CN109239197A - 直管与弯头对接接头的超声衍射时差检测方法 - Google Patents

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李国维
王勇
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Abstract

本发明提供了一种直管与弯头对接接头的超声衍射时差检测方法，属于焊缝检测领域，包括步骤：根据预设条件确定初始探头间距及发射探头的声束中心距焊缝中心线的距离；将发射探头与接收探头放置于焊缝同一侧，进行扫查；根据扫查图像获取缺陷尺寸。本发明提供的直管与弯头对接接头的超声衍射时差检测方法，利用超声波衍射时差检测技术，并且可以在焊缝单侧进行扫查，只需在直管侧布置两个探头，能够实现直管与弯管对接接头位置的超声波衍射时差检测的单侧扫查方式，进而提高直管与弯管对接接头位置的检测精确度。

Description

直管与弯头对接接头的超声衍射时差检测方法
技术领域
本发明属于焊缝检测技术领域，更具体地说，是涉及一种直管与弯头对接接头的超声衍射时差检测方法。
背景技术
超声波衍射时差检测技术(TOFD)的应用日益广泛，TOFD与其他检测方法相比，主要优势包括:一、缺陷检出率高，根据相关统计，缺陷有效检出率超过90％，超过其它各方法；二、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；三、有很高的定量精度，绝对的误差是约1mm。对于焊缝的TOFD检测，需将两个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。然而，对于压力管道(直管)与弯头的对接焊缝，由于焊缝两侧母材不等高或弯头侧为斜面等结构的原因，在弯头侧往往不能放置TOFD探头，从而无法实现此类焊缝的TOFD检测。
发明内容
本发明的目的在于提供一种直管与弯头对接接头的超声衍射时差检测方法，以解决现有技术中存在的不能对直管与弯头对接接头进行TOFD检测的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种直管与弯头对接接头的超声衍射时差检测方法，包括如下步骤：
根据预设条件确定初始探头间距及发射探头的声束中心距焊缝中心线的距离；
将发射探头与接收探头放置于焊缝同一侧，进行扫查；
根据扫查图像获取缺陷尺寸。
进一步地，所述根据扫查图像获取缺陷尺寸包括：
调整探头间距，重复进行扫查；
根据上衍射端点和下衍射端点衍射信号在两次扫查中的时间及探头间距确定缺陷长度和缺陷宽度。
进一步地，所述根据上衍射端点和下衍射端点衍射信号在两次扫查中的时间及距发射探头的水平距离确定缺陷长度和缺陷宽度包括：
根据上衍射端点衍射信号在两次扫查中的时间及探头间距确定缺陷上端点距扫查面的深度及距发射探头的水平距离；
根据下衍射端点衍射信号在两次扫查中的时间及探头间距确定缺陷下端点距扫查面的深度及距发射探头的水平距离。
进一步地，所述根据上衍射端点衍射信号在两次扫查中的时间及探头间距确定缺陷上端点距扫查面的深度及距发射探头的水平距离的公式为：
其中，c为材料中的纵波声速，t上1为上衍射端点衍射信号在第一次扫查中的时间，t上2为上衍射端点衍射信号在第二次扫查中的时间，PCS1为初始探头间距，PCS2为调整后探头间距；
根据公式(1)和公式(2)获取缺陷上端点距扫查面的深度h1及距发射探头的水平距离x1，并且，h1＜0，x1＞0；
所述根据下衍射端点衍射信号在两次扫查中的时间及探头间距确定缺陷下端点距扫查面的深度及距发射探头的水平距离的公式为：
其中，c为材料中的纵波声速，t下1为下衍射端点衍射信号在第一次扫查中的时间，t下2为下衍射端点衍射信号在第二次扫查中的时间，PCS1为初始探头间距，PCS2为调整后探头间距；
根据公式(3)和公式(4)获取缺陷下端点距扫查面的深度h2及距发射探头的水平距离x2，并且，h2＜0，x2＞0；
根据缺陷上端点距扫查面的深度h1及缺陷下端点距扫查面的深度h2获取缺陷长度的公式为：
H＝|h1-h2| (5)
根据缺陷上端点距发射探头的水平距离x1及缺陷下端点距发射探头的水平距离x2获取缺陷宽度的公式为：
W＝|x1-x2| (6)。
进一步地，所述根据预设条件确定探头间距及发射探头的声束中心距焊缝中心线的距离包括：
根据焊缝宽度、工件厚度、发射探头的半扩散角以及接收探头的半扩散角确定的探头间距以及发射探头距焊缝中心线的距离。
进一步地，所述将发射探头与接收探头放置于焊缝同一侧，进行扫查之后还包括：
对扫查结果进行判读，若未发现缺陷图像显示，则完成扫描。
进一步地，所述调整探头间距，重复进行扫查包括：
对扫查结果进行判读，若发现缺陷图像显示，则将发射探头和接收探头的间距藏大或缩小预设调整距离，使初始探头间距变为调整后探头间距，重复进行一次扫查。
进一步地，所述预设调整距离为初始探头间距的8％-12％。
进一步地，所述预设调整距离为初始探头间距的10％。
进一步地，所述将发射探头与接收探头放置于焊缝同一侧，进行扫查包括：
分别将发射探头和接收探头安装在扫查架上，并分别与测试主机相连接；
将扫查架按照发射探头距焊缝中心线的距离值置于待检母材上；
启动测试主机，分别调整声速、时间窗口、信号增益、编码器步长参数，对焊缝进行扫查。
本发明提供的直管与弯头对接接头的超声衍射时差检测方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明直管与弯头对接接头的超声衍射时差检测方法，利用超声波衍射时差检测技术，并且可以在焊缝单侧进行扫查，只需在直管侧布置两个探头，能够实现直管与弯管对接接头位置的超声波衍射时差检测的单侧扫查方式，进而提高直管与弯管对接接头位置的检测精确度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例采用的超声波衍射时差检测设备的使用状态示意图；
图2为本发明实施例提供的直管与弯头对接接头的超声衍射时差检测方法的原理图一；
图3为本发明实施例提供的直管与弯头对接接头的超声衍射时差检测方法的原理图二；
图4为利用本发明实施例提供的直管与弯头对接接头的超声衍射时差检测方法进行测试时，在测试主机上显示的扫查图像。
其中，图中各附图标记：
1-直管；2-弯管；3-焊缝；4-裂纹；5-发射探头；6-接收探头；7-入射波；8-衍射波；9-声束边缘；10-测试主机；11-探头线
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请一并参阅图1至图3，现对本发明提供的直管与弯头对接接头的超声衍射时差检测方法进行说明。所述直管与弯头对接接头的超声衍射时差检测方法，包括如下步骤：
根据预设条件确定初始探头间距及发射探头的声束中心距焊缝中心线的距离，能够确保超声波声既能最大限度地覆盖焊缝区域又能获得尽量高的信噪比；
将发射探头与接收探头放置于焊缝同一侧，进行扫查；
根据扫查图像获取缺陷尺寸。
测试装置由两个探头组成，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。
本发明提供的直管与弯头对接接头的超声衍射时差检测方法，与现有技术相比，利用超声波衍射时差检测技术，并且可以在焊缝单侧进行扫查，只需在直管侧布置两个探头，能够实现直管与弯管对接接头位置的超声波衍射时差检测的单侧扫查方式，进而提高直管与弯管对接接头位置的检测精确度。
作为本发明提供的直管与弯头对接接头的超声衍射时差检测方法的一种具体实施方式，根据扫查图像获取缺陷尺寸包括：
调整探头间距，重复进行扫查；
根据上衍射端点和下衍射端点衍射信号在两次扫查中的时间及探头间距确定缺陷长度和缺陷宽度。
测试时，采用小折射角探头作为发射探头，大折射角探头作为接收探头。由于采用本发明的探头布置方式进行单面单侧扫查，不能像常规TOFD检测那样接收到直通波以及底面回波信号，导致无法对缺陷进行精确定位，故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的不同。
请参阅图4，作为本发明提供的直管与弯头对接接头的超声衍射时差检测方法的一种具体实施方式，根据上衍射端点和下衍射端点衍射信号在两次扫查中的时间及距发射探头的水平距离确定缺陷长度和缺陷宽度包括：
根据上衍射端点衍射信号在两次扫查中的时间及探头间距确定缺陷上端点距扫查面的深度及距发射探头的水平距离；
根据下衍射端点衍射信号在两次扫查中的时间及探头间距确定缺陷下端点距扫查面的深度及距发射探头的水平距离。图4中，前一个(左侧)波形为裂纹上尖端衍射信号，后一个波形(右侧)为裂纹下尖端衍射信号。
测试时，当焊缝中存在裂纹缺陷，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，获得如图4所示的扫查图像。测试所采用的关系式为:
其中，c为材料中的纵波声速；
t为缺陷信号时差；
x为缺陷距发射探头中心的水平距离；
h为缺陷的埋藏深度(缺陷距扫查面的距离)；
PCS为两探头间距。最终通过求解二元二次方程组以实现对缺陷的精确定位。
具体地，作为本发明提供的直管与弯头对接接头的超声衍射时差检测方法的一种具体实施方式，根据上衍射端点衍射信号在两次扫查中的时间及探头间距确定缺陷上端点距扫查面的深度及距发射探头的水平距离的公式为：
其中，c为材料中的纵波声速，t上1为上衍射端点衍射信号在第一次扫查中的时间，t上2为上衍射端点衍射信号在第二次扫查中的时间，PCS1为初始探头间距，PCS2为调整后探头间距；
根据公式(1)和公式(2)获取缺陷上端点距扫查面的深度h1及距发射探头的水平距离x1，并且，h1＜0，x1＞0；
所述根据下衍射端点衍射信号在两次扫查中的时间及探头间距确定缺陷下端点距扫查面的深度及距发射探头的水平距离的公式为：
其中，c为材料中的纵波声速，t下1为下衍射端点衍射信号在第一次扫查中的时间，t下2为下衍射端点衍射信号在第二次扫查中的时间，PCS1为初始探头间距，PCS2为调整后探头间距；
根据公式(3)和公式(4)获取缺陷下端点距扫查面的深度h2及距发射探头的水平距离x2，并且，h2＜0，x2＞0；
根据缺陷上端点距扫查面的深度h1及缺陷下端点距扫查面的深度h2获取缺陷长度的公式为：
H＝|h1-h2| (5)
根据缺陷上端点距发射探头的水平距离x1及缺陷下端点距发射探头的水平距离x2获取缺陷宽度的公式为：
W＝|x1-x2| (6)。
作为本发明提供的直管与弯头对接接头的超声衍射时差检测方法的一种具体实施方式，根据预设条件确定探头间距及发射探头的声束中心距焊缝中心线的距离包括：
根据焊缝宽度、工件厚度、发射探头的半扩散角以及接收探头的半扩散角确定的探头间距以及发射探头距焊缝中心线的距离。
测试选用两个折射角不同的探头相互配合，例如，选择大折射角(如60度)探头作为超声波接收探头，选择小折射角探头(如20度)作为发射探头，其中发射探头距焊缝中心线的距离表示为L。具体选取方式参见表1。
表1平板对接接头的探头推荐性选择和设置
作为本发明提供的直管与弯头对接接头的超声衍射时差检测方法的一种具体实施方式，为提高检测效率，将发射探头与接收探头放置于焊缝同一侧，进行扫查之后还包括：
对扫查结果进行判读，若未发现缺陷图像显示，则完成扫描。
作为本发明提供的直管与弯头对接接头的超声衍射时差检测方法的一种具体实施方式，调整探头间距，重复进行扫查包括：
对扫查结果进行判读，若发现缺陷图像显示，则将发射探头和接收探头的间距藏大或缩小预设调整距离，使初始探头间距变为调整后探头间距，重复进行一次扫查。
作为本发明提供的直管与弯头对接接头的超声衍射时差检测方法的一种具体实施方式，预设调整距离为初始探头间距的8％-12％。
作为本发明提供的直管与弯头对接接头的超声衍射时差检测方法的一种具体实施方式，预设调整距离为初始探头间距的10％。。
作为本发明提供的直管与弯头对接接头的超声衍射时差检测方法的一种具体实施方式，将发射探头与接收探头放置于焊缝同一侧，进行扫查包括：
分别将发射探头和接收探头安装在扫查架上，并分别与测试主机相连接；
将扫查架按照发射探头距焊缝中心线的距离值置于待检母材上；
启动测试主机，分别调整声速、时间窗口、信号增益、编码器步长参数，对焊缝进行扫查。
本发明提供的直管与弯头对接接头的超声衍射时差检测方法实现了采用TOFD先进技术对于压力管道(直管)与弯头的对接焊缝的缺陷检测，突破了此类焊缝因结构原因无法放置探头从而难于检测的局限性，充分发挥了TOFD缺陷检出率高、精度高的优势。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.直管与弯头对接接头的超声衍射时差检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
根据预设条件确定初始探头间距及发射探头的声束中心距焊缝中心线的距离；
将发射探头与接收探头放置于焊缝同一侧，进行扫查；
根据扫查图像获取缺陷尺寸。
2.如权利要求1所述的直管与弯头对接接头的超声衍射时差检测方法，其特征在于，所述根据扫查图像获取缺陷尺寸包括：
调整探头间距，重复进行扫查；
根据上衍射端点和下衍射端点衍射信号在两次扫查中的时间及探头间距确定缺陷长度和缺陷宽度。
3.如权利要求2所述的直管与弯头对接接头的超声衍射时差检测方法，其特征在于，所述根据上衍射端点和下衍射端点衍射信号在两次扫查中的时间及距发射探头的水平距离确定缺陷长度和缺陷宽度包括：
根据上衍射端点衍射信号在两次扫查中的时间及探头间距确定缺陷上端点距扫查面的深度及距发射探头的水平距离；
根据下衍射端点衍射信号在两次扫查中的时间及探头间距确定缺陷下端点距扫查面的深度及距发射探头的水平距离。
4.如权利要求3所述的直管与弯头对接接头的超声衍射时差检测方法，其特征在于，所述根据上衍射端点衍射信号在两次扫查中的时间及探头间距确定缺陷上端点距扫查面的深度及距发射探头的水平距离的公式为：
其中，c为材料中的纵波声速，t上1为上衍射端点衍射信号在第一次扫查中的时间，t上2为上衍射端点衍射信号在第二次扫查中的时间，PCS1为初始探头间距，PCS2为调整后探头间距；
根据公式(1)和公式(2)获取缺陷上端点距扫查面的深度h1及距发射探头的水平距离x1，并且，h1＜0，x1＞0；
所述根据下衍射端点衍射信号在两次扫查中的时间及探头间距确定缺陷下端点距扫查面的深度及距发射探头的水平距离的公式为：
其中，c为材料中的纵波声速，t下1为下衍射端点衍射信号在第一次扫查中的时间，t下2为下衍射端点衍射信号在第二次扫查中的时间，PCS1为初始探头间距，PCS2为调整后探头间距；
根据公式(3)和公式(4)获取缺陷下端点距扫查面的深度h2及距发射探头的水平距离x2，并且，h2＜0，x2＞0；
根据缺陷上端点距扫查面的深度h1及缺陷下端点距扫查面的深度h2获取缺陷长度的公式为：
H＝|h1-h2| (5)
根据缺陷上端点距发射探头的水平距离x1及缺陷下端点距发射探头的水平距离x2获取缺陷宽度的公式为：
W＝|x1-x2| (6)。
5.如权利要求1所述的直管与弯头对接接头的超声衍射时差检测方法，其特征在于，所述根据预设条件确定探头间距及发射探头的声束中心距焊缝中心线的距离包括：
根据焊缝宽度、工件厚度、发射探头的半扩散角以及接收探头的半扩散角确定的探头间距以及发射探头距焊缝中心线的距离。
6.如权利要求2所述的直管与弯头对接接头的超声衍射时差检测方法，其特征在于，所述将发射探头与接收探头放置于焊缝同一侧，进行扫查之后还包括：
对扫查结果进行判读，若未发现缺陷图像显示，则完成扫描。
7.如权利要求6所述的直管与弯头对接接头的超声衍射时差检测方法，其特征在于，所述调整探头间距，重复进行扫查包括：
对扫查结果进行判读，若发现缺陷图像显示，则将发射探头和接收探头的间距藏大或缩小预设调整距离，使初始探头间距变为调整后探头间距，重复进行一次扫查。
8.如权利要求7所述的直管与弯头对接接头的超声衍射时差检测方法，其特征在于：所述预设调整距离为初始探头间距的8％-12％。
9.如权利要求8所述的直管与弯头对接接头的超声衍射时差检测方法，其特征在于：所述预设调整距离为初始探头间距的10％。
10.如权利要求1所述的直管与弯头对接接头的超声衍射时差检测方法，其特征在于，所述将发射探头与接收探头放置于焊缝同一侧，进行扫查包括：
分别将发射探头和接收探头安装在扫查架上，并分别与测试主机相连接；
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