CN108226294A - 一种未焊透焊缝的超声波检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种未焊透焊缝的超声波检测方法，采用TOFD探伤仪和至少两个超声波探头，包括以下步骤：(1)根据检测条件和角焊缝的规格，选择要使用的探头的种类和频率；(2)将两个探头直接接触，测定探头入射点、前沿和超声波在探头楔块中传播的时间；(3)确定所使用探头的中心距，将探头安装在TOFD探伤仪的扫查架上；(4)通过工件试块，对超声波探头进行校准；(5)使用校准后的TOFD探伤仪，对对比试块进行检测；(6)确定使用的TOFD探头组数和进行扫查的次数，以保证覆盖所检测焊缝的深度和宽度范围；(7)对工件进行扫查；(8)对图像进行分析。本发明的超声波检测方法，检测效率高、数据全面、检测无盲区。

Description

一种未焊透焊缝的超声波检测方法

技术领域

本发明涉及超声波探伤技术领域，尤其涉及一种未焊透焊缝的超声波检测方法。

背景技术

超声波探伤是利用超声能透入金属材料的深处，并由一截面进入另一截面时，在界面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷的一种方法，当超声波束自零件表面由探头通至金属内部，遇到缺陷与零件底面时就分别发生反射波，在荧光屏上形成脉冲波形，根据这些脉冲波形来判断缺陷位置和大小。超声波在介质中传播时有多种波型，检验中最常用的为纵波、横波、表面波和板波。用纵波可探测金属铸锭、坯料、中厚板、大型锻件和形状比较简单的制件中所存在的夹杂物、裂缝、缩管、白点、分层等缺陷；用横波可探测管材中的周向和轴向裂缝、划伤、焊缝中的气孔、夹渣、裂缝、未焊透等缺陷；用表面波可探测形状简单的铸件上的表面缺陷；用板波可探测薄板中的缺陷。

超声爬波是折射角为90°的压缩纵波，最大幅值方向与表面成一小角度，仅在表面下传播，表面散射相对较弱，对表面粗糙度不敏感，特别适合检测奥氏体粗晶材料表面、近表面缺陷以及薄件中缺陷的检验，如铸件、堆焊层等表面下缺陷裂纹以及螺栓根部的裂纹等。

在超声波检测过程中，超声波的发射和接收拾通过探头来实现的。探头的性能直接影响超声波的特性，影响超声波的检测性能。在超声检测中使用的探头，是利用材料的压电效应实现电能、声能转换的换能器。探头中的关键部件是晶片，晶片是一个具有压电效应的单晶或者多晶体薄片，它的作用是将电能和声能互相转换。

角焊缝在电力石油化工等部门中大量应用于各中容器管道等金属结构件上，其质量状况直接影响到设备的安全运行。角焊缝对结构构件的连接方式与对接焊缝不同，其焊缝两侧的结构体的相互成一定的角度，从力学方面来看，易造成应力集中，导致裂纹萌生，而且裂纹走向既有平行也有垂直焊缝方向。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种未焊透焊缝的超声波检测方法，检测效率高、数据全面、检测无盲区。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种未焊透焊缝的超声波检测方法，采用TOFD探伤仪和至少两个超声波探头，包括以下步骤：

(1)根据检测条件和角焊缝的规格，选择要使用的探头的种类和频率；

(2)将两个探头直接接触，测定探头入射点、前沿和超声波在探头楔块中传播的时间；

(3)确定所使用探头的中心距，将探头安装在TOFD探伤仪的扫查架上；

(4)通过工件试块，对超声波探头进行校准；

(5)使用校准后的TOFD探伤仪，对对比试块进行检测；

(6)确定使用的TOFD探头组数和进行扫查的次数，以保证覆盖所检测焊缝的深度和宽度范围；

(7)对工件进行扫查；

(8)对图像进行分析。

上述方法中，优选地，两个所述超声波探头一个为爬波探头，另一个为横波斜探头，在TOFD扫描同时对焊缝进行上部爬波探头扫描，下部进行横波斜探头扫描。

上述方法中，优选地，采用无损检测仿真软件CIVA，对角焊缝进行建模，对建好的工件模型进行波束仿真，从而选出合适的超声波探头和楔块，并确定聚焦法则。

上述方法中，优选地，两个所述超声波探头为一组，一个为爬波探头，另一个为横波斜探头，在TOFD扫描同时对焊缝进行上部爬波探头扫描，下部进行横波斜探头扫描。

上述方法中，优选地，所述步骤(6)中，所选探头应是短脉冲的，直通波与底面反射波的脉冲长度不超过两个周期。

上述方法中，优选地，所述直通波和底波信号的时间窗口至少达到20个信号周期。

上述方法中，优选地，所述时间窗口的起始位置应设置在直通波到达接收探头前，窗口宽度应设置在工件底面的一次波型转换波后。

上述方法中，优选地，所述步骤(2)中，将两探头直接接触，在仪器中找出其最高波的位置，两探头接触的中间点即为探头入射点，重叠的一半距离即为前沿，由A扫信号可读出超声波在探头楔块中传播的时间。

上述方法中，优选地，所述A扫描特征参数选择与时间测量精度要求相一致的数字化频率，通常为探头标称频率的5倍。

上述方法中，优选地，所述步骤(3)中，使用2/3T准则或其他适当的选择来确定所使用探头的中心距。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明的未焊透焊缝的超声波检测方法，一次扫查可覆盖整个焊缝，检测简便快捷，最常用的非平行扫查只需一人即可以操作，检测效率高。

(2)本发明的未焊透焊缝的超声波检测方法，检测过程中所有检测数据均实时记录，并可用电脑处理，记录数据可用于远程判读及结果追溯，数据全面记录。

(3)本发明的未焊透焊缝的超声波检测方法，在检测过程中利用TOFD技术扫描焊缝中部，横波斜探头扫描焊缝根部，爬波探头扫描焊缝表面，避免检测盲区的出现，确保检测准确率。

附图说明

图1是本发明实施例的扫查示意图。

图2为本发明的直射波数据图。

图3为本发明的一次反射波数据图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

本发明的未焊透焊缝的超声波检测方法，采用TOFD探伤仪和两个超声波探头进行检测。具体包括以下步骤：

(1)资料审查准备

在实施检测之前，应更多地了解工件情况、焊缝情况、以及欲检出缺陷情况等信息，这将有利于设计更好的检测方案。

(2)被检测工件准备

检查焊缝外观，余高宽度与高度，两边的母材的厚度是否一致等。扫查面一侧余高过宽可能影响PCS设置；底部焊缝过宽导致下表面检测盲区增大；不等厚连接焊缝可能引起多个底面波；检查扫查面情况是否平整。清除表面的焊接飞溅、铁屑、油垢及其他杂质。检查粗糙度是否影响耦合，一般要求机加工表面Ra不超过6.3μm，喷丸表而Ra不超过12.5μm；确定和标记检测区域，画出焊缝中心线和检测区域宽度；要求去除余高的焊缝，应将余高打磨到与邻近母材平齐；保留余高的焊缝，如果焊缝表面有咬边、较大的***和凹陷等也应进行适当的修磨，并作圆滑过渡以免影响检测结果的评定；如有必要，可以对焊缝两边的母材进行是否有分层和撕裂的检查，这有助于解释D/B扫描中带状信号。

(3)选择探头

正确选择探头种类和频率。所选择的探头应是短脉冲的，直通波与底面反射波的脉冲长度不超过两个周期。保证时间分辨力的频率选择要求是：直通波和底波信号的时间窗口至少达到20个信号周期；为保证信噪比，对衰减大的粗晶材料可适当降低频率；频率的选择还应与晶片直径和波束扩散综合考虑。使用无损检测仿真软件CIVA，对角焊缝进行建模，对建好的工件模型进行波束仿真，选出合适的探头和楔块，并确定聚焦法则。

(4)探头参数的测定

测定探头入射点、前沿和超声波在探头楔块中传播的时间。测定方法为将两探头直接接触，在仪器中找出其最高波的位置，两探头接触的中间点即为探头入射点，重叠的一半距离即为前沿，由A扫信号可读出超声波在探头楔块中传播的时间。

(5)设置探头间距(PCS)

使用2/3T准则或其他适当的选择来确定所使用探头的中心距。将探头安装在扫查架上，确认PCS与焊缝的余高宽度以及扫查面能相适应。

(6)选择TOFD探头组数和必要的扫查次数

根据规程要求确定使用几组探头和进行几次扫查，以保证覆盖所检测焊缝的深度和宽度范围。如果需要使用一组以上超声波探头，应按照以上(3)、(4)步骤进行多次选择。应对每一组探头按照各自检测的区域进行参数优化，包括探头的频率、晶片尺寸和中心距等。

(7)TOFD探伤仪校准

选取两个工件试块，对TOFD探伤仪和超声波探头的参数进行修正。

(8)对对比试块进行检测

使用校准后的TOFD探伤仪和超声波探头，对对比试块进行检测，

(9)选择A扫描采集参数

选择数字化频率，应与时间测量精度要求相一致，以获得足够的波幅分辨能力。数字化频率通常为探头标称频率的5倍；选择滤波设置，以获得最好的信噪比。最小带宽应为0.5到2倍的探头标称频率；选择激发脉冲宽度设置，以获得最短的信号和最大的深度分辨力；设置信号平均值至最低要求，以获得一个合理的信噪比；设定脉冲重复频率，要求与数据采集速度相称。

(10)设置时间窗口

如果在深度方向是一次扫查，时间窗可根据直通波或波型转换底波设置。窗口的起始位置应设置在直通波到达接收探头前，窗口宽度应设置在工件底面的一次波型转换波后，以便观察底面反射纵波信号之后是否有信号显示。有些近表面缺陷，其纵波信号出现在直通波附近，因而难以观察到。但这些缺陷同时会产生以横波形式传播的的信号，因为而横波声速大约是纵波的一半，这些信号出现在底面反射纵波信号之后，观察这些信号对发现和验证某些缺陷是有用处的。如果在深度方向进行分区扫查，有些分区没有直通波和底波，对这些扫查区就必须通过计算设置时间窗口，并在对比试块上校核。

(11)对待测工件进行扫查(如图1所示)

对待测工件进行直射波环向扫查，探头楔块前沿到焊缝的距离为a，沿管道环向使用直射波对角焊缝内侧区域进行扫查，得到如图2所示数据图。

对待测工件进行一次反射波环向扫查，探头楔块前沿到焊缝的距离为b，管道环向使用一次反射波对角焊缝外侧区域进行扫查，得到如图所示3数据图。

(12)图像数据分析及待测工件质量评定

把图像数据传输至计算机，对数据进行分析。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种未焊透焊缝的超声波检测方法，采用TOFD探伤仪和至少两个超声波探头，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据检测条件和角焊缝的规格，选择要使用的探头的种类和频率；

(2)将两个探头直接接触，测定探头入射点、前沿和超声波在探头楔块中传播的时间；

(3)确定所使用探头的中心距，将探头安装在TOFD探伤仪的扫查架上；

(4)通过工件试块，对超声波探头进行校准；

(5)使用校准后的TOFD探伤仪，对对比试块进行检测；

(6)确定使用的TOFD探头组数和进行扫查的次数，以保证覆盖所检测焊缝的深度和宽度范围；

(7)对工件进行扫查；

(8)对图像进行分析。

2.根据权利要求1所述的未焊透焊缝的超声波检测方法，其特征在于，两个所述超声波探头一个为爬波探头，另一个为横波斜探头，在TOFD扫描同时对焊缝进行上部爬波探头扫描，下部进行横波斜探头扫描。

3.根据权利要求1所述的未焊透焊缝的超声波检测方法，其特征在于，采用无损检测仿真软件CIVA，对角焊缝进行建模，对建好的工件模型进行波束仿真，从而选出合适的超声波探头和楔块，并确定聚焦法则。

4.根据权利要求3所述的未焊透焊缝的超声波检测方法，其特征在于，所述步骤(6)中，所选TOFD探头应是短脉冲的，直通波与底面反射波的脉冲长度不超过两个周期。

5.根据权利要求4所述的未焊透焊缝的超声波检测方法，其特征在于，所述直通波和底波信号的时间窗口至少达到20个信号周期。

6.根据权利要求5所述的未焊透焊缝的超声波检测方法，其特征在于，所述时间窗口的起始位置应设置在直通波到达接收探头前，窗口宽度应设置在工件底面的一次波型转换波后。

7.根据权利要求4所述的未焊透焊缝的超声波检测方法，其特征在于，所述步骤(2)中，将两探头直接接触，在仪器中找出其最高波的位置，两探头接触的中间点即为探头入射点，重叠的一半距离即为前沿，由A扫信号可读出超声波在探头楔块中传播的时间。

8.根据权利要求7所述的未焊透焊缝的超声波检测方法，其特征在于，所述A扫描特征参数选择与时间测量精度要求相一致的数字化频率，通常为探头标称频率的5倍。

9.根据权利要求4所述的未焊透焊缝的超声波检测方法，其特征在于，所述步骤(3)中，使用2/3T准则或其他适当的选择来确定所使用探头的中心距。