CN102507734A - 一种焊缝的超声波时差衍射检测方法 - Google Patents

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郝晓军
牛晓光
李中伟
刘长福
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Abstract

本发明涉及一种焊缝的超声波时差衍射检测方法，其是将折射角不同的两个探头分别作为发射探头和接收探头设置在焊缝的同侧，与TOFD仪器相连接，对焊缝进行扫查，对扫查图像进行判读，若未发现缺陷信号图像，则扫查完成，否则，改变探头间距PCS，其余设置和参数保持不变，再进行一次扫查，根据两次扫查结果进行计算，实现对焊缝缺陷的定位、定量检测。本发明采用单面单侧扫查的方式，在保持了TOFD检测原有优势的同时，实现了对压力容器筒体及封头对接焊缝以及压力管道与弯头、大小头或三通等异型元件对接焊缝的TOFD检测，适用范围广。

Description

一种焊缝的超声波时差衍射检测方法
技术领域
本发明涉及一种焊缝的超声波时差衍射检测方法。
技术背景
在上个世纪70年代早期,史克博士发明了超声波时差衍射检测(TOFD)技术。TOFD技术是一种裂纹尺寸检测技术，由两个探头组成，一个探头起发射作用，另一个探头起接收作用，其原理是通过超声波衍射后能量重新发射计算裂纹的位置。与常规的脉冲回波技术相比，TOFD技术有两个最大的优势：1、有很高的定量精度，绝对的误差是正负一毫米；2、在检测的过程中对缺陷的角度不敏感, 定量是基于衍射信号的时间而不是基于信号的波幅。目前对于焊缝的常规TOFD检测，需将TOFD探头分别置于焊缝两侧，一般是两探头横跨焊缝，且声束方向与焊缝走向垂直，如附图1所示。
然而，对于压力管道与弯头、大小头或三通等异型元件的对接焊缝，由于焊缝两侧母材不等高或弯头侧为斜面等结构的原因，在大小头、弯头或三通侧往往不能放置TOFD探头，从而无法实现此类焊缝的TOFD检测。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供适用于无法在焊缝两侧同时布置探头的压力管道与弯头、大小头或三通等异型元件的对接焊缝的一种焊缝的超声波时差衍射检测方法。
本发明解决上述技术问题采取的技术方案：
一种焊缝的超声波时差衍射检测方法，其包括如下步骤：
将折射角不同的两个探头分别作为发射探头和接收探头与TOFD仪器相连接，将所述两个探头按相同的方向安装在扫查架上，所述扫查架位于与焊缝的中心线垂直的方向，且位于焊缝中心线的同侧，启动TOFD仪器，根据待检的工件母材的厚度及探头角度确定两探头间距PCS和确定发射探头距焊缝中心线的距离L，调整仪器参数后，扫查架沿与焊缝中心线平行的方向移动，对焊缝进行扫查；对扫查图像进行判读，若未发现缺陷信号图像，则扫查完成，否则，改变探头间距PCS，其余设置和参数保持不变，再进行一次扫查，根据两次扫查结果进行计算，实现对焊缝缺陷的定位、定量检测。
本发明采用上述技术方案产生的有益效果是：本发明将传统TOFD检测时两个折射角相同的探头在焊缝两侧布置的方式改变为两个折射角不同的探头在焊缝单侧布置，采用单面单侧扫查的方式，在保持了TOFD检测原有优势的同时，实现了对压力容器筒体及封头对接焊缝以及压力管道与弯头、大小头或三通等异型元件对接焊缝的TOFD检测，适用范围广。
附图说明
图1为常规TOFD检测技术的探头布置示意图；
图2为本发明方法的探头布置示意图；
图3为本发明方法的测量原理示意图；
图4为采用本发明方法测量有缺陷焊缝时的A扫查信号示意图；
在附图中：1接收探头、2发射探头、3 焊缝缺陷、4焊缝、5工件母材、6声束边缘、7入射波、8衍射波、9扫查覆盖区、10 TOFD仪器、11 探头线、12 扫查架、a 焊缝缺陷上尖端衍射信号、b焊缝缺陷上尖端衍射信号。
具体实施方式
如图1所示，常规TOFD检测技术的探头分别置于焊缝两侧，对于压力管道与弯头、大小头或三通等异型元件的对接焊缝不能检测。如图2所示为本发明方法的探头布置示意图，接收探头1选择大折射角（60度）的探头，发射探头2选择小折射角（20度）的探头；为确保超声波既能最大限度地覆盖焊缝区域又能获得尽量高的信噪比，根据工件厚度以及探头角度确定探头间距PCS以及发射探头2距焊缝4的中心线的距离L；将上述两个探头安装在扫查架12上，并与TOFD仪器10（型号：OMNISCAN）相连接；将扫查架12按照所确定的L值置于待检的工件母材5上的焊缝4的同一侧，且两探头的连线与焊缝4的中心线垂直；启动TOFD仪器10，调整声速、时间窗口、信号增益、编码器步长等参数，沿焊缝4的中心线平行的方向进行扫查；对扫查结果进行判读，如果未发现缺陷图像显示，则完成扫描；否则，保持发射探头2与焊缝4的中心线的距离L不变，探头间距PCS增大或缩小10%，其他参数不变，再重复进行一次扫查。当焊缝中存在裂纹缺陷时，缺陷的上端点衍射信号和下端点衍射信号将分别被接收探头所接收，获得图4所示的A扫查信号。
如图3所示为本发明方法的测量原理示意图，图中各参量的关系可由式1确定。
Figure 2011103285748100002DEST_PATH_IMAGE002
                式1
式中 c  ——材料中的纵波声速；
     t  ——焊缝缺陷信号时差；
     x  ——焊缝缺陷距发射探头中心的水平距离；
     h  ——焊缝缺陷的埋藏深度（焊缝缺陷距扫查面的距离）；
     PCS——探头间距。
分别提取焊缝缺陷3的上端点衍射信号在两次扫查中的时间t1和t2，求解由t1、t2、PCS1、PCS2、x、h以及声速c确定的二元二次方程组，见式2，确定焊缝缺陷3的上端点距扫查面的深度h1及距发射探头2的水平距离x1；同理再确定焊缝缺陷3的下端点距扫查面的深度h2及距发射探头2的水平距离x2。根据式3和式4计算焊缝缺陷3的高度H与宽度W，与常规TOFD检测方法一样，通过扫查图像直接确定焊缝缺陷3的长度l。
Figure 2011103285748100002DEST_PATH_IMAGE004
                  式2
H=︱h1 - h2︱                                    式3
W=︱x1 - x2︱                                    式4
本发明采用双次扫查的方式，两次扫查的唯一区别仅在于探头间距PCS的不同，最后通过求解公式2所示的二元二次方程组以实现对缺陷的精确定位，实现了对压力容器筒体及封头对接焊缝以及压力管道与弯头、大小头或三通等异型元件对接焊缝的TOFD检测，适用范围广泛。

Claims (1)

1.一种焊缝的超声波时差衍射检测方法，其特征在于其包括如下步骤：
将折射角不同的两个探头分别作为发射探头（2）和接收探头(1)与TOFD仪器(10)相连接，将所述两个探头按相同的方向安装在扫查架（12）上，所述扫查架（12）位于与焊缝（4）的中心线垂直的方向，且位于焊缝（4）中心线的同侧，启动TOFD仪器（10），根据待检的工件母材（5）的厚度及探头角度确定两探头间距PCS和发射探头（2）距焊缝（4）中心线的距离L，调整仪器参数后，扫查架（12）沿与焊缝（4）中心线平行的方向移动，对焊缝进行扫查；对扫查图像进行判读，若未发现缺陷信号图像，则扫查完成；否则，改变探头间距PCS，其余设置和参数保持不变，再进行一次扫查，根据两次扫查结果进行计算，实现对焊缝缺陷（3）的定位、定量检测。
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