幅一致，且经最大补偿的声束回波的信噪比不小于6dB。 8.根据权利要求1所述基于超声相控阵的大型厚壁容器焊接接头缺陷的检测方法，其特征在于，步骤S2中，所述灵敏度设置，包括： (1)选用TCG和DAC两种方式校准灵敏度，使用CSK-ⅡA系列试块进行灵敏度校准； (2)初始扫查时采用TCG校准灵敏度； (3)扫查灵敏度的确定 a)TCG灵敏度：壁厚为6～50mm时，将φ2×40-4dB设置为满屏高度的80～95％，作为扫查灵敏度；壁厚为50～20mm时，将φ2×40+2dB设置为满屏高度的80～95％，作为扫查灵敏度； b)DAC灵敏度：壁厚为6～50mm时，将灵敏度较低的角度φ2×40-4dB设置为满屏高度的80～95％，作为扫查灵敏度；壁厚为50～200mm时，将灵敏度较低的角度φ2×40+2dB设置为满屏高度的80～95％，作为扫查灵敏度； c)检测横向缺陷时，将检测灵敏度提高6dB； (4)TCG或DAC校准在与检测面曲率相同或相近的对比试块上进行； (5)工件的表面耦合损失和材质衰减应与试块相同，否则进行传输损失补；在所采用的最大声程内最大传输损失差小于或等于2dB时不进行补偿。 9.根据权利要求1所述基于超声相控阵的大型厚壁容器焊接接头缺陷的检测方法，其特征在于，步骤S4中，所述检测数据的分析进行之前，先要进行检洌数据的有效性评价： (1)数据至少应满足以下要求： a)数据是基于扫查步进的设置而采集的； b)采集的数据量满足所检测焊缝长度的要求； c)数据丢失量不得超过整个扫查的5％，且不允许相邻数据连续丢失； d)整个扫查图像中不能有耦合监控显示耦合不良的位置； (2)若数据无效，应纠正后重新进行扫查。 10.根据权利要求1所述基于超声相控阵的大型厚壁容器焊接接头缺陷的检测方法，其特征在于，步骤S4中，所述对缺陷的位置、波幅、长度、高度进行测量，具体如下： (1)缺陷位置确定 S-扫描时，找到不同角度A扫描中缺陷的最高回波波幅作为该缺陷的波幅；线扫描时，找到不同孔径组合时，缺陷最高回波波幅作为该缺陷的波幅，以获得缺陷的最大反射波幅的位置为缺陷位置； (2)缺陷长度确定若缺陷最高波幅未超过满屏100％，则以该波幅为基准，找到该缺陷不同角度A扫描回波波幅降低6dB的最大长度作为该缺陷的长度；若缺陷最高波幅超过满屏100％，则找到该缺陷不同角度A扫描回波波幅降低到定量线时的最大长度作为该缺陷的长度； (3)缺陷高度确定对于面状缺陷，在S扫描或D扫描视图上采用-6dB半波高度法或端点衍射法测量缺陷自身高度，具备条件时采用TOFD方法测量缺陷自身高度； (4)相邻多个缺陷定量测量相邻两个或多个缺陷显示，其在缺陷长度方向间距小于其中较小的缺陷长度且在缺陷长度相垂直的方向间距小于其中较小的缺陷自身高度时，则作为一个缺陷处理，该缺陷深度、缺陷长度及缺陷自身高度按如下原则确定： a)缺陷深度：以两缺陷深度较小值作为单个缺陷深度； b)缺陷长度：两缺陷在缺陷长度方向的前、后端点间距离； c)缺陷自身高度：若两缺陷在缺陷长度方向投影无重叠，以其中较大的缺陷自身高度作为单个缺陷自身高度；若两缺陷在缺陷长度方向投影有重叠，则以两缺陷自身高度之和作为单个缺陷自身高度。
所属类别：	发明专利