基于超声相控阵的大型厚壁容器焊接接头缺陷的检测方法技术

本发明专利技术公开了基于超声相控阵的大型厚壁容器焊接接头缺陷的检测方法，包括以下步骤：检测准备；检测设置和校准；检测作业：将探头摆放到要求的位置，沿设计的路径进行扫查；扫查过程中探头移动轨迹偏离与扫查轨迹不能超过预设距离；扫查速度小于或等于最大扫查速度Vmax，若需对焊缝在长度方向进行分段扫查，则各段扫查的重叠范围至少为2mm；对于环焊缝，扫查停止位置应越过起始位置至少2mm；根据检测数据，对缺陷的位置、波幅、长度、高度进行测量。本发明专利技术能够较为方便地实现大型厚壁容器焊接接头的焊缝及其热影响区的缺陷无损检测，且不受空间的限制，精确度较高。

Detection Method of Welded Joint Defects of Large Thick Wall Vessel Based on Ultrasound Phased Array

【技术实现步骤摘要】
基于超声相控阵的大型厚壁容器焊接接头缺陷的检测方法
本专利技术涉及厚壁容器对接接头的检测领域，特别涉及基于超声相控阵的大型厚壁容器焊接接头缺陷的检测方法。
技术介绍
对于大型电站锅炉和反应器等大型厚壁容器，其壳体与接管连接的全焊透焊接结构，包括以下类型：插入式接管(接管通过壳体壁厚)、安放式接管(接管不通过壳体壁厚)和嵌入式接管(接管管座与壳体对接)。其中，插入式、安放式均为角接与对接组合焊缝，插入式适合进行超声检测(UT)，安放式适合进行射线照相(RT)；而嵌入式为对接接头对接焊缝，理论上超声检测和射线照相均适合，但对于大型厚壁容器的嵌入式，因被检部位壁厚较大，射线照相受固有不清晰度和底片颗粒度的影响，灵敏度和检出率有限，因此一般采用超声检测。对于大厚度容器壳体上的对接焊缝，现有技术中有采用超声衍射时差(TOFD)技术进行检测，该技术进一步发展使其高灵敏度检测得到一定保证，但对容器壳体与带法兰接管的对接接头对接焊缝，由于焊缝接管侧外表面的接近距离受到一定限制，TOFD探头的布置变得更加困难，如果要从内表面检测，因有数毫米厚的不锈钢堆焊层，耦合很难。因此，如何实现大型厚壁容器焊接接头的焊缝及其热影响区的缺陷无损检测，这仍是一个难题。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供基于超声相控阵的大型厚壁容器焊接接头缺陷的检测方法。本专利技术的目的通过以下的技术方案实现：基于超声相控阵的大型厚壁容器焊接接头缺陷的检测方法，包括以下顺序的步骤：S1、检测准备：包括确定检测区域、探头及楔块的选取和设置、机械扫查及电子扫描的选择、探头位置的确定及扫描参数的设定、扫查面的确定、扫查面的准备；S2、检测设置和校准：包括扇扫描角度增益修正、线扫描的校准、灵敏度设置、扫查步进步进设置、位置传感器的校准、检测系统的复核；S3、检测作业：将探头摆放到要求的位置，沿设计的路径进行扫查；扫查过程中探头移动轨迹偏离与扫查轨迹不能超过预设距离；扫查速度小于或等于最大扫查速度Vmax，最大扫查速度Vmax的计算公式如下：式中：Vmax——最大扫查速度，单位为mm/s；PRF——激发探头的脉冲重复频率，单位为Hz；Δx——设置的扫查步进值，单位为mm；N——设置的信号平均次数：A——做S扫描时，角度范围内所包含的A扫个数；若需对焊缝在长度方向进行分段扫查，则各段扫查的重叠范围至少为2mm；对于环焊缝，扫查停止位置应越过起始位置至少2mm；S4、检测数据的分析：根据检测数据，对缺陷的位置、波幅、长度、高度进行测量。所述基于超声相控阵的大型厚壁容器焊接接头缺陷的检测方法，还包括工艺验证步骤；符合以下情况之一时应在模拟试块上进行工艺验证试验：a)复杂结构和形状的工件；b)检测条件不能满足拟采用的检测等级要求时；c)合同约定要求进行时；所述工艺验证步骤所用模拟试件材料、尺寸与被检工件相同或相近；试块中含有具代表性的人工缺陷或自然缺陷；工艺验证试验结果能够清楚地显示和测量模拟试块中的缺陷或反射体；模拟试件与被检测工件在材质、形状、主要几何尺寸、焊接坡口型式和焊接工艺应相同或相近，在需要验证的位置设置缺陷，缺陷类型包括焊接或其他方法产生的自然缺陷，或者是通过机械加工得到的模拟缺陷的反射体。所述基于超声相控阵的大型厚壁容器焊接接头缺陷的检测方法，还包括横向缺陷检测步骤；当符合以下条件之一时应进行横向缺陷检测：a)有横向裂纹发生倾向时；b)所选用的检测等级有要求时；c)合同约定要求进行时；对横向缺陷进行检测，当焊缝没有磨平时，将探头放在靠近焊缝的母材，与焊缝轴线成10°～15°夹角，采用扇扫描和沿线扫查方式进行检测；当焊缝磨平时，将探头放在焊缝上，采用扇扫描+沿线扫查方式进行检测。步骤S1中，所述探头位置的确定及扫描参数的设定，具体如下：(1)探头的布置对检测部位采用S-扫描对焊缝进行覆盖，探头平行于焊缝纵向移动做沿线扫查；采取分区扫查的方法，选择扫查的通道数，S-扫描角度范围和探头前沿距焊缝中心的距离能够保证声束对检测区域充分覆盖以及相邻声束检测区域的重叠率至少为50％；(2)激发孔径设置无论选择何种扫描方式，偏转方向上的激发孔径尺寸D与晶片宽度b之比满足：0.2≤(D/b)≤5；(3)扇扫描设置a)横波斜声束S-扫描角度范围不应超出35°～75°，特殊情况下确需要应用超出该角度范围的声束检测时，则要通过试验验证其灵敏度；b)当工件壁厚较小时，则不采用过小角度声束，以免底面一次反射波进入楔块产生干扰；c)角度步进设置符合扇扫描角度步进设置表的要求；(4)线扫描设置使用线扫描覆盖时，应保证对检测区域全覆盖；(5)聚焦设置焊缝初始扫查不聚焦，此时聚焦深度应设置在工件中最大探测声程以外；在对缺陷进行精确定量时，或对特定区域检测需要获得更高的灵敏度和分辨率时，将焦点设置在该区域。步骤S1中，所述扫查面的准备，具体包括：(1)探头移动区域内清除焊接飞溅、铁屑、污垢及其他杂质，并进行打磨；检测表面应平整，其表面粗糙度Ra值应小于或等于6.3μm；(2)保留余高的焊缝，如果焊缝表面有咬边、较大的隆起和凹陷，则进行修磨，并做圆滑过渡；要求去除余高的焊缝，则将余高打磨到与临近母材平齐；(3)检测前在工件扫查面上予以标记，标记内容至少包括扫查起始点和扫查方向。步骤S2中，所述扇扫描角度增益修正，包括：(1)采用扇扫描检测前，对扇扫描角度范围内的每一个声束校准，校准的声程范围包含检测拟使用的声程范围；(2)对每个声束采用DAC曲线校准或者进行TCG修正；(3)校准前先进行ACG修正；(4)DAC曲线和TCG修正采用CSK-ⅡA系列试块，ACG修正采用CSK-ⅠA试块或其他带有R100mm圆弧的等效试块；(5)扇扫描TCG修正后不同深度处相同反射体回波波幅基本一致，且经最大补偿的声束回波的信噪比不小于6dB。步骤S2中，所述线扫描的校准，包括：(1)采用线扫描检测前，对线扫描角度范围内的每一个声束校准，校准的声程范围包含检测拟使用的声程范围；(2)对每个声束采用制作DAC曲线校正或者进行TCG修正；(3)在校准前，对激发孔径位置不同导致的灵敏度差异进行修正；(4)DAC曲线和TCG修正采用CSK-ⅡA系列试块；对于孔径位置灵敏度差异修正，0°声束使用CSK-ⅡA-1试块40mm的大平底回波进行修正，其余角度声束使用附CSK-ⅡA-2试块50mm深Φ2孔进行修正；(5)线扫描TCG修正后不同深度处相同反射体回波波幅一致，且经最大补偿的声束回波的信噪比不小于6dB。步骤S2中，所述灵敏度设置，包括：(1)选用TCG和DAC两种方式校准灵敏度，使用CSK-ⅡA系列试块进行灵敏度校准；(2)初始扫查时采用TCG校准灵敏度；(3)扫查灵敏度的确定a)TCG灵敏度：壁厚为6～50mm时，将φ2×40-4dB设置为满屏高度的80～95％，作为扫查灵敏度；壁厚为50～20mm时，将φ2×40+2dB设置为满屏高度的80～95％，作为扫查灵敏度；b)DAC灵敏度：壁厚为6～50mm时，将灵敏度较低的角度φ2×40-4dB设置为满屏高度的80～95％，作为扫查灵敏度；壁厚为50～200mm时，将灵敏度较低的角度φ2×40+2dB设置为满屏高度的80～95％，作为扫查灵敏本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于超声相控阵的大型厚壁容器焊接接头缺陷的检测方法，其特征在于，包括以下顺序的步骤：S1、检测准备：包括确定检测区域、探头及楔块的选取和设置、机械扫查及电子扫描的选择、探头位置的确定及扫描参数的设定、扫查面的确定、扫查面的准备；S2、检测设置和校准：包括扇扫描角度增益修正、线扫描的校准、灵敏度设置、扫查步进步进设置、位置传感器的校准、检测系统的复核；S3、检测作业：将探头摆放到要求的位置，沿设计的路径进行扫查；扫查过程中探头移动轨迹偏离与扫查轨迹不能超过预设距离；扫查速度小于或等于最大扫查速度Vmax，最大扫查速度Vmax的计算公式如下：

【技术特征摘要】
1.基于超声相控阵的大型厚壁容器焊接接头缺陷的检测方法，其特征在于，包括以下顺序的步骤：S1、检测准备：包括确定检测区域、探头及楔块的选取和设置、机械扫查及电子扫描的选择、探头位置的确定及扫描参数的设定、扫查面的确定、扫查面的准备；S2、检测设置和校准：包括扇扫描角度增益修正、线扫描的校准、灵敏度设置、扫查步进步进设置、位置传感器的校准、检测系统的复核；S3、检测作业：将探头摆放到要求的位置，沿设计的路径进行扫查；扫查过程中探头移动轨迹偏离与扫查轨迹不能超过预设距离；扫查速度小于或等于最大扫查速度Vmax，最大扫查速度Vmax的计算公式如下：式中：Vmax——最大扫查速度，单位为mm/s；PRF——激发探头的脉冲重复频率，单位为Hz；Δx——设置的扫查步进值，单位为mm；N——设置的信号平均次数：A——做S扫描时，角度范围内所包含的A扫个数；若需对焊缝在长度方向进行分段扫查，则各段扫查的重叠范围至少为2mm；对于环焊缝，扫查停止位置应越过起始位置至少2mm；S4、检测数据的分析：根据检测数据，对缺陷的位置、波幅、长度、高度进行测量。2.根据权利要求1所述基于超声相控阵的大型厚壁容器焊接接头缺陷的检测方法，其特征在于，还包括工艺验证步骤；符合以下情况之一时应在模拟试块上进行工艺验证试验：a)复杂结构和形状的工件；b)检测条件不能满足拟采用的检测等级要求时；c)合同约定要求进行时；所述工艺验证步骤所用模拟试件材料、尺寸与被检工件相同或相近；试块中含有具代表性的人工缺陷或自然缺陷；工艺验证试验结果能够清楚地显示和测量模拟试块中的缺陷或反射体；模拟试件与被检测工件在材质、形状、主要几何尺寸、焊接坡口型式和焊接工艺应相同或相近，在需要验证的位置设置缺陷，缺陷类型包括焊接或其他方法产生的自然缺陷，或者是通过机械加工得到的模拟缺陷的反射体。3.根据权利要求1所述基于超声相控阵的大型厚壁容器焊接接头缺陷的检测方法，其特征在于，还包括横向缺陷检测步骤；当符合以下条件之一时应进行横向缺陷检测：a)有横向裂纹发生倾向时；b)所选用的检测等级有要求时；c)合同约定要求进行时；对横向缺陷进行检测，当焊缝没有磨平时，将探头放在靠近焊缝的母材，与焊缝轴线成10°～15°夹角，采用扇扫描和沿线扫查方式进行检测；当焊缝磨平时，将探头放在焊缝上，采用扇扫描+沿线扫查方式进行检测。4.根据权利要求1所述基于超声相控阵的大型厚壁容器焊接接头缺陷的检测方法，其特征在于，步骤S1中，所述探头位置的确定及扫描参数的设定，具体如下：(1)探头的布置对检测部位采用S-扫描对焊缝进行覆盖，探头平行于焊缝纵向移动做沿线扫查；采取分区扫查的方法，选择扫查的通道数，S-扫描角度范围和探头前沿距焊缝中心的距离能够保证声束对检测区域充分覆盖以及相邻声束检测区域的重叠率至少为50％；(2)激发孔径设置无论选择何种扫描方式，偏转方向上的激发孔径尺寸D与晶片宽度b之比满足：0.2≤(D/b)≤5；(3)扇扫描设置a)横波斜声束S-扫描角度范围不应超出35°～75°，特殊情况下确需要应用超出该角度范围的声束检测时，则要通过试验验证其灵敏度；b)当工件壁厚较小时，则不采用过小角度声束，以免底面一次反射波进入楔块产生干扰；c)角度步进设置符合扇扫描角度步进设置表的要求；(4)线扫描设置使用线扫描覆盖时，应保证对检测区域全覆盖；(5)聚焦设置焊缝初始扫查不聚焦，此时聚焦深度应设置在工件中最大探测声程以外；在对缺陷进行精确定量时，或对特定区域检测需要获得更高的灵敏度和分辨率时，将焦点设置在该区域。5.根据权利要求1所述基于超声相控阵的大型厚壁容器焊接接头缺陷的检测方法，其特征在于，步骤S1中，所述扫查面的准备，具体包括：(1)探头移动区域内清除焊接飞溅、铁屑、污垢及其他杂质，并进行打磨；检测表面应平整，其表面粗糙度Ra值应小于或等于6.3μm；(2)保留余高的焊缝，如果焊缝表面有咬边、较大的隆起和凹陷，则进行修磨，并做圆滑过渡；要求去除余高的焊缝，则将余高打磨到与临近母材平齐；(3)检测前在工件扫查面上予以标记，标记内容至少包括扫查起始点和扫查方向。6.根据权利要求1所述基于超声相控阵的大型厚壁容器焊接接头缺陷的检测方法，其特征在于，步骤S2中，所述扇扫描角度增益修正，包括：(1)采用扇扫描检测前，对扇扫描角度范围内的每一...

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，
申请(专利权)人：广东省特种设备检测研究院广东省特种设备事故调查中心，
类型：发明
国别省市：广东,44