铁素体类钢小径管对接环焊缝相控阵超声检测方法技术

本发明专利技术公开了铁素体类钢小径管对接环焊缝相控阵超声检测方法，属于质量控制体系的无损检测技术领域。通过相控阵超声检测仪、相控阵操作系统、高频线阵横波探头和校准试块构成76mm以下壁厚铁素体钢管的对接焊缝的检测系统，实现对焊缝焊接缺陷的检出。铁素体钢管焊缝内部的体积型缺陷主要靠射线检测来完成，但是射线检测无法确定检出缺陷的深度，对面积型缺陷的检出有较大局限性，对环境和操作人员的身体健康都有不小的损伤。而常规超声检测具有受材料本身影响较大，受检测人员技术能力、主观因素影响较大，且不能够对检出的缺陷进行成像分析等缺点。相控阵超声检测方法恰好克服了以上缺点，而且现场检测效率高结果准确，具有很好的可实施性。

Phased array ultrasonic testing method for butt girth welds of ferritic steel small diameter pipes

The invention discloses a phased array ultrasonic testing method for butt girth weld of small diameter ferritic steel pipe, belonging to the technical field of nondestructive testing for quality control system. The butt weld detection system of ferritic steel pipe with wall thickness below 76mm is constructed by phased array ultrasonic detector, phased array operating system, high frequency linear transverse wave probe and calibration test block. The volume defect in the weld of ferritic steel pipe is mainly accomplished by radiographic inspection, but the depth of the defect can not be determined by radiographic inspection, which has great limitations on the detection of area defect, and has great damage to the environment and the health of operators. Conventional ultrasonic testing has some disadvantages, such as the material itself, the technical ability of the inspectors, subjective factors, and the inability to analyze the defects detected. Phased array ultrasonic detection method just overcomes the above shortcomings, and the field detection efficiency is high, the results are accurate, and has good practicability.

【技术实现步骤摘要】
铁素体类钢小径管对接环焊缝相控阵超声检测方法
本专利技术涉及用相控阵超声检测铁素体类钢管道焊缝质量的方法，其属于超声无损检测领域。
技术介绍
壁厚2.5～45mm的铁素体类钢小径管对接现一般通过焊接进行连接，焊接质量的好坏直接关系着所构建的结构稳定性。由于焊接过程中会产生不同的缺陷，如裂纹、未焊透、未熔合，这些缺陷都会对大型船只的使用造成非常严重的后果，有可能会导致船体支架断裂，结构不稳定等等。为此，在焊接后进行检测是一项非常重要和严密的技术，现阶段无损检测方法包括超声、射线、磁粉、渗透、涡流等，而内部缺陷一般由其中的常规超声和射线技术检测：这些检测方法中的射线检测对人体有害，且对危害性很大的裂纹、未熔合等面积型缺陷并不敏感，很容易发生漏检；常规超声检测结果准确性易受耦合条件以及技术人员水平影响，难以进行快速准确的检测；磁粉、渗透、涡流等方法其检测的精度无法满足现有需求。目前通过相控阵超声技术是一个非常好的选择。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供铁素体类钢小径管对接环焊缝相控阵超声检测方法，用以针对铁素体类钢管的无损检测使用。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：铁素体类钢小径管对接环焊缝相控阵超声检测方法，设置超声相控阵检测仪、相控阵操作系统、高频线阵横波探头和校准试块构成检测2.5～45mm壁厚铁素体类钢管的对接焊缝的检测系统，它采用的步骤如下：（1）依据被检测铁素体类钢管件的牌号、焊接方法、WPS工艺及要求，对被检铁素体类钢管件焊缝两侧母材表面进行修整，修整范围为从焊缝中心向外两侧至少120mm，应除去油垢、锈斑、飞溅、氧化皮等影响探头转动的粗糙物，表面粗糙度小于或者等于6.3μm，并做各种明确标识如标记焊缝的扫查起点、焊缝中心线和参考线；（2）连接所选超声相控阵检测仪、探头、楔块；（3）检测曲表面采用的楔块应与被检铁素体钢管曲率基本一致。若楔块与工件的接触部位存在任意一点间隙大于0.5mm，需进行表面修整以使表面曲率相匹配；（4）在SetupBuilder或EsBeamTool操作软件建立声束路径模型，确定被检测区域的声束覆盖范围，确定适用的扫描角度、聚焦法则、起始与终止晶片等参数。将相关参数输入相控阵超声检测仪；（5）利用试块对声束进行校准，校准包括声速、楔块延迟、ACG、TCG校准；（6）对被检焊缝及焊缝两侧各10mm范围的母材，进行探头机械扫查方向为90°至270°的扫查。每次扫查完毕后对扫查文件进行存储命名；（7）将相控阵超声检测仪中生成的扫查文件导入电脑，利用分析软件TomoView对获取的扫查图像进行分析，通过结合已校准的S扫图像、A扫图像、B扫图像等实现对缺陷的定位、定量；（8）重复校准是否有变化，确保检测结果的正确性。上述的铁素体类钢小径管对接环焊缝相控阵超声检测方法，优选地，所述的探头采用换能器型号为10CCEV35-32或者换能器型号为5L64-A2/A12或者换能器型号为10L32-A1/A10或者换能器型号为7.5CCEV35-16。上述的铁素体类钢小径管对接环焊缝相控阵超声检测方法，优选地，所述步骤（3）中，根据工件直径、楔块曲率选取相匹配曲率的试块,试块直径在0.9~1.5倍的工件管径范围内，若工件管径大于等于500mm时，可采用平面试块，试块表面粗糙度不得超过6.3μm。上述的铁素体类钢小径管对接环焊缝相控阵超声检测方法，优选地，步骤（4）中，当采用半自动扫查方式的时候，需先进行编码器的校准。上述的铁素体类钢小径管对接环焊缝相控阵超声检测方法，优选地，被检铁素体类钢管壁厚介于2.5mm-6mm之间时，应采用横波多次反射法，换能器型号为10CCEV35-32或者10L32-A1/A10，楔块为SA15-N60S-IH或SA1/SA10-N60S/N55S-IHC，声束覆盖角度为50º~85º，聚焦方法可采用2.2T深度聚焦。上述的铁素体类钢小径管对接环焊缝相控阵超声检测方法，优选地，被检铁素体类钢管壁厚介于6mm-15mm之间时，换能器型号为10CCEV35-32或者7.5CCEV35-16或者10L32-A1/A10，楔块为SA15-N60S-IH或SA1/SA10-N60S/N55S-IHC，声束覆盖角度为40º~80º，聚焦方法可采用2.2T深度聚焦。上述的铁素体类钢小径管对接环焊缝相控阵超声检测方法，优选地，被检铁素体类钢管壁厚15-40mm时，换能器型号为5L64-A2/A12，楔块为SA1/SA10-N60S/N55S-IHC，声束覆盖角度为40º~70º，聚焦方法可采用2.2T深度聚焦，或者声程聚焦且聚焦长度包括整个焊缝及热影响区。上述的铁素体类钢小径管对接环焊缝相控阵超声检测方法，优选地，采用双侧扫查方式对焊缝和热影响区域进行检测；若焊缝一侧不可达，则采用单侧扫查方式配合两组扫查设置，两组扫查设置的区别在于探头放置的偏移距离不同，或者采用不用的晶片组。上述的铁素体类钢小径管对接环焊缝相控阵超声检测方法，优选地，采用不用的晶片组在单侧进行单次扫查。对于不同型号探头晶片组设置方法：10CCEV35-32或者10L32-A1/A10型号的探头，共32个晶片，每次扫查采用16晶片为一组，则根据起始晶片不同的晶片编组为1~16号晶片、2~17号晶片、3~18号晶片······17~32号晶片的规则，一般采用1~16号晶片、17~32号晶片两个晶片组进行扫查；5L64-A2/A12型号的探头，共64个晶片，一般采用1~16、49~64两个晶片组进行扫查，也可采用1~32、33~64两个晶片组进行扫查。与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：（1）通过采用SetupBuilder或EsBeamTool软件进行声束路径模拟仿真，可以直观地了解焊缝及热影响区域的声束覆盖情况，进行扫查计划的制定和调整，能够很好地避免焊缝及热影响区的漏检。（2）通过采用10CCEV35-32、7.5CCEV35-16两种与cobra扫查器匹配的探头，可以有效解决超薄壁小径管的检测。（3）通过采用10CCEV35-32、7.5CCEV35-16、5L64-A2/A12、10L32-A1/A10等线阵探头，其晶片的线阵排列方式可以实现波束的偏转和聚焦，提高检测灵敏度和检测分辨力。（4）通过S扫声束对焊缝及热影响区的覆盖，相当于是多个角度组合检测，有利于探测到各个方向的缺陷。（5）通过E扫声束对焊缝与母材熔合面的垂直或近垂直入射，有利于发现如坡口未熔合之类的缺陷。（6）采用TomoView软件对扫查文件进行读取和分析，可以通过扫查原始数据（A扫数据）生成B扫图像、A扫图像，可以对仪器或者软件生成的S扫图像、A扫图像、B扫图像进行融合，可以对图像进行局部放大处理，以便对图像进行观察；可以采用软件中的标尺对缺陷进行更方便的判读；可以通过降低图像显示增益，弱化其它干扰波，突出缺陷的显示；通过以上各种扫描图像，从三维方向看到缺陷显示，较为直观，对缺陷位置的判断更为准确，从A扫图像可以读出缺陷的原始扫查波幅、声程数据，找到缺陷的最大回波。（7）采用标准试块对检测系统进行校准，可以使缺陷在各个扫描图像中的显示位置更为精确。（8）采用对比试块对检测系统进行校准，可以使缺陷在各个扫描图像中的定量更为准本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.铁素体类钢小径管对接环焊缝相控阵超声检测方法，设置超声相控阵检测仪、相控阵操作系统、高频线阵横波探头和校准试块构成检测2.5～45mm壁厚铁素体类钢管的对接焊缝的检测系统，它采用的步骤如下：（1）依据被检测铁素体类钢管件的牌号、焊接方法、WPS工艺及要求，对被检铁素体类钢管件焊缝两侧母材表面进行修整，修整范围为从焊缝中心向外两侧至少 120mm，应除去油垢、锈斑、飞溅、氧化皮等影响探头转动的粗糙物，表面粗糙度小于或者等于6.3μm，并做各种明确标识如标记焊缝的扫查起点、焊缝中心线和参考线；（2）连接所选超声相控阵检测仪、探头、楔块；（3）检测曲表面采用的楔块应与被检铁素体钢管曲率基本一致。若楔块与工件的接触部位存在任意一点间隙大于0.5mm，需进行表面修整以使表面曲率相匹配；（4）在SetupBuilder或EsBeamTool操作软件建立声束路径模型，确定被检测区域的声束覆盖范围，确定适用的扫描角度、聚焦法则、起始与终止晶片等参数。将相关参数输入相控阵超声检测仪；（5）利用试块对声束进行校准，校准包括声速、楔块延迟、ACG、TCG校准；（6）对被检焊缝及焊缝两侧各10 mm范围的母材，进行探头机械扫查方向为90°至270°的扫查。每次扫查完毕后对扫查文件进行存储命名；（7）将相控阵超声检测仪中生成的扫查文件导入电脑，利用分析软件TomoView对获取的扫查图像进行分析，通过结合已校准的S扫图像、A扫图像、B扫图像等实现对缺陷的定位、定量；（8）重复校准是否有变化，确保检测结果的正确性。...

【技术特征摘要】
1.铁素体类钢小径管对接环焊缝相控阵超声检测方法，设置超声相控阵检测仪、相控阵操作系统、高频线阵横波探头和校准试块构成检测2.5～45mm壁厚铁素体类钢管的对接焊缝的检测系统，它采用的步骤如下：（1）依据被检测铁素体类钢管件的牌号、焊接方法、WPS工艺及要求，对被检铁素体类钢管件焊缝两侧母材表面进行修整，修整范围为从焊缝中心向外两侧至少120mm，应除去油垢、锈斑、飞溅、氧化皮等影响探头转动的粗糙物，表面粗糙度小于或者等于6.3μm，并做各种明确标识如标记焊缝的扫查起点、焊缝中心线和参考线；（2）连接所选超声相控阵检测仪、探头、楔块；（3）检测曲表面采用的楔块应与被检铁素体钢管曲率基本一致。若楔块与工件的接触部位存在任意一点间隙大于0.5mm，需进行表面修整以使表面曲率相匹配；（4）在SetupBuilder或EsBeamTool操作软件建立声束路径模型，确定被检测区域的声束覆盖范围，确定适用的扫描角度、聚焦法则、起始与终止晶片等参数。将相关参数输入相控阵超声检测仪；（5）利用试块对声束进行校准，校准包括声速、楔块延迟、ACG、TCG校准；（6）对被检焊缝及焊缝两侧各10mm范围的母材，进行探头机械扫查方向为90°至270°的扫查。每次扫查完毕后对扫查文件进行存储命名；（7）将相控阵超声检测仪中生成的扫查文件导入电脑，利用分析软件TomoView对获取的扫查图像进行分析，通过结合已校准的S扫图像、A扫图像、B扫图像等实现对缺陷的定位、定量；（8）重复校准是否有变化，确保检测结果的正确性。2.根据权利要求1的铁素体类钢小径管对接环焊缝相控阵超声检测方法，其特征在于：所述的探头采用换能器型号为10CCEV35-32或者换能器型号为5L64-A2/A12或者换能器型号为10L32-A1/A10或者换能器型号为7.5CCEV35-16。3.根据权利要求1的铁素体类钢小径管对接环焊缝相控阵超声检测方法，其特征在于，所述步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：张曙光，张健，唐创基，
申请(专利权)人：中兴海陆工程有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44