一种风塔焊缝缺陷的非线性超声波无损检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种风塔焊缝缺陷的非线性超声波无损检测方法，包括前期准备，具体包括选择检测仪、选择探头、扫描速度的调节以及检测灵敏度的调节，最后进行缺陷大小的测定。本发明具有检测方法简单，可以更好的对缺陷进行定位及定量，在不超标准范围的缺陷可以不作返修，节约成本，同时提高工作效率的优点。
【专利说明】一种风塔焊缝缺陷的非线性超声波无损检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种风塔焊缝缺陷的非线性超声波无损检测方法。
【背景技术】
[0002] 现有的风塔焊缝缺陷检测一般采用常规方法有：渗透探伤、超声波探伤、射线探 伤、磁粉探伤.但每种方法都有优点及局限性。
[0003] 渗透探伤：可检测各种材料，金属、非金属材料；磁性、非磁性材料；焊接、锻造、轧 制等加工方式；具有较高的灵敏度(可发现0. 1 μ m宽缺陷）；显示直观、操作方便、检测费用 低，但它只能检出表面开口的缺陷；不适于检查多孔性疏松材料制成的工件和表面粗糙的 工件；渗透检测只能检出缺陷的表面分布，难以确定缺陷的实际深度，因而很难对缺陷做出 定量评价，检出结果受操作者的影响也较大。超声波探伤：适用于金属、非金属和复合材料 等多种制件的无损检测；穿透能力强，可对较大厚度范围内的试件内部缺陷进行检测，如对 金属材料，可检测厚度为1?2_的薄壁管材和板材，也可检测几米长的钢锻件；缺陷定位 较准确；对面积型缺陷的检出率较高；灵敏度高，可检测试件内部尺寸很小的缺陷；检测成 本低、速度快，设备轻便，对人体及环境无害，现场使用较方便，但对试件中的缺陷进行精确 的定性、定量仍须作深入研究；对具有复杂形状或不规则外形的试件进行超声检测有困难； 缺陷的位置、取向和形状对检测结果有一定影响；材质、晶粒度等对检测有较大影响。射线 探伤：可以获得缺陷的直观图像，定性准确，对长度、宽度尺寸的定量也比较准确；检测结 果有直接记录，可长期保存；对体积型缺陷(气孔、夹渣、夹钨、烧穿、咬边、焊瘤、凹坑等）检 出率很高，对面积型缺陷(未焊透、未熔合、裂纹等)，如果照相角度不适当，容易漏检；适宜 检验厚度较薄的工件而不宜较厚的工件，因为检验厚工件需要高能量的射线设备，而且随 着厚度的增加，其检验灵敏度也会下降；适宜检验对接焊缝，不适宜检验角焊缝以及板材、 棒材、锻件等；对缺陷在工件中厚度方向的位置、尺寸(高度）的确定比较困难；检测成本高、 速度慢；具有辐射生物效应，无损检测超声波探伤仪能够杀伤生物细胞，损害生物组织，危 及生物器官的正常功能，但.磁粉探伤只适用于检测铁磁性材料表面和近表面尺寸很小、 间隙极窄(如可检测出长0. 1mm、宽为微米级的裂纹)，目视难以看出的不连续性；磁粉检测 可对原材料、半成品、成品工件和在役的零部件检测，还可对板材、型材、管材、棒材、焊接 件、铸钢件及锻钢件进行检测；可发现裂纹、夹杂、发纹、白点、折叠、冷隔和疏松等缺陷；磁 粉检测不能检测奥氏体不锈钢材料和用奥氏体不锈钢焊条焊接的焊缝，也不能检测铜、铝、 镁、钛等非磁性材料。对于表面浅的划伤、埋藏较深的孔洞和与工件表面夹角小于20°的分 层和折叠难以发现。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是为了克服以上的不足，提供一种检测方法简单，提高工作效率的 风塔焊缝缺陷的非线性超声波无损检测方法。
[0005] 本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种风塔焊缝缺陷的非线性超声波无损 检测方法，包括以下步骤： A、前期准备： a、选择检测仪：对于定位要求高的情况，选择水平线性误差小的检测仪；对于定量要 求高的情况，选择垂直线性好，衰减器精度高的检测仪；对于板厚较大的工件的检测，选择 灵敏度余量高、信噪比高、功率大的检测仪；对于为了有效地发现近表面缺陷和区分相邻缺 陷，选择盲区辨、分率力好的检测仪；对于室外现场检测，选择重量轻，荧光屏亮度好，抗干 扰能力强的携带式检测器； b、选择探头：超声波检测中，超声波的发射和接收都是通过探头来实现的，检测前应根 据被检对象的形状、衰减和技术要求来选择探头，探头的选择包括探头的型式、频率、晶片 尺寸和斜探头K值的选择；探头型式有纵波直探头、横波斜探头表面波探头、双晶探头、聚 焦探头，根据工件的形状和出现缺陷的部位、方向条件来选择探头的型式，使声束轴线与缺 陷垂直，频率在0.5?10MHz之间，探头圆晶片尺寸为Φ10?Φ 30mm，在实际探伤中，当工 件厚度较小时，应选用较大的K值，以便增加一次波的声程，避免近场区探伤，当工件厚度 较大时，应选用较小的K值； c、扫描速度的调节：仪器示波屏上时基扫描线的水平刻度值τ与实际声程χ (单程） 的比例关系，即τ : X=1 : η称为扫描速度或时基扫描线比例，检测前根据探测范围来调 节扫描速度，以便在焊缝及热影响区发现缺陷并对缺陷定位； d、检测灵敏度的调节：检测灵敏度是指在确定的声程范围指探头两次接收的范围内， 发现规定大小缺陷的能力，通过调节仪器上的增益、衰减器、发射强度灵敏度旋钮来实现， 对于纵波直探头检测的调节采用仪器按1 : η调节纵波扫描速度，缺陷波前沿所对的水平 刻度值为τ?·、测缺陷至探头的距隔Xf为：Xf=nTf，探头波束轴线不偏离，则缺陷正位于探 头中心轴线上，对于表面波检测的调节，在表面波检测时，缺陷位置的确定方法同纵波，缺 陷位于工件表面，并正对探头中心轴线，对于横波检测的调节，横波斜探头检测平面时，波 束轴线在探测面处发生折射，工件中缺陷的位置由探头的折射角和声程确定或由缺陷的水 平和垂直方向的投影来确定，由于横波速度可按声程、水平、深度来调节； B、缺陷大小的测定：当缺陷尺寸小于声速截面的情况下采用当量法和底波高度法。当 量法确定的缺陷尺寸是缺陷的当量尺寸，常用的当量法有当量试块比较法、当量计算法和 当量AVG曲线法；当工件中缺陷尺寸大于声束截面时，采用测长法来确定缺陷的长度，测长 法是根据缺陷波高与探头移动距离来确定缺陷的尺寸，按规定的方法测定的缺陷长度称为 缺陷的指示长度，由于实际工件中缺陷的取向、性质、表面状态都会影响缺陷回波高，因此 缺陷的指示长度总是小于或等于缺陷的实际长度，根据测定缺陷长度时的灵敏度基准不同 将测长法分为相对灵敏度法、绝对灵敏度法和端点峰值法；底波高度法是利用缺陷波与底 波的相对波高来衡量缺陷的相对大小，当工件中存在缺陷时，由于缺陷反射，使工件底波下 降，缺陷愈大，缺陷波愈高，底波就愈低，缺陷波高与底波波高之比就愈大；利用非线性共振 技术实现对焊缝缺陷的检测，针对塔筒焊缝中已知缺陷类型及位置，在缺陷附近进行宽带 超声激励和多点接收，研究不同接收点的信号谱与焊接完好时的对比，从接收信号中提取 非线性共振频率偏移信息；以此为基础，利用共振频率附近的窄带超声信号进行激励，研究 滋生的非线性谐波成分对不同缺陷类型、大小、方向的敏感性。
[0006] 本发明的进一步改进在于：所述步骤a中对于板厚大于等于100mm的工件的检测， 选择灵敏度余量高、信噪比高、功率大的检测仪. 本发明的进一步改进在于：所述步骤b中在实际探伤中，当工件厚度小于等于10_时， 应选用K3的探头，以便增加一次波的声程，避免近场区探伤，当工件厚度在50?100mm时， 应选用K1的探头。
[0007] 本发明与现有技术相比具有以下优点：检测方法简单，可以更好的对缺陷进行定 位及定量，在不超标准范围的缺陷可以不作返修，节约成本，同时提高工作效率。
[0008]
【具体实施方式】： 为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，该实施例仅用 于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
[0009] 本发明示出了一种风塔焊缝缺陷的非线性超声波无损检测方法的【具体实施方式】， 包括以下步骤： A、前期准备： a、选择检测仪：对于定位要求高的情况，选择水平线性误差小的检测仪；对于定量要 求高的情况，选择垂直线性好，衰减器精度高的检测仪；对于板厚较大的工件的检测，选择 灵敏度余量高、信噪比高、功率大的检测仪；对于为了有效地发现近表面缺陷和区分相邻缺 陷，选择盲区辨、分率力好的检测仪；对于室外现场检测，选择重量轻，荧光屏亮度好，抗干 扰能力强的携带式检测器； b、选择探头：超声波检测中，超声波的发射和接收都是通过探头来实现的，检测前应根 据被检对象的形状、衰减和技术要求来选择探头，探头的选择包括探头的型式、频率、晶片 尺寸和斜探头K值的选择；探头型式有纵波直探头、横波斜探头表面波探头、双晶探头、聚 焦探头，根据工件的形状和出现缺陷的部位、方向条件来选择探头的型式，使声束轴线与缺 陷垂直，频率在0.5?10MHz之间，探头圆晶片尺寸为Φ10?Φ 30mm，在实际探伤中，当工 件厚度较小时，应选用较大的K值，以便增加一次波的声程，避免近场区探伤，当工件厚度 较大时，应选用较小的K值； c、扫描速度的调节：仪器示波屏上时基扫描线的水平刻度值τ与实际声程χ (单程） 的比例关系，即τ : Χ=1 : η称为扫描速度或时基扫描线比例，检测前根据探测范围来调 节扫描速度，以便在焊缝及热影响区发现缺陷并对缺陷定位； d、检测灵敏度的调节：检测灵敏度是指在确定的声程范围指探头两次接收的范围内， 发现规定大小缺陷的能力，通过调节仪器上的增益、衰减器、发射强度灵敏度旋钮来实现， 对于纵波直探头检测的调节采用仪器按1 : η调节纵波扫描速度，缺陷波前沿所对的水平 刻度值为τ?·、测缺陷至探头的距隔Xf为：Xf=nTf，探头波束轴线不偏离，则缺陷正位于探 头中心轴线上，对于表面波检测的调节，在表面波检测时，缺陷位置的确定方法同纵波，缺 陷位于工件表面，并正对探头中心轴线，对于横波检测的调节，横波斜探头检测平面时，波 束轴线在探测面处发生折射，工件中缺陷的位置由探头的折射角和声程确定或由缺陷的水 平和垂直方向的投影来确定，由于横波速度可按声程、水平、深度来调节； B、缺陷大小的测定：当缺陷尺寸小于声速截面的情况下采用当量法和底波高度法。当 量法确定的缺陷尺寸是缺陷的当量尺寸，常用的当量法有当量试块比较法、当量计算法和 当量AVG曲线法；当工件中缺陷尺寸大于声束截面时，采用测长法来确定缺陷的长度，测长 法是根据缺陷波高与探头移动距离来确定缺陷的尺寸，按规定的方法测定的缺陷长度称为
【权利要求】
1. 一种风塔焊缝缺陷的非线性超声波无损检测方法，其特征在于，包括以下步骤： A、前期准备： a、选择检测仪：对于定位要求高的情况，选择水平线性误差小的检测仪；对于定量要 求高的情况，选择垂直线性好，衰减器精度高的检测仪；对于板厚较大的工件的检测，选择 灵敏度余量高、信噪比高、功率大的检测仪；对于为了有效地发现近表面缺陷和区分相邻缺 陷，选择盲区辨、分率力好的检测仪；对于室外现场检测，选择重量轻，荧光屏亮度好，抗干 扰能力强的携带式检测器； b、选择探头：超声波检测中，超声波的发射和接收都是通过探头来实现的，检测前应根 据被检对象的形状、衰减和技术要求来选择探头，探头的选择包括探头的型式、频率、晶片 尺寸和斜探头K值的选择；探头型式有纵波直探头、横波斜探头表面波探头、双晶探头、聚 焦探头，根据工件的形状和出现缺陷的部位、方向条件来选择探头的型式，使声束轴线与缺 陷垂直，频率在0.5?10MHz之间，探头圆晶片尺寸为Φ10?Φ 30mm，在实际探伤中，当工 件厚度较小时，应选用较大的K值，以便增加一次波的声程，避免近场区探伤，当工件厚度 较大时，应选用较小的K值； c、扫描速度的调节：仪器示波屏上时基扫描线的水平刻度值τ与实际声程χ (单程） 的比例关系，即τ : Χ=1 : η称为扫描速度或时基扫描线比例，检测前根据探测范围来调 节扫描速度，以便在焊缝及热影响区发现缺陷并对缺陷定位； d、检测灵敏度的调节：检测灵敏度是指在确定的声程范围指探头两次接收的范围内， 发现规定大小缺陷的能力，通过调节仪器上的增益、衰减器、发射强度灵敏度旋钮来实现， 对于纵波直探头检测的调节采用仪器按1 : η调节纵波扫描速度，缺陷波前沿所对的水平 刻度值为τ?·、测缺陷至探头的距隔Xf为：Xf=nTf，探头波束轴线不偏离，则缺陷正位于探 头中心轴线上，对于表面波检测的调节，在表面波检测时，缺陷位置的确定方法同纵波，缺 陷位于工件表面，并正对探头中心轴线，对于横波检测的调节，横波斜探头检测平面时，波 束轴线在探测面处发生折射，工件中缺陷的位置由探头的折射角和声程确定或由缺陷的水 平和垂直方向的投影来确定，由于横波速度可按声程、水平、深度来调节； B、缺陷大小的测定：当缺陷尺寸小于声速截面的情况下采用当量法和底波高度法，当 量法确定的缺陷尺寸是缺陷的当量尺寸，常用的当量法有当量试块比较法、当量计算法和 当量AVG曲线法；当工件中缺陷尺寸大于声束截面时，采用测长法来确定缺陷的长度，测长 法是根据缺陷波高与探头移动距离来确定缺陷的尺寸，按规定的方法测定的缺陷长度称为 缺陷的指示长度，由于实际工件中缺陷的取向、性质、表面状态都会影响缺陷回波高，因此 缺陷的指示长度总是小于或等于缺陷的实际长度，根据测定缺陷长度时的灵敏度基准不同 将测长法分为相对灵敏度法、绝对灵敏度法和端点峰值法；底波高度法是利用缺陷波与底 波的相对波高来衡量缺陷的相对大小，当工件中存在缺陷时，由于缺陷反射，使工件底波下 降，缺陷愈大，缺陷波愈高，底波就愈低，缺陷波高与底波波高之比就愈大；利用非线性共振 技术实现对焊缝缺陷的检测，针对塔筒焊缝中已知缺陷类型及位置，在缺陷附近进行宽带 超声激励和多点接收，研究不同接收点的信号谱与焊接完好时的对比，从接收信号中提取 非线性共振频率偏移信息；以此为基础，利用共振频率附近的窄带超声信号进行激励，研究 滋生的非线性谐波成分对不同缺陷类型、大小、方向的敏感性。
2.根据权利要求1所述一种风塔焊缝缺陷的非线性超声波无损检测方法，其特征在 于：所述步骤a中对于板厚大于等于100mm的工件的检测，选择灵敏度余量高、信噪比高、功 率大的检测仪。
3.根据权利要求2所述一种风塔焊缝缺陷的非线性超声波无损检测方法，其特征在 于：所述步骤b中在实际探伤中，当工件厚度小于等于10_时，应选用K3的探头，以便增加 一次波的声程，避免近场区探伤，当工件厚度在50?100mm时，应选用K1的探头。
【文档编号】G01N29/04GK104049033SQ201410298032
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月27日 优先权日:2014年6月27日
【发明者】杨家军, 朱军, 任新建 申请人:中航虹波风电设备有限公司