专利名称：变壁、厚壁管材超声波检测方法
技术领域：
本发明涉及一种变壁、厚壁管材超声波检测方法，特别是涉及一种采用水浸超声
波法对变壁、厚壁管材进行超声波检测方法，属于检验、检测领域。
背景技术：
厚壁管材广泛应用在电力(电站锅炉)、石化以及军用等行业之中，使用环境恶 劣，很多情况是在高温高压下使用。厚壁管材在制造过程中，一般经过冶炼、锻压、热处理， 机械加工等工艺过程，为保证这些管材的制造质量和工艺的合理性，应在热处理后和成品 管中进行100%无损检测，以便发现管材内部可能存在的包括裂纹、夹杂、白点及折叠等 缺陷，以保证厚壁管及武器身管的质量，目前对管材内部质量的检测除了在端部取样进行 破坏性实验外，对管材内部质量的检测均采用超声波检测方法进行检测，一般采用纯横波 和纵波水浸法或接触法超声波进行检测，这种技术对薄壁管材(壁厚与外径之比小于0. 2) 特别是对采用挤压法制成的管材缺陷检出率较高，技术也比较成熟，国内外已有一些现成 的标准，如GB/5777-1996、 ASTME213-1986。具体检测方法是采用接触法或水浸法，通过磨 制探头或调节偏心距使超声波进入管材变为纯横波，对厚壁管材特别是壁厚与外径之比大 于0.2的管材，上述方法则存在一些无法解决的技术难题，首先是要保证检测到管材内壁， 对于厚壁管材就须有较小的入射角，否则就无法保证纯横波检测，如采用纯横波检测则靠 近内表面部分将会漏检。 另外是靠近内壁缺陷的检出问题和缺陷定位问题，由于为保证能检测到内壁，需
采用较小的入射角进行的检测，这时钢中既存在横波也存在纵波，在实际探伤中发现缺陷
回波时，无法判断回波是横波还是纵波发现的，给缺陷定位、定量带来困难。
目前，对厚壁管材的检测， 一般采用纵波直射法检测，但这种方法对径向缺陷无法
检测，对锻造拔长的厚壁管，内壁存在的缺陷大都是径向缺陷，因此对锻造拔长的厚壁管以
及其他工艺生产的厚壁管材的径向缺陷，目前的技术无法解决。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够对厚壁管材的缺陷进行定位、定量，并能够实现 100 %检测的变壁、厚壁管材超声波检测方法。 技术解决方案本发明检测方法如下采用工件转动，检测车水平移动，多通道超 声波检测主机，利用多个纵波直射和折射横波超声波探头分别进行沿径向、周向对缺陷进 行扫查，直射探头一直保持径向入射，产生折射横波的探头通过调整偏心距控制入射角，偏 心距入射角为10-45°检测出管材各个方向上的缺陷，并对发现的缺陷进行准确定位、定 本发明缺陷定位采用小于第一临界角(钢的第一临界角为27. 6度)的偏心距， 线聚焦超声波探头进行扫查，使横波与内壁相切，这时管材中横波与纵波并存，发现缺陷， 先假定是横波发现，再利用对称位置是否能出现缺陷波验证，如在对称位置出现则按横波公式计算，如在对称位置未出现缺陷波则可判定是纵波发现的缺陷，则按折射纵波理论公 式计算出缺陷位置。 本发明缺陷定位采用另外一种方法是出现缺陷时，首先采用纯横波的检测探头 进行检测，发现缺陷按纯横波公式计算，如未发现缺陷，用小于第一临界角探头检测发现缺 陷后仍按横波公式计算出折射横波声程。 本发明缺陷定位采用第三种方法是，利用缺陷转到直射纵波位置时进行验证，最 终按直射纵波准确对缺陷进行定位，即直接从仪器中读出缺陷位置。
本发明缺陷定量 根据厚壁管材的具体型号，制作相应的对比试块，即制作不同当量直径、不同生程 的一套对比试块，发现缺陷后，根据实际声程，找出相同或相近试块进行比较，可实现对缺 陷进行准确定量。 本发明是将纵波直射、纵波斜射法应用到厚壁管材中超声波检测中，采用工件转
动，检测车水平移动，超声探头能在垂直或水平方向精确调整，实现管材100%覆盖，采用多
通道超声波检测主机，利用多个纵波直射和折射横波超声波探头分别进行沿径向、周向对
缺陷进行扫查，能够检测出各个方向上的缺陷，利用多通道超声波检测技术及直射纵波和
折射横波综合检测，实现对缺陷进行准确定位、定量，并能进行100%检测。 本发明将应用于军用管材、厚壁锅炉管材的质量检测中，随着对管材性能要求的
提高，能够检测出管材内部lmm以下的缺陷，而且能够实现精确定位、定量。本发明由于对
偏心距、水声程可以通过计算机自动调整、准确度高，减少了漏检率，能对缺陷进行精确的
定位、定量。所以减少了人为误差，检测灵敏度、检出率及可靠性均能满足检测要求，并能够
更可靠的保证厚壁管材的质量。 本发明由于提高了检测效率和对缺陷定位、定量的准确率，减少对管材缺陷的漏 检和误判，每年可节省资金预计为80-100万。 从目前的检测手段(不考虑厚壁管材的不可检因素)，从调整仪器到检测完成一 支6-8米的管材一般需30分钟左右，如果采用本发明后进行自动检测总共只需15分钟左 右，提高检测速度整一倍。
图1为本发明厚壁管材缺陷定位图；
图2为本发明对比试块主视图；
图3为本发明图2侧视图。
具体实施例方式
本发明包括如下检测方法采用工件转动，检测车水平移动，超声探头能在垂直或 水平方向精确调整，实现管材100%覆盖，采用多通道超声波检测主机，在水槽上方的检测 车上设置多个超声探头，根据主机型号设置超声探头，设置2-12个，若检测壁厚超过50mm 的管材，探头可分别设置为6个纵波直射探头和6个折射横波探头，利用多个纵波直射和折 射横波超声波探头分别进行沿径向、周向对缺陷进行扫查，如图1 ，直射探头一直保持径向 入射，另一个可产生折射横波的探头可通过调整偏心距控制入射角，使折射角为10-30° ，能够检测出各个方向上的缺陷，同时采用直射探头和折射横波探头同时对缺陷进行定位、 定量，实现100%检测并对发现的缺陷进行准确定位定量。 使用本发明方法检测时在界面上选择具体检测参数，如探头参数、偏心距、水声 程、探头移动速度、身管转动速度等，在选择参数后可以进行检测，同时可以控制机械传动 系统和探头驱动系统，在发现缺陷时，选择进行缺陷定位、定量，然后对数据进行处理并输 出结果。 具体参数选择原则如下
水层厚度的选择 检测时将水层厚度调整到使管材的缺陷波位于水/钢界面的一次回波和二次回 波之间，水声程(H)按(2)式选定<formula>formula see original document page 5</formula>
式中H-水声程；Rmax-所探身管部位最大外壁半径； Rmin_所探身管部位最小外壁半径；XSmin_折射横波在所探身管部位最小声程，；
偏心距的选择 在使用方法一扫查时，横波能检测到内壁的条件为横波声束与内壁相切或者相 交。采用的时让声束与内壁相切的方法，探头偏心距X按下面公式选定 <formula>formula see original document page 5</formula> 式中X-探头偏心距； Cw-水中纵波声速，m/s ;Cs-钢中横波声速，m/s ; r-身管内孔半径。 探头扫描速度(V)按(4)式选定 <formula>formula see original document page 5</formula> 式中V-探头扫描速度，m/s ; a -晶片有效系数，取0. 8 ;
小_晶片直径，m ;n-火炮身管的转速，m/s。
探头的选择 (1) —般键选择使用线聚焦水浸超声波探头。因为线聚焦探头可以在保证较高的
检测灵敏度的前提下，又可以实现不错的检测速率，而这正是在扫查时所需要的。
(2)为了更精确的对缺陷进行定位定量，选择使用高频点聚焦水浸超身波探头。因
为在定位时已经大概知道了缺陷的位置，所以可以选择检测速度较慢而灵敏度高的点聚焦探头。 缺陷定位 为了能检测到厚壁管的内部和内、外壁，而不会在内壁附近漏检，就不能采用纯横 波进行检测了，本方法采用小于第一临界角(27.6度)的偏心距，使用线聚焦超声波探头进 行扫查，使横波能够刚好与内壁相切，这时管材中横波与纵波并存，发现缺陷后，先假定是 横波发现，再利用对称位置是否能出现缺陷波验证，如在对称位置出现则按横波计算，按下 面公式(3)计算出缺陷位置CS，其中式中AS为折射横波声程，如在对称位置未出现缺陷波 则可判定是纵波发现的缺陷，则按折射纵波理论计算缺陷位置，仍按下面公式(4)计算，其中式中AS为纵波声程，另外一种方法是出现缺陷时，首先采用纯横波的检测探头进行检 测，发现缺陷按纯横波计算，式中AS为纯横波声程，如未发现缺陷，用小于第一临界角探头 检测发现缺陷后仍按公式(4)计算CS，其中式中AS为折射横波声程，第三种方法是，利用缺 陷转到直射纵波位置时进行验证，最终按直射纵波准确对缺陷进行定位(即直接从仪器中 读出缺陷位置)。 如图1 ，缺陷S点的位置即距外表面距离CS = R-OS OS二^2 ........................... (4) 缺陷定量 根据厚壁管材的具体型号，制作相应的对比试块，即制作不同当量直径、不同生程 的一套对比试块，发现缺陷后，根据实际声程，找出相同或相近试块进行比较，可实现对缺 陷进行准确定量。试块形状图2、图3所示。
权利要求
变壁、厚壁管材超声波检测方法，其特征在于，检测方法如下采用工件转动，检测车水平移动，多通道超声波检测主机，利用多个纵波直射和折射横波超声波探头分别进行沿径向、周向对缺陷进行扫查，直射探头一直保持径向入射，产生折射横波的探头通过调整偏心距控制入射角，使折射角为10-45°，检测出管材各个方向上的缺陷，并对发现的缺陷进行准确定位、定量；缺陷定位采用小于第一临界角的偏心距，线聚焦超声波探头进行扫查，使横波与内壁相切，这时管材中横波与纵波并存，发现缺陷，先假定是横波发现，再利用对称位置是否能出现缺陷波验证，如在对称位置出现则按横波计算，如在对称位置未出现缺陷波则可判定是纵波发现的缺陷，则按折射纵波理论计算缺陷位置；或采用采用另一种缺陷定位方法出现缺陷时，首先采用纯横波的检测探头进行检测，发现缺陷按纯横波计算，如未发现缺陷，用小于第一临界角探头检测发现缺陷后仍按纯横波公式计算；或采用第三种缺陷定位方法利用缺陷转到直射纵波位置时进行验证，最终按直射纵波准确对缺陷进行定位，即直接从仪器中读出缺陷位置；缺陷定量根据厚壁管材的具体型号，制作相应的对比试块，即制作不同当量直径、不同生程的一套对比试块，发现缺陷后，根据实际声程，找出相同或相近试块进行比较，可实现对缺陷进行准确定量。
全文摘要
本发明涉及一种变壁厚壁管材超声波检测方法，属于检验、检测领域。本发明检测采用工件转动，检测车水平移动，多通道超声波检测主机，利用多个纵波直射和折射横波超声波探头分别进行沿径向、周向对缺陷进行扫查，直射探头一直保持径向入射，产生折射横波的探头通过调整偏心距控制入射角，偏心距入射角为10-45°检测出管材各个方向上的缺陷，并对发现的缺陷进行准确定位、定量。本发明应用于军用管材、厚壁锅炉等管材的质量检测中，能够检测出管材内部1mm以下的缺陷，实现精确定位、定量，实现100％检测。本发明提高了检测准确度，减少了漏检率，减少了人为误差，检测灵敏度、检出率及可靠性均能满足检测要求，并能够保证厚壁管材的质量。
文档编号G01N29/04GK101710102SQ20091025871
公开日2010年5月19日 申请日期2009年12月16日 优先权日2009年12月16日
发明者宗雅娟, 张兴有, 曹正常, 王海岭, 白晓阳, 雷耀民 申请人:内蒙古北方重工业集团有限公司