超声波检验焊缝根部缺陷的方法
【专利摘要】本发明涉及一种超声波检验焊缝根部缺陷的方法，尤其是涉及一种使用特殊研制的三晶探头检测器，手动检测焊缝根部和近根部缺陷的方法。根据本发明，通过使用三晶探头检测器，对焊缝根部和近根部缺陷进行手动检测，其不仅可以检测根部的面积型缺陷，而且焊缝中其它部位的体积型缺陷也有很好的检出能力。
【专利说明】超声波检验焊缝根部缺陷的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种超声波检验焊缝根部缺陷的方法，尤其是涉及一种包括特殊研制的三晶探头的超声波检验焊缝根部缺陷的装置和手动检测焊缝根部和近根部缺陷的方法。
【背景技术】
[0002]目前国内外无损体积检验的方法有很多，常用的主要有两大类:射线和超声波。而在超声波对焊缝内部缺陷检测的方法中又分为反射法、串列式法、时差衍射法、LLT/TLT法、相控阵法等。
[0003]由于受被检焊缝余高、错边、工件形状等影响。上述几种超声波检验方法，对焊缝根部缺陷和近根部与表面垂直面积缺陷的检出能力，都有各自的局限性和缺点。具体原因为:上述五种检测方法中(串列式除外)都受被检焊缝余高、错边等结构回波强烈干扰，以致根部缺陷波与结构波区分困难。对近根部与表面垂直面积缺陷的检出:反射法和相控阵法只能接收衍射回波，无接收反射回波，回波幅度较弱。此外串列式法因两个探头外形尺寸限制，近根部反射回波无法接收；时差衍射法受底面强烈反射波干扰外，还有缺陷性质判定较困难；LLT/TLT法每一个探头都是针对一个固定焊缝厚度的，使用特别不便。综合上述可知，上述超声波检验方法对焊缝根部和近根部垂直表面的面积型缺陷检出效果均存在不足。
【发明内容】
[0004]为了克服上述超声波检验中，对焊缝根部和近根部垂直表面面积型缺陷的检出中存在的不足，本发明人进行了精心、细致、反复地研究，发现通过使用特殊研制的三晶片合成探头，手动检测焊缝根部和近根部缺陷，并利用缺陷回波显示、水平定位、底波变化等综合分析，能准确的检出焊缝中根部和近根部的缺陷，尤其对垂直检测表面的面积型缺陷有很高的检出率。
[0005]本发明的目的在于提供超声波检验焊缝根部缺陷的方法，该方法使用三晶片合成探头(探头结构见图1(b))，对焊缝进行检测，确保根部和近根部缺陷的检出率，为评价被检工件内部真实质量提供更科学的检测结果。
[0006]该检测方法包括以下步骤:如图2所示
[0007](I)按所执行的标准规定(本申请以标准JB/T4730.3-2005 (超声检测)为例)选择超声波检验焊缝根部缺陷的装置和试块，该装置包括超声波探伤仪(本发明使用A超探伤仪器)、三晶片合成探头，其中，所述A超探伤仪器使用数字机和模拟机均可，所述试块是CSK-1A 和 CSK-1I/III/IVA。
[0008](2)用A超探伤仪器连接好三晶片合成探头，利用CSK-1A试块，调节A超探伤仪器的线性、设置各项A超探伤仪器参数，仪器线性是指仪器荧光屏上横轴与相应声程的比值，线性调节主要在发现缺陷时用于缺陷的定位(包括缺陷距扫查面的深度、缺陷距探头前沿的距离等)，仪器线性可在CSK-1IIA试块上调节，在试块上选取不同深度的两个短横孔进行调节，A超数字探伤仪器的仪器参数一般包括单晶双晶模式、探头前沿、探头频率、波束角度、声速，其中探头前沿需在CSK-1A试块上测定，探头频率和波束角度根据所选探头设定，为获得实际的波束角度，可用探头在CSK-1A试块上测定，声速根据声波类型不同而不同，一般横波在低合金钢中的传播速度为3240m/s，另外不同类型的A超数字探伤仪器还有各自的辅助参数设置，本文对此不做描述；并利用CSK-1I/III/IVA试块，确定探伤灵敏度，至少绘制两次DAC曲线，所述DAC曲线绘制:一是按照三晶片合成探头中三个晶片并联连接作为一个晶片的单晶片探头绘制，按正常检验；二是按照三晶片合成探头中一个晶片作发射用发射晶片，另两个晶片为接收晶片的一发射一接收双晶片的双晶片探头绘制，进行检验，并保存调节设置好的参数。
[0009](3)对被检工件进行扫查，三晶片合成探头移动按标准规定的锯齿型和横向的平行或斜平行进行，使三晶片合成探头前后移动距离大于工件厚度TH与探头横波折射角的正切值K的乘积，即THXK。
[0010](4 )当发现缺陷时，再作前后、左右、转角、环绕等形式扫查，结合单晶片探头的DAC曲线按标准对缺陷做出性质判断与评级。并做好缺陷的文字记录和工件标定。
[0011](5)当发现焊缝根部有缺陷或怀疑有缺陷或根部回波异常时，把A超探伤仪器的单晶片探头模式换成双晶片探头模式(数字机也可多储存一个双晶片探头程式。三晶片合成探头内部作为发射用的发射晶片一定要连接在A超探伤仪器上的发射插孔上)，此时检测变成一发射一接收双晶片探头模式。
[0012](6)再一次对根部有缺陷或怀疑有缺陷或根部回波异常部位进行扫查，三晶片合成探头前后移动，使移动距离大于工件厚度TH与折射角的正切值K的乘积，即THXK。
[0013](7)对缺陷进行性质判断与评级:按缺陷回波显示、水平定位、底波变化等综合分析，能准确的检出焊缝中根部和近根部的缺陷，即可大致判断出缺陷的方向、大小、性质等，然后进行评级，所述评级按双晶片探头制作的DAC曲线参数执行。
[0014]本发明的优选的方案:
[0015]所选用的三晶片合成探头横波折射角根据所检焊缝厚度而定，但通常为36°?54°的范围内，优选45°左右。
[0016]本发明的一个优选方案，被检工件厚度通常为40?200mm,优选60?180mm,更优选100?150mm,进一步优选110?130mm,最优选120mm。被检工件厚度较薄时,焊缝选择横波折射角大的三晶片合成探头，较厚焊缝选择横波折射角小的三晶片合成探头。
[0017]本发明的一个优选方案，被检工件的焊缝结构分为焊缝余高磨平的形状和焊缝余高未磨平的形状。焊缝的坡口形式无特别限制。
[0018]本发明的一个优选方案，被检工件的缺陷深度是距根部表面通常为15?30mm，优选20?27mm，更优选22.5mm，但本发明人发现:实际检验近根部缺陷深度是和晶片的尺寸大小相关的:晶片的尺寸大发现近根部的距离就大；晶片的尺寸小发现近根部的距离就小。
[0019]发明的效果
[0020]根据本发明，通过使用三晶片合成探头对焊缝进行整体手动检测:当三晶片合成探头作为单晶片探头使用，按正常检测时，其检出缺陷的效果不低于正常的单晶探头检测，有时略优；当三晶片合成探头作为一发射一接收双晶片探头检测时，其检出根部和近根部缺陷的效果大大高于正常单晶探头检测；特别是对焊缝根部和近根部与表面垂直的和近于垂直的面积型缺陷，有着非常好的检出能力。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1a是常规的单晶探头；
[0022]图1b是三晶片合成探头的探头结构示意图；
[0023]图2是本发明的超声波检测装置的连接及检测示意图；
[0024]图3是本发明的使用三晶片合成探头检测的流程图；
[0025]图4是本发明一个优选方案的一个检测实例示意图；
[0026]图5a是单晶探头检测应用的检测原理图；
[0027]图5b是单晶探头检测应用的检测原理图；
[0028]图5c是本发明的三晶片合成探头检测应用的检测原理图；
[0029]图5d是本发明的三晶片合成探头检测应用的检测原理图；
[0030]图6a是本发明对无余高焊缝的根部和近根部检测示意图；
[0031]图6b是本发明对无余高焊缝的根部和近根部检测示意图；
[0032]图6c是本发明对无余高焊缝的根部和近根部检测示意图；
[0033]图7是本发明对有余高焊缝的根部和近根部检测示意图；
[0034]图8是DAC曲线示意图。
【具体实施方式】
[0035]下面结合附图通过【具体实施方式】对本发明进行详细说明。本发明的特点将随着这些描述变得更为清楚、明确。
[0036]图1a是常规单晶探头A ；
[0037]图1b是二晶片合成探头B结构不意图。如图1a所不,单探头只有一个晶片I ;如图1b所示，三晶片合成探头是三个晶片合装在一个外壳里，其中发射超声波用的发射晶片11位于三晶片的中间，它是曲面自聚焦晶片，聚焦距离与被检工件的厚度相关，被检件厚度越大，需要的聚焦深度越大。另外前接收晶片12和后接收晶片13并联在一起合并为接收晶片。三个晶片的摆放是角度基本保持一致，发射晶片11也可以与其它两接收晶片12、13有2度左右的小倾角，以利于与接收声束垂直；高度上三晶片略有差异，目的是使三个晶片发射的声波进入工件时间尽量一致，有利于提高仪器和探头组合后在深度方向的分辨率，即增强了缺陷与结构回波区分能力；
[0038]图2为本发明的超声波检测装置的连接、检测示意图。超声波探伤仪和电缆都是与正常A超探伤仪器14 (即常规的A型脉冲反射式超声波探伤仪)检测时所用是完全相同的。探头是本发明三晶片合成探头。发射晶片11与A超探伤仪器的发射插座连接，接收晶片12、13与A超探伤仪器14的接收插座相连接。当三晶片合成探头B作为一个晶片探头使用时(这是一种全新的形式)，A超探伤仪器的探头选择钮为单探头模式，此时仪器上的探头发射和接收插座为并联形式，三个晶片合成探头可视为一个晶片探头，即三个晶片探头同时发射和/或同时接收信号。当A超探伤仪器的探头选择按钮改为双探头模式时，三晶片即刻变为一个晶片探头发射、两个晶片探头接收模式。由此，通过这样的单双模式转换，既有了单晶片探头和双晶片探头的两种检测结果，又有了清晰的回波信号，对根部和近根部缺陷的检出率大大提高。
[0039]图3是本发明的三晶片合成探头检测的流程图。从图上可看出，本发明的检测过程只是在制作DAC曲线时多绘制一次，另外，当发现焊缝根部有缺陷或怀疑有缺陷或根部回波异常时，再把仪器的单探头模式换成双探头模式即可，其它的步骤大致与常规检测时完全相同。
[0040]本申请的检测方法包括步骤如下:
[0041](I)选用标准JB/T4730.3-2005、A超探伤仪器(型号:CTS_9003，广东汕头超声电子股份有限公司生产)，探头选择2.5ΜΗζ/45度/三晶片尺寸[20X (4+8+10)](这里的晶片尺寸没有特别限定，也可是其它晶片尺寸的)，试块选用CSK-1A和CSK-1IIA0
[0042](2) A超探伤仪器输入参数:使用CSK-1A校准材料的横波声速、探头折射角、探头前沿距离、零点偏移及其它参数。用CSK-1II A试块绘制好DAC曲线。至少绘制两次DAC曲线:三晶片合成探头B作为单发射单接收的单晶片探头使用时一次；作为一发射一接收双晶片探头时一次。灵敏度是深度120mm的孔Φ1Χ6-6(1Β (dB称为分贝，是声强级单位)。
[0043](3)对工件进行扫查，探头移动形式是按标准规定的锯齿型和横向的平行或斜平行进行，使探头移动宽度距离大于工件厚度TH与探头横波折射角的正切值K的乘积(THXK)。
[0044](4 )当发现缺陷时，再作前后、左右、转角、环绕等形式扫查，结合单晶片探头的DAC曲线按标准对缺陷做出性质判断与评级。并做好缺陷的文字记录和工件标定。
[0045](5)当发现焊缝根部有缺陷或怀疑有缺陷或根部回波异常时，把A超探伤仪器的单探头模式转换成双探头模式此时检测变成一发射一接收双晶片探头模式。在此需要说明的是，双探头模式的数字机也可多储存一个双探头程式。发射晶片一定要连接在仪器上的发射插孔上。
[0046](6)再一次对根部有缺陷或怀疑有缺陷或根部回波异常部位进行扫查，探头前后移动，使移动距离大于工件厚度TH与探头横波折射角的正切值K的乘积，即THXK。
[0047](7)对缺陷进行性质判断与评级:按缺陷回波显示、水平定位、底波变化等综合分析，能准确的检出焊缝根部和近根部的缺陷，然后进行评级，所述评级按双晶片探头制作的DAC曲线参数执行。
[0048]另外，需要说明的是，通过上述测定，如果两次缺陷的评定结果不一致时，结果按严重的一方来执行评级。
[0049]图4是本发明一个优选方案的一个检测实例示意图。图中所示的①、②两个部位，是分别对5_X18mm面积型缺陷进行的单、双探头法检测位置，检测方法按照上述步骤的内容来进行，检测过程不再赘述。以下对焊缝的材料以及结果等进行说明，具体如下:模拟焊缝的材料508 III钢，规格400 X 40 X 120 (120为厚度，单位是毫米)。模拟缺陷制作，是使用线径0.18mm的线切割而成。沿着切割线机械加工成坡口，再氩弧焊焊接封口，然后进行机械加工，最终形成一个深度95mm(另一根部面20mm),面积为5mmX 18mm的缺陷，为了模仿窄间隙焊的焊接坡口，使缺陷与上下表面有2.5度的倾斜。
[0050]检验执行标准JB/T4730.3-2005[0051 ]试块:CSK-1A 和 CSK-1II A[0052]超声波探伤仪:CTS-9003
[0053]三晶片合成探头:2.5MHz/45度/三晶片尺寸20 X (4+8+10)和2.5MHz/45度/单晶片尺寸18X18
[0054]该实施方式中的DAC曲线制作分三次制作即单晶探头一次、三晶片探头两次。检查灵敏度是深度120mm的孔Φ lX6_6dB。
[0055]检测分别在模拟焊件上的①、②两个部位进行。图4所示。检测结果如下表1
[0056]表1
[0057]
【权利要求】
1.一种超声波检验焊缝根部缺陷的方法，其特征在于，该方法是使用超声波检验焊缝根部缺陷的装置完成的，其中，超声波检验焊缝根部缺陷的装置包括通过电缆线相连的三晶片合成探头和超声波探伤仪，所述三晶片合成探头是把三个晶片封装在一个外壳内部的探头；该方法包括以下步骤: (1)按所执行的标准规定选择超声波检验焊缝根部缺陷的装置和试块，其中，所述试块是 CSK-1A 和 CSK-1I/III/IVA ； (2)利用CSK-1A试块，调节超声波探伤仪的线性、设置各项超声波探伤仪参数；并利用CSK-1I/III/IVA试块，确定探伤灵敏度，至少绘制两次DAC曲线，同时保存调节设置好的参数； 所述DAC曲线绘制为单晶片探头和双晶片探头，所述单晶片探头是将三晶片合成探头中封装的三个晶片作为一个晶片整体的探头，且三晶片合成探头中封装的三个晶片并联连接，按常规方法检验； 所述双晶片探头是将所述三晶片合成探头中封装的三个晶片组合成一发射一接收双晶片探头，即三个晶片中一个作为发射晶片，另两个晶片作为接收晶片； (3)对被检工件进行扫查，探头移动按标准规定的锯齿型和横向的平行或斜平行进行，使探头前后移动距离大于工件厚度TH与探头横波折射角的正切值K的乘积，即THXK ； (4)当发现缺陷时，再作前后、左右、转角、环绕等形式扫查，结合单晶片探头的DAC曲线按标准对缺陷做出性质判断与评级，并做好缺陷的文字记录和工件标定； (5)当发现焊缝根部有缺陷或怀疑有缺陷或根部回波异常时，把超声波探伤仪的单晶片探头模式换成双晶片探 头模式，即检测变成一发射一接收双晶片探头模式； (6)再一次对根部有缺陷或怀疑有缺陷或根部回波异常部位进行扫查，探头前后移动，使移动距离大于工件厚度TH与折射角的正切值K的乘积，即THXK ； (7)对缺陷进行性质判断与评级:按缺陷回波显示、水平定位、底波变化等综合分析，能准确的检出焊缝中根部和近根部的缺陷，即可大致判断出缺陷的方向、大小、性质，然后进行评级，所述评级按双晶片探头制作的DAC曲线参数执行。
2.根据权利要求1所述的超声波检验焊缝根部缺陷的方法，其特征在于，所选用的三晶片合成探头横波折射角为36°~54°。
3.根据权利要求2所述的超声波检验焊缝根部缺陷的方法，其特征在于，所选用的三晶片合成探头横波折射角为45°。
4.根据权利要求1所述的超声波检验焊缝根部缺陷的方法，其特征在于，被检工件厚度为40~200mm。
5.根据权利要求1所述的超声波检验焊缝根部缺陷的方法，其特征在于，被检工件的缺陷深度距根部表面为15~30mm。
6.根据权利要求7所述的超声波检验焊缝根部缺陷的方法，其特征在于，被检工件的缺陷深度距根部表面为22.5mm。
7.根据权利要求1所述的超声波检验焊缝根部缺陷的方法，其特征在于，被检工件的焊缝的结构为焊缝余高磨平的形状和焊缝余高未磨平的形状。
8.根据权利要求1所述的超声波检验焊缝根部缺陷的方法，其特征在于，超声波探伤仪为A超探伤仪器。
9.根据权利要求1所述的超声波检验焊缝根部缺陷的方法，其特征在于，A超探伤仪器为数字机或模拟机。
10.超声波检验焊缝根部缺陷的装置，其如上述权利要求1-9中所述。
【文档编号】G01N29/04GK103472133SQ201310452335
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月27日 优先权日:2013年9月27日
【发明者】邓显余, 赛鹏, 王佐森, 周海波, 朱青山, 邓屾, 李港, 陈卫东 申请人:哈电集团（秦皇岛）重型装备有限公司