CN101509899A - 针对电力铁塔角钢的超声导波检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于超声导波检测领域中的一种针对电力铁塔角钢的超声导波检测方法，其主要技术特点是：选择超声波探伤仪及超声导波探头，选择对比试块并在对比试块上制作一人工缺陷槽，通过对比试块制作距离－波幅曲线，在被检测角钢表面打磨出一平整的探头移动区域并涂抹耦合剂，使用超声导波探头沿该探头移动区域横向移动进行扫查，根据回波信号幅度与距离－波幅曲线的关系，判断被测角钢是否合格。本发明使用超声探测仪并配合专用超声导波探头，激发出指定模态的超声导波，用于电力铁塔角钢的无损检测，具有简单、快速、安全可靠的特点，本发明对于保证电力铁塔和输电线路的安全稳定运行有着重大的意义。
Description
技术领域
本发明属于超声导波检测领域，尤其是一种针对电力铁塔角钢的超声导波检测方法。
背景技术
电力铁塔是电力传输工程中的重要设备。固装在地面上的电力铁塔主要由角钢连接构成并具有一定的防风、防雨、抗覆冰以及防腐蚀等能力，以保证电力传输的正常工作。在电力铁塔的实际运行过程中，角钢在经受一定的风吹日晒以及空气中各种有害物质的侵袭后会出现不同程度的裂纹或被腐蚀等情况，严重时会发生电力铁塔倒塔事故，造成巨大的经济损失。为了消除这种安全隐患，应当及时对电力铁塔的角钢进行检测以发现问题并采取有效的补救措施，防止电力铁塔倒塔事故的发生。因此，迫切需要一种对电力铁塔上的角钢进行简单、可靠、快速的检测方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种简单、可靠、快速的针对电力铁塔角钢的超声导波检测方法。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种针对电力铁塔角钢的超声导波检测方法，该方法包括下述步骤：
(1).选择超声波探伤仪：激励信号为单音信号，灵敏度余量≥110dB，采样频率≥60MHz，记录波形≥100幅，显示刷新频率≥60Hz，声速范围为1000～7000m/s；
(2).选择超声导波探头：检测频率为0.3MHz～1MHz，晶片为20×20mm，声速轴线水平偏离角≤2°，灵敏度误差≤±2dB；
(3).制作对比试块：选择与被检测角钢相同尺寸并具有相似的化学成分、表面状况、热处理状态和声学性能的角钢作为对比试块，并在对比试块上沿其横向表面制作一人工缺陷槽；
(4).制作距离-波幅曲线：在对比试块的人工缺陷槽与最大探测距离之间选择测试点，使用超声导波探头找出所有测试点的最高波回波并制作距离-波幅曲线；
(5).扫查：在被检测角钢表面打磨出一平整的探头移动区域并涂抹耦合剂，使用超声导波探头沿该探头移动区域横向移动进行扫查；
(6).缺陷定位：如果回波信号幅度大于等于对比试块的距离-波幅曲线，则判定为此项检验不合格；如果整根角钢的所有回波信号幅度均低于对比试块的距离-波幅曲线，则判定为此项检验合格。
而且，所述的人工缺陷槽的制作方法：在对比试块上的横向表面上切割一槽深为1mm的人工缺陷槽，该人工缺陷槽与对比试块一端的距离≥200mm，该人工缺陷槽与对比试块另一端的距离≥一次最大探测距离+100mm。
而且，在对比试块上选择测试点的方法：测试点的数量≥5，超声导波探头前方对准对比试块的人工缺陷槽且第一测试点位于距离人工缺陷槽的L/5处，其中，L为最大探测距离，最后一测试点位于最大探测距离处，其他测试点均位于第一测试点和最后一测试点之间。
而且，所述的超声波探伤仪的激励信号，采用宽脉冲窄频带的激励信号。
而且，所述的超声导波探头采用检测频率为1MHz的探头。
而且，所述的超声导波探头的声束入射角度为45度。
而且，所述的超声导波探头采用增益6dB作为探伤灵敏度。
而且，所述的耦合剂为机油。
而且，所述的探头移动区域的横向长度为角钢一侧表面的宽度，其纵向长度大于超声导波探头的长度。
本发明的优点和积极效果是：
1.本检测方法利用超声导波在电力铁塔角钢中的传播特性以及缺陷回波反射信号，可以快速、准确地完成对电力铁塔角钢的无损检测。在检测时，只需将超声导波探头放在被检测角钢表面的一点上即可实现对整根角钢的检测，该检测方法不仅能够对地面以上的角钢进行检测，同时对于超声导波探头无法接触但部分外露的埋地部分也可以进行检测。本方法解决了电力铁塔角钢检测困难的难题，在一定程度上降低了因角钢材料损伤而导致倒塔事故发生。
2.本检测方法在检测时，只需对角钢的一小块区域进行表面平整处理即可完成对整根角钢的检测，不需要对整根角钢进行表面平整处理，节约了检测时间，具有操作简单、快速、高效的特点，节约了检测成本，不但可以应用于电力铁塔角钢材料的入网验收，也可以应用于电力铁塔运行过程中的在线检查。
3.本检测方法较好地解决了超声导波检测中频散对导波检测的影响，既可以检测出对于电力铁塔角钢有较大危害的横向面缺陷和体积形缺陷，同时也可根据回波的情况评价角钢的腐蚀情况，解决了影响电力铁塔最主要材料损伤因素带来的安全问题。
4.本发明使用超声探测仪并配合专用超声导波探头，激发出指定模态的超声导波，用于电力铁塔角钢的无损检测，具有简单、快速、安全可靠的特点，本发明对于保证电力铁塔和输电线路的安全稳定运行有着重大的意义。
附图说明
图1是被检测角钢表面的探头移动区域示意图；
图2是对比试块上的人工缺陷槽和测试点状态示意图；
图3是超声导波探头结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。
一种针对电力铁塔角钢的超声导波检测方法，主要是使用超声探伤仪及超声探头对角钢进行检测，其具体步骤如下：
1.选择超声波探伤仪：其产生的激励信号为单音信号，优选采用宽脉冲窄频带的激励信号，灵敏度余量≥110dB，采样频率≥60MHz，可记录波形≥100幅，显示刷新频率≥60Hz，声速范围为1000～7000m/s；超声探伤仪通常具有可记录功能并具有通信接口与计算机进行数据和波形的交换处理，也可以连接打印机相连接，直接进行检测结果的输出。
2.选择超声导波探头：其检测频率为0.3MHz～1MHz，优选检测频率为1MHz的探头，当被测角钢的表面腐蚀较严重时，需要选择较低频率；探头晶片为20×20mm的晶片，探头声速轴线水平偏离角≤2°，探头灵敏度误差≤±2dB，超声导波探头的声束入射角度为45度，在进行检测时，超声导波探头采用增益6dB作为探伤灵敏度。
3.制作对比试块：选择与被检测角钢相同尺寸并具有相似的化学成分、表面状况、热处理状态和声学性能的角钢作为对比试块，该对比试块不得含有影响探伤设备综合性能检测的自然缺陷；如图2所示，在对比试块3上沿其横向表面制作一人工缺陷槽5：为了防止对比试块的端面对人工缺陷回波的影响，在对比试块上的横向表面选择线切割方式上切割一槽深为1mm的人工缺陷槽，该人工缺陷槽与对比试块一端的距离≥200mm，该人工缺陷槽与对比试块另一端的距离≥一次最大探测距离+100mm。
4.制作距离-波幅曲线：在对比试块的人工缺陷槽与最大探测距离之间选择测试点，其具体方法为：测试点的数量≥5，超声导波探头4前方对准对比试块的人工缺陷槽且第一测试点位于人工缺陷槽的L/5处，其中，L为最大探测距离，最后一测试点为最大探测距离处，其他测试点均位于第一测试点和最后一测试点之间；在确定测试点后，使用超声导波探头找出所有测试点的最高波回波并制作距离-波幅曲线。
5.扫查：如图1所示，在被测角钢1的表面上打磨出一平整的探头移动区域2，以去除被测角钢表面较厚的漆层和锈蚀，该区域的横向长度为角钢一侧表面的宽度，其纵向长度大于超声导波探头的长度，其长度通常在100mm。经打磨平整的角钢表面能更好地与超声导波探头的接触和声耦合，然后涂抹耦合剂机油，使用超声导波探头沿该探头移动区域横向移动进行扫查，使用超声导波探头沿角钢横向表面移动进行扫查，当扫查时如遇问题可做适当停留或通过前后移动对回波进行判断，直至超声导波移动到指定位置后，扫查完毕。
6.缺陷定位：如果回波信号幅度大于等于对比试块的距离-波幅曲线，则判定为此项检验不合格；如果整根角钢经检验所有回波信号幅度均低于对比试块的距离-波幅曲线，则判定为此项检验合格。
通过上述步骤即可完成对电力铁塔角钢的横向面缺陷和体积形缺陷，同时也可根据回波的情况评价角钢的腐蚀情况。
本发明所使用的超声导波探头为专用探头，其结构如图3所示，包括长方形金属壳体13、同轴电缆插座6、防护底面14、阻尼块9、压电晶片10、斜楔块11，在金属壳体上表面及一侧面形成的斜端面7上固装一同轴电缆插座，该同轴电缆插座可通过同轴电缆与超声波发生器相连接进行信号的传递。在金属壳体的底部安装一防护底面与金属壳体形成一密封腔体，在密封腔体内的防护底面上安装一三角形的斜楔块，该防护层底面为有机玻璃起到对斜楔块的保护作用，延长超声导波探头的使用寿命，该三角形的斜楔块的底面与防护底面安粘贴在一起，在与同轴电缆插座相对的斜楔块斜面上贴装一压电晶片，该压电晶片的两极分别通过两条电缆线8与同轴电缆插座两极相连，压电晶片所生成的声束入射角α为45度，在压电晶片的上表面上安装一阻尼块，该阻尼块由环氧树脂与钨粉混合制成，在密封腔体内的其他空间里充满了吸声材料，该吸声材料为软木。本超声导波探头采用倾斜入射的方式，通过特定的声束入射角α度能够激发出指定模态的导波，从而在电力铁塔角钢中激发出适合检测的指定模态的导波，通常电力铁塔角钢的厚度为4-8cm，因此，通过斜楔块与压电晶片的安装关系形成45度的声束入射角α。安装在压电晶片上表面的阻尼块使用环氧树脂与钨粉混合制成的材料，该材料具有吸声性能良好且可任意调节配比，能够获得不同的声阻抗与吸声效果，从而得到宽脉冲窄频带的导波，使得激励接收效果最佳。安装在斜楔块上的压电晶片采用PZT5压电晶片，其性能参数为：密度ρ＝7700kg/m3，压电应变常数d31＝-195×10-12C/N，机电耦合系数k＝0.73，损耗因子tgδ＝0.015，该压电晶片尺寸为20×20mm，探头频率选择1MHz。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，如使用本方法检测插接式管座角焊缝的其他缺陷，同样属于本发明保护的范围。
Claims (9)
1.一种针对电力铁塔角钢的超声导波检测方法，其特征在于：该方法包括下述步骤：
(1).选择超声波探伤仪：激励信号为单音信号，灵敏度余量≥110dB，采样频率≥60MHz，记录波形≥100幅，显示刷新频率≥60Hz，声速范围为1000～7000m/s；
(2).选择超声导波探头：检测频率为0.3MHz～1MHz，晶片为20×20mm，声速轴线水平偏离角≤2°，灵敏度误差≤±2dB；
(3).制作对比试块：选择与被检测角钢相同尺寸并具有相似的化学成分、表面状况、热处理状态和声学性能的角钢作为对比试块，并在对比试块上沿其横向表面制作一人工缺陷槽；
(4).制作距离-波幅曲线：在对比试块的人工缺陷槽与最大探测距离之间选择测试点，使用超声导波探头找出所有测试点的最高波回波并制作距离-波幅曲线；
(5).扫查：在被检测角钢表面打磨出一平整的探头移动区域并涂抹耦合剂，使用超声导波探头沿该探头移动区域横向移动进行扫查；
(6).缺陷定位：如果回波信号幅度大于等于对比试块的距离-波幅曲线，则判定为此项检验不合格；如果整根角钢的所有回波信号幅度均低于对比试块的距离-波幅曲线，则判定为此项检验合格。
2.根据权利要求1所述的针对电力铁塔角钢的超声导波检测方法，其特征在于：所述的人工缺陷槽的制作方法：在对比试块上的横向表面上切割一槽深为1mm的人工缺陷槽，该人工缺陷槽与对比试块一端的距离≥200mm，该人工缺陷槽与对比试块另一端的距离≥一次最大探测距离+100mm。
3.根据权利要求1所述的针对电力铁塔角钢的超声导波检测方法，其特征在于：在对比试块上选择测试点的方法：测试点的数量≥5，超声导波探头前方对准对比试块的人工缺陷槽且第一测试点位于距离人工缺陷槽的L/5处，其中，L为最大探测距离，最后一测试点位于最大探测距离处，其他测试点均位于第一测试点和最后一测试点之间。
4.根据权利要求1所述的针对电力铁塔角钢的超声导波检测方法，其特征在于：所述的超声波探伤仪的激励信号，采用宽脉冲窄频带的激励信号。
5.根据权利要求1所述的针对电力铁塔角钢的超声导波检测方法，其特征在于：所述的超声导波探头采用检测频率为1MHz的探头。
6.根据权利要求1或5所述的针对电力铁塔角钢的超声导波检测方法，其特征在于：所述的超声导波探头的声束入射角度为45度。
7.根据权利要求1所述的针对电力铁塔角钢的超声导波检测方法，其特征在于：所述的超声导波探头采用增益6dB作为探伤灵敏度。
8.根据权利要求1任一项所述的针对电力铁塔角钢的超声导波检测方法，其特征在于：所述的耦合剂为机油。
9.根据权利要求1任一项所述的针对电力铁塔角钢的超声导波检测方法，其特征在于：所述的探头移动区域的横向长度为角钢一侧表面的宽度，其纵向长度大于超声导波探头的长度。
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