一种压力管道焊接缺陷快速识别与评价方法技术

本发明专利技术公开了一种压力管道焊接缺陷快速识别与评价方法，将超声相控阵技术与三维可视化成像技术有机结合，对压力管道焊接部位采用超声相控阵的方法进行缺陷扫查，获得缺陷三维形貌数据基础上，基于含缺陷材料的代表性单元方法，直接将缺陷影响导入压力管道力学模型，建立含缺陷结构的三维有限元模型，通过有限元分析方法分析预测缺陷对压力管道服役性能的影响，自动结合行业标准和专业分析知识对含缺陷的管道进行“合于使用”安全评定，自动形成评价报告，从而提高检测结果的可靠性和可识别性，使检测人员能够对三维显示后的模型进行全方位观测,极大地提高了检测的效率和准确性。方位观测,极大地提高了检测的效率和准确性。方位观测,极大地提高了检测的效率和准确性。

A rapid identification and evaluation method for welding defects of pressure pipelines

【技术实现步骤摘要】
一种压力管道焊接缺陷快速识别与评价方法


[0001]本专利技术属于焊接质量检测
，具体涉及管道焊接质量的检测技术。

技术介绍

[0002]压力管道作为一种连续输送流体介质的设备，广泛应用于石化、电力、环保等行业生产及公用工程系统，如炼油装置、化工装置、电站锅炉等，在国民经济建设中占有重要地位。这些管道大多输送具有一定压力的易燃、易爆、高温、有毒和腐蚀性的气态或液态介质，一旦发生爆炸或泄漏，往往会引发火灾，中毒等灾难性事故，从而造成严重的生命财产损失，因而压力管道的安全性受到了国内外研究人员的高度关注。
[0003]压力管道大多采用现场焊接组装，由于焊接工艺控制不严或现场操作不当，在焊接过程中往往会形成不同型式的缺陷，焊接缺陷是指焊接接头部位在焊接过程中形成的缺陷，主要包括气孔、夹渣、未焊透、未熔合、裂纹、凹坑、咬边、焊瘤等。这些缺陷的存在一方面降低了管道的实际承载能力，另一方面，使用过程中还会因载荷、介质等因素萌生出更加危险的裂纹类缺陷，对管道的运行安全产生巨大的隐患。例如，大量的老旧液氨制冷系统管道由于焊接时未开设坡口，焊缝处存在未焊透缺陷，在弯曲应力及疲劳应力的作用下，极易造成管道焊缝处的泄露和断裂。定期检验过程中如何精准检测管道缺陷并评价和处理这些检出的缺陷一直是困扰工业管道管理部门和使用单位的难题。
[0004]目前，超声波无损检测是焊接质量检测的重要手段，相比传统超声检测，相控阵是超声波检测的一项新兴技术。相控阵检测技术采用多晶片组合而成的探头阵列来进行超声波的发射与接收，通过计算机软件控制晶片阵列中每个晶片时间延迟，控制脉冲发射使波束聚焦到特定的深度，并以一定的角度传播。其声束角度、焦柱位置、焦点位置通过电子控制在一定的范围内实现动态连续可调。阵列可以产生聚焦的横波和纵波。相控阵可以实现线性扫查、扇形扫查和动态深度聚焦等功能，在探头不动的情况下，能有更大的覆盖范围。相控阵超声波检测技术具有检测精度高、检测速度快、可重复性强、缺陷检出率高、检测成本低等优点，适用于各种坡口形式焊缝的检测，逐渐成为焊缝检测的首选技术。
[0005]超声波相控阵技术在信号显示方面以不同维度和方式进行成像显示，与传统超声波的单一波形显示方式相比，其缺陷显示方式进步，可以观察到缺陷相对焊缝的位置以及长度大小等二维形貌。
[0006]缺陷检测的最终目的是对含缺陷管道给出其承压性能的适应性评价。与无损检测技术相适应，国内外从上世纪80年代开始，相继开展了大量针对在役含缺陷压力管道安全评定技术的研究，如美国核管理委员会的“退化管研究计划”，日本原子能研究所的“管道可靠性实验研究计划”，德国Stuttgart大学国立材料研究所MPA的“德国压力管道研究计划”，我国的“九五”国家重点科技攻关专题“在役含缺陷压力管道安全评定技术研究”，并在此基础上形成了一系列含缺陷管道安全评定标准，其中比较突出的有美国ASME规范中第XI篇的IWB
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3640及附录C“奥氏体钢管道缺陷评定规程及验收准则”、IWB
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3650及附录H“铁素体钢管道缺陷评定规程及验收准则”和ASME B31G《腐蚀管道剩余强度测定手册》，英国中央电力
局的CEGB R6《含缺陷结构完整性评定》，我国GB/T19624
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2004《在用含缺陷压力容器安全评定》等等。
[0007]但是，上述国内外的适用性评价技术大都基于标准和规范给出一定适用范围的评价方法，各标准和规范具有一定的局限性。这些标准规范涉及到材料、力学、失效分析学等多方面综合的理论知识与经验知识，评定过程比较复杂，一般工程技术人员难以掌握。

技术实现思路

[0008]本专利技术所要解决的技术问题就是提供一种压力管道焊接缺陷快速识别与评价方法，提高检测结果的可靠性和可识别性。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0010]一种压力管道焊接缺陷快速识别与评价方法，包括如下步骤：
[0011]S1：对压力管道焊接部位采用超声相控阵的方法进行缺陷扫查，形成三维成像图谱；
[0012]S2：从三维成像图谱的点云信息中提取关键点、线，面，生成三维的实体管道模型，实现管道实体建模、材料性能、载荷、边界条件施加和网格密度的参数化；
[0013]S3：将步骤S2得到的三维模型导入有限元力学分析软件，进行力学计算，获得压力管道缺陷处应力变化范围；
[0014]S4：分析缺陷对压力管道安全性能的影响，并生成评价报告。
[0015]优选的，所述步骤S1首先根据管道焊接部位的外观顶点数据确定3D图形的形状、顶点位置及其相互关系，建立起3D图形的骨架；然后对管道焊接接头采用超声相控阵的方法进行缺陷扫查，通过实时采集的检测波形数据，获取每个位置点的数据信息，生成一组检测点云信息；根据扫查传感器的位置，获得点云信息所在的焊接对象的检测定位信息，并将此点云数据投放到焊缝模型上，得到的当前位置上的二维切片数据；在检测过程中，移动扫查器，切片数据借助机械扫查装置采集一段超声相控阵S扫检测后，对其每一帧切片数据进行提取，即将二维的层状信息进行叠加，进而产生完整的焊缝3D图像。
[0016]优选的，所述缺陷包括裂纹、未熔合、未焊透、气孔、夹渣、局部减薄。
[0017]优选的，所述裂纹、未熔合、未焊透缺陷评价采用GB/T19624
‑
2019附录G“压力管道直管段平面缺陷安全评定方法”的U因子评定法则。
[0018]优选的，气孔、夹渣、局部减薄及特定未焊透缺陷评价采用GB/T19624
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2019附录H“压力管道直管段体积缺陷安全评定方法”的塑性极限载荷评定法则。
[0019]本专利技术在超声相控阵检测基础上，将超声相控阵技术与三维可视化成像技术有机结合，对压力管道焊接部位采用超声相控阵的方法进行缺陷扫查，获得缺陷三维形貌数据基础上，基于含缺陷材料的代表性单元方法，直接将缺陷影响导入压力管道力学模型，建立含缺陷结构的三维有限元模型，通过有限元分析方法分析预测缺陷对压力管道服役性能的影响，自动结合行业标准和专业分析知识对含缺陷的管道进行“合于使用”安全评定，自动形成评价报告，检测能够较好地反映出真实缺陷的长度、深度、位置、走向等信息，从而提高检测结果的可靠性和可识别性，使检测人员能够对三维显示后的模型进行全方位观测,极大地提高了检测的效率和准确性；为一线检测的工程技术人员提供智能化评价工具，有效提高我国在役压力管道安全状况和科学管理水平。
[0020]在本专利技术的具体技术方案及其有益效果将会在下面的具体实施方式中结合附图进行详细的说明。
附图说明
[0021]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步描述：
[0022]图1为本专利技术缺陷识别与评价流程图。
具体实施方式
[0023]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压力管道焊接缺陷快速识别与评价方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：对压力管道焊接部位采用超声相控阵的方法进行缺陷扫查，形成三维成像图谱；S2：从三维成像图谱的点云信息中提取关键点、线、面，生成三维的实体管道模型，实现管道实体建模、材料性能、载荷、边界条件施加和网格密度的参数化；S3：将步骤S2得到的三维模型导入有限元力学分析软件，进行力学计算，获得压力管道缺陷处应力变化范围；S4：分析缺陷对压力管道安全性能的影响，并生成评价报告。2.根据权利要求1所述的一种压力管道焊接缺陷快速识别与评价方法，其特征在于，所述步骤S1首先根据管道焊接部位的外观顶点数据确定3D图形的形状、顶点位置及其相互关系，建立起3D图形的骨架；然后对管道焊接接头采用超声相控阵的方法进行缺陷扫查，通过实时采集的检测波形数据，获取每个位置点的数据信息，生成一组检测点云信息；根据扫查传感器的位置，获得点云信息所在的焊接对象的检测定位信息，并将此点云数...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘延雷，蒋诚航，杨明翰，陈涛，廖晓玲，金斌戈，赵哲明，钮建良，俞新宇，王飞，余兵，
申请(专利权)人：杭州市特种设备检测研究院杭州市特种设备应急处置中心，
类型：发明
国别省市：