變壁、厚壁管材超聲波檢測方法

2023-05-26 14:27:01 3

專利名稱：變壁、厚壁管材超聲波檢測方法
技術領域：
本發明涉及一種變壁、厚壁管材超聲波檢測方法，特別是涉及一種採用水浸超聲
波法對變壁、厚壁管材進行超聲波檢測方法，屬於檢驗、檢測領域。
背景技術：
厚壁管材廣泛應用在電力(電站鍋爐)、石化以及軍用等行業之中，使用環境惡 劣，很多情況是在高溫高壓下使用。厚壁管材在製造過程中，一般經過冶煉、鍛壓、熱處理， 機械加工等工藝過程，為保證這些管材的製造質量和工藝的合理性，應在熱處理後和成品 管中進行100%無損檢測，以便發現管材內部可能存在的包括裂紋、夾雜、白點及摺疊等 缺陷，以保證厚壁管及武器身管的質量，目前對管材內部質量的檢測除了在端部取樣進行 破壞性實驗外，對管材內部質量的檢測均採用超聲波檢測方法進行檢測，一般採用純橫波 和縱波水浸法或接觸法超聲波進行檢測，這種技術對薄壁管材(壁厚與外徑之比小於0. 2) 特別是對採用擠壓法製成的管材缺陷檢出率較高，技術也比較成熟，國內外已有一些現成 的標準，如GB/5777-1996、 ASTME213-1986。具體檢測方法是採用接觸法或水浸法，通過磨 制探頭或調節偏心距使超聲波進入管材變為純橫波，對厚壁管材特別是壁厚與外徑之比大 於0.2的管材，上述方法則存在一些無法解決的技術難題，首先是要保證檢測到管材內壁， 對於厚壁管材就須有較小的入射角，否則就無法保證純橫波檢測，如採用純橫波檢測則靠 近內表面部分將會漏檢。 另外是靠近內壁缺陷的檢出問題和缺陷定位問題，由於為保證能檢測到內壁，需
採用較小的入射角進行的檢測，這時鋼中既存在橫波也存在縱波，在實際探傷中發現缺陷
回波時，無法判斷回波是橫波還是縱波發現的，給缺陷定位、定量帶來困難。
目前，對厚壁管材的檢測， 一般採用縱波直射法檢測，但這種方法對徑向缺陷無法
檢測，對鍛造拔長的厚壁管，內壁存在的缺陷大都是徑向缺陷，因此對鍛造拔長的厚壁管以
及其他工藝生產的厚壁管材的徑向缺陷，目前的技術無法解決。

發明內容
本發明的目的在於提供一種能夠對厚壁管材的缺陷進行定位、定量，並能夠實現 100 %檢測的變壁、厚壁管材超聲波檢測方法。 技術解決方案本發明檢測方法如下採用工件轉動，檢測車水平移動，多通道超 聲波檢測主機，利用多個縱波直射和折射橫波超聲波探頭分別進行沿徑向、周向對缺陷進 行掃查，直射探頭一直保持徑向入射，產生折射橫波的探頭通過調整偏心距控制入射角，偏 心距入射角為10-45°檢測出管材各個方向上的缺陷，並對發現的缺陷進行準確定位、定 本發明缺陷定位採用小於第一臨界角(鋼的第一臨界角為27. 6度)的偏心距， 線聚焦超聲波探頭進行掃查，使橫波與內壁相切，這時管材中橫波與縱波並存，發現缺陷， 先假定是橫波發現，再利用對稱位置是否能出現缺陷波驗證，如在對稱位置出現則按橫波公式計算，如在對稱位置未出現缺陷波則可判定是縱波發現的缺陷，則按折射縱波理論公 式計算出缺陷位置。 本發明缺陷定位採用另外一種方法是出現缺陷時，首先採用純橫波的檢測探頭 進行檢測，發現缺陷按純橫波公式計算，如未發現缺陷，用小於第一臨界角探頭檢測發現缺 陷後仍按橫波公式計算出折射橫波聲程。 本發明缺陷定位採用第三種方法是，利用缺陷轉到直射縱波位置時進行驗證，最 終按直射縱波準確對缺陷進行定位，即直接從儀器中讀出缺陷位置。
本發明缺陷定量 根據厚壁管材的具體型號，製作相應的對比試塊，即製作不同當量直徑、不同生程 的一套對比試塊，發現缺陷後，根據實際聲程，找出相同或相近試塊進行比較，可實現對缺 陷進行準確定量。 本發明是將縱波直射、縱波斜射法應用到厚壁管材中超聲波檢測中，採用工件轉
動，檢測車水平移動，超聲探頭能在垂直或水平方向精確調整，實現管材100%覆蓋，採用多
通道超聲波檢測主機，利用多個縱波直射和折射橫波超聲波探頭分別進行沿徑向、周向對
缺陷進行掃查，能夠檢測出各個方向上的缺陷，利用多通道超聲波檢測技術及直射縱波和
折射橫波綜合檢測，實現對缺陷進行準確定位、定量，並能進行100%檢測。 本發明將應用於軍用管材、厚壁鍋爐管材的質量檢測中，隨著對管材性能要求的
提高，能夠檢測出管材內部lmm以下的缺陷，而且能夠實現精確定位、定量。本發明由於對
偏心距、水聲程可以通過計算機自動調整、準確度高，減少了漏檢率，能對缺陷進行精確的
定位、定量。所以減少了人為誤差，檢測靈敏度、檢出率及可靠性均能滿足檢測要求，並能夠
更可靠的保證厚壁管材的質量。 本發明由於提高了檢測效率和對缺陷定位、定量的準確率，減少對管材缺陷的漏 檢和誤判，每年可節省資金預計為80-100萬。 從目前的檢測手段(不考慮厚壁管材的不可檢因素)，從調整儀器到檢測完成一 支6-8米的管材一般需30分鐘左右，如果採用本發明後進行自動檢測總共只需15分鐘左 右，提高檢測速度整一倍。


圖1為本發明厚壁管材缺陷定位圖；
圖2為本發明對比試塊主視圖；
圖3為本發明圖2側視圖。
具體實施例方式
本發明包括如下檢測方法採用工件轉動，檢測車水平移動，超聲探頭能在垂直或 水平方向精確調整，實現管材100%覆蓋，採用多通道超聲波檢測主機，在水槽上方的檢測 車上設置多個超聲探頭，根據主機型號設置超聲探頭，設置2-12個，若檢測壁厚超過50mm 的管材，探頭可分別設置為6個縱波直射探頭和6個折射橫波探頭，利用多個縱波直射和折 射橫波超聲波探頭分別進行沿徑向、周向對缺陷進行掃查，如圖1 ，直射探頭一直保持徑向 入射，另一個可產生折射橫波的探頭可通過調整偏心距控制入射角，使折射角為10-30° ，能夠檢測出各個方向上的缺陷，同時採用直射探頭和折射橫波探頭同時對缺陷進行定位、 定量，實現100%檢測並對發現的缺陷進行準確定位定量。 使用本發明方法檢測時在界面上選擇具體檢測參數，如探頭參數、偏心距、水聲 程、探頭移動速度、身管轉動速度等，在選擇參數後可以進行檢測，同時可以控制機械傳動 系統和探頭驅動系統，在發現缺陷時，選擇進行缺陷定位、定量，然後對數據進行處理並輸 出結果。 具體參數選擇原則如下
水層厚度的選擇 檢測時將水層厚度調整到使管材的缺陷波位於水/鋼界面的一次回波和二次回 波之間，水聲程(H)按(2)式選定formula see original document page 5
式中H-水聲程；Rmax-所探身管部位最大外壁半徑； Rmin_所探身管部位最小外壁半徑；XSmin_折射橫波在所探身管部位最小聲程，；
偏心距的選擇 在使用方法一掃查時，橫波能檢測到內壁的條件為橫波聲束與內壁相切或者相 交。採用的時讓聲束與內壁相切的方法，探頭偏心距X按下面公式選定 formula see original document page 5 式中X-探頭偏心距； Cw-水中縱波聲速，m/s ;Cs-鋼中橫波聲速，m/s ; r-身管內孔半徑。 探頭掃描速度(V)按(4)式選定 formula see original document page 5 式中V-探頭掃描速度，m/s ; a -晶片有效係數，取0. 8 ;
小_晶片直徑，m ;n-火炮身管的轉速，m/s。
探頭的選擇 (1) —般鍵選擇使用線聚焦水浸超聲波探頭。因為線聚焦探頭可以在保證較高的
檢測靈敏度的前提下，又可以實現不錯的檢測速率，而這正是在掃查時所需要的。
(2)為了更精確的對缺陷進行定位定量，選擇使用高頻點聚焦水浸超身波探頭。因
為在定位時已經大概知道了缺陷的位置，所以可以選擇檢測速度較慢而靈敏度高的點聚焦探頭。 缺陷定位 為了能檢測到厚壁管的內部和內、外壁，而不會在內壁附近漏檢，就不能採用純橫 波進行檢測了，本方法採用小於第一臨界角(27.6度)的偏心距，使用線聚焦超聲波探頭進 行掃查，使橫波能夠剛好與內壁相切，這時管材中橫波與縱波並存，發現缺陷後，先假定是 橫波發現，再利用對稱位置是否能出現缺陷波驗證，如在對稱位置出現則按橫波計算，按下 面公式(3)計算出缺陷位置CS，其中式中AS為折射橫波聲程，如在對稱位置未出現缺陷波 則可判定是縱波發現的缺陷，則按折射縱波理論計算缺陷位置，仍按下面公式(4)計算，其中式中AS為縱波聲程，另外一種方法是出現缺陷時，首先採用純橫波的檢測探頭進行檢 測，發現缺陷按純橫波計算，式中AS為純橫波聲程，如未發現缺陷，用小於第一臨界角探頭 檢測發現缺陷後仍按公式(4)計算CS，其中式中AS為折射橫波聲程，第三種方法是，利用缺 陷轉到直射縱波位置時進行驗證，最終按直射縱波準確對缺陷進行定位(即直接從儀器中 讀出缺陷位置)。 如圖1 ，缺陷S點的位置即距外表面距離CS = R-OS OS二^2 ........................... (4) 缺陷定量 根據厚壁管材的具體型號，製作相應的對比試塊，即製作不同當量直徑、不同生程 的一套對比試塊，發現缺陷後，根據實際聲程，找出相同或相近試塊進行比較，可實現對缺 陷進行準確定量。試塊形狀圖2、圖3所示。
權利要求
變壁、厚壁管材超聲波檢測方法，其特徵在於，檢測方法如下採用工件轉動，檢測車水平移動，多通道超聲波檢測主機，利用多個縱波直射和折射橫波超聲波探頭分別進行沿徑向、周向對缺陷進行掃查，直射探頭一直保持徑向入射，產生折射橫波的探頭通過調整偏心距控制入射角，使折射角為10-45°，檢測出管材各個方向上的缺陷，並對發現的缺陷進行準確定位、定量；缺陷定位採用小於第一臨界角的偏心距，線聚焦超聲波探頭進行掃查，使橫波與內壁相切，這時管材中橫波與縱波並存，發現缺陷，先假定是橫波發現，再利用對稱位置是否能出現缺陷波驗證，如在對稱位置出現則按橫波計算，如在對稱位置未出現缺陷波則可判定是縱波發現的缺陷，則按折射縱波理論計算缺陷位置；或採用採用另一種缺陷定位方法出現缺陷時，首先採用純橫波的檢測探頭進行檢測，發現缺陷按純橫波計算，如未發現缺陷，用小於第一臨界角探頭檢測發現缺陷後仍按純橫波公式計算；或採用第三種缺陷定位方法利用缺陷轉到直射縱波位置時進行驗證，最終按直射縱波準確對缺陷進行定位，即直接從儀器中讀出缺陷位置；缺陷定量根據厚壁管材的具體型號，製作相應的對比試塊，即製作不同當量直徑、不同生程的一套對比試塊，發現缺陷後，根據實際聲程，找出相同或相近試塊進行比較，可實現對缺陷進行準確定量。
全文摘要
本發明涉及一種變壁厚壁管材超聲波檢測方法，屬於檢驗、檢測領域。本發明檢測採用工件轉動，檢測車水平移動，多通道超聲波檢測主機，利用多個縱波直射和折射橫波超聲波探頭分別進行沿徑向、周向對缺陷進行掃查，直射探頭一直保持徑向入射，產生折射橫波的探頭通過調整偏心距控制入射角，偏心距入射角為10-45°檢測出管材各個方向上的缺陷，並對發現的缺陷進行準確定位、定量。本發明應用於軍用管材、厚壁鍋爐等管材的質量檢測中，能夠檢測出管材內部1mm以下的缺陷，實現精確定位、定量，實現100％檢測。本發明提高了檢測準確度，減少了漏檢率，減少了人為誤差，檢測靈敏度、檢出率及可靠性均能滿足檢測要求，並能夠保證厚壁管材的質量。
文檔編號G01N29/04GK101710102SQ20091025871
公開日2010年5月19日 申請日期2009年12月16日 優先權日2009年12月16日
發明者宗雅娟, 張興有, 曹正常, 王海嶺, 白曉陽, 雷耀民 申請人:內蒙古北方重工業集團有限公司