用于厚壁管件的周向超声波检查方法和装置制造方法
【专利摘要】一种用于厚壁管件的周向超声波检查方法和装置，使用具有圆弧部Ⅰ（1）和圆弧部Ⅱ（2）的标准试样Ⅰ（91）标定超声波检测仪的探头前沿长度、纵波折射角和横波折射角的标准值及纵波和横波的最高波的幅度参数标准值，使用与厚壁管件参数相对应的标准试样Ⅱ（92）根据标定的标准值调整超声波检测仪的扫描比例，根据超声波检测仪的扫描比例探测厚壁管件的位置，超声波检测仪的纵波与标准试样Ⅰ（91）、标准试样Ⅱ（92）和厚壁管件的入射角设置为42-48°使声束在内壁发生聚焦，以一定角度入射到内壁缺陷，通过端角反射，进一步提高检测灵敏度，因此提高了对厚壁管件的检查精度。
【专利说明】用于厚壁管件的周向超声波检查方法和装置
[0001] 一、【技术领域】 本发明涉及一种周向超声波检查方法和装置，尤其是一种用于厚壁管件的周向超声波 检查方法和装置。
[0002] 二、【背景技术】 为了保证厚壁管件的质量，防止出现缺陷，就需要对厚壁管件进行超声波检查方法，因 此用于厚壁管件的周向超声波检查方法和装置是一种重要的检查方法，在现有的用于厚壁 管件的周向超声波检查方法和装置中，都是使用采用水浸法产生的变型横波在生产线上进 行检测，由于采用水浸法，其应用范围受到了极大的局限，如半径较大的厚壁管件及在用厚 壁管采用水浸法比较困难，而使用小角度折射横波其灵敏度又受到限制，从而影响了对的 的检查精度。
[0003] 三、
【发明内容】
为了克服上述技术缺点，本发明的目的是提供一种用于厚壁管件的周向超声波检查方 法和装置，因此提高了对厚壁管件的检查精度。
[0004] 为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：一种用于厚壁管件的周向超声波检 查方法，其步骤为：使用具有圆弧部I和圆弧部II的标准试样I标定超声波检测仪的探头 前沿长度、纵波折射角和横波折射角的标准值及纵波和横波的最高波的幅度参数标准值， 使用与厚壁管件参数相对应的标准试样II根据标定的标准值调整超声波检测仪的扫描比 例，根据超声波检测仪的扫描比例探测厚壁管件的位置，超声波检测仪的纵波与标准试样 I、标准试样II和厚壁管件的入射角设置为42-48°。
[0005] 由于设计了选择纵波的入射角，使声束在内壁发生聚焦，以一定角度入射到内壁 缺陷，通过端角反射，进一步提高检测灵敏度，因此提高了对厚壁管件的检查精度。
[0006] 本发明设计了，一种用于厚壁管件的周向超声波检查方法，其步骤为： 一、探头前沿长度、纵波折射角和横波折射角的标准值测定： a、标准试样I的标定： 当厚壁管件的外径大于500mm时，标准试样I设置为CSK-IA试块； 当厚壁管件的外径小于500_时，标准试样I设置为包含有圆弧部I和圆弧部II，圆 弧部I设置为与圆弧部II按照在一侧的周边重合的方式叠加联接，在圆弧部I的周边上设 置有V形开口槽和直径为1. 8-2. 2_的通孔并V形开口槽和通孔的中心线分别设置在圆弧 部I的同一条半径线上，通孔的圆心与圆弧部I的周边之间的距离设置为18_22mm，在圆弧 部I与圆弧部II叠加部位设置有半径与圆弧部II的半径R2相同的半园开口槽并半园开口 槽的圆心设置在圆弧部I的周边上且与通孔的圆心在圆弧部I的同一条直径线上； 当厚壁管件的外径设置为44-56mm时，圆弧部I半径Rl设置为25mm、圆弧部II的半径 R2设置为20mm ; 当厚壁管件的外径设置为54-66mm时，圆弧部I半径Rl设置为30mm、圆弧部II的半径 R2设置为25mm ; 当厚壁管件的外径设置为66-80mm时，圆弧部I半径Rl设置为37mm、圆弧部II的半径 R2设置为30mm ; 当厚壁管件的外径设置为80-100mm时，圆弧部I半径Rl设置为44mm、圆弧部II的半径 R2设置为35mm ; 当厚壁管件的外径设置为100-120mm时，圆弧部I半径Rl设置为55mm、圆弧部II的半 径R2设置为45mm ; 当厚壁管件的外径设置为120-150mm时，圆弧部I半径Rl设置为68mm、圆弧部II的半 径R2设置为55mm ; 当厚壁管件的外径设置为150-190mm时，圆弧部I半径Rl设置为85mm、圆弧部II的半 径R2设置为70mm ; 当厚壁管件的外径设置为190_230mm时，圆弧部I半径Rl设置为105mm、圆弧部II的半 径R2设置为85mm ; 当厚壁管件的外径设置为230-290mm时，圆弧部I半径Rl设置为130mm、圆弧部II的半 径R2设置为105mm ; 当厚壁管件的外径设置为290-370mm时，圆弧部I半径Rl设置为165mm、圆弧部II的半 径R2设置为135mm ; 当厚壁管件的外径设置为370-450mm时，圆弧部I半径Rl设置为205mm、圆弧部II的半 径R2设置为170mm ; 当厚壁管件的外径设置为400-500mm时，圆弧部I半径Rl设置为230mm、圆弧部II的半 径R2设置为190mm ; b、 探头前沿长度的标准值测定：在标准试样I，将纵波斜探头放到半园开口槽上，沿半 园开口槽的圆心位置前后移动，找到最高波，则半园开口槽圆心位置对应的探头上的点即 为探头入射点，测出该点到前沿的距离即为探头前沿长度的标准值； c、 纵波折射角的标准值测定：将纵波斜探头扫查V形开口槽，当达到最高反射波幅波 幅，AC段的长度即为探头入射点到V形开口槽的距离，由图3可见Z ACB为半径为Rl的圆 的圆心角，即Z ACB=90°，则纵波折射角为：
【权利要求】
1. 一种用于厚壁管件的周向超声波检查方法，其特征是：其步骤为：使用具有圆弧部 I (1)和圆弧部II(2)的标准试样I(91)标定超声波检测仪的探头前沿长度、纵波折射角 和横波折射角的标准值及纵波和横波的最高波的幅度参数标准值，使用与厚壁管件参数相 对应的标准试样II(92)根据标定的标准值调整超声波检测仪的扫描比例，根据超声波检测 仪的扫描比例探测厚壁管件的位置，超声波检测仪的纵波与标准试样I(91)、标准试样II (92)和厚壁管件的入射角设置为42-48°。
2. 根据权利要求1所述的用于厚壁管件的周向超声波检查方法，其特征是：超声波检 测仪的纵波与标准试样I(91)、标准试样II(92)和厚壁管件的入射角设置为45°。
3. 根据权利要求1所述的用于厚壁管件的周向超声波检查方法，其特征是：其步骤 为： 一、探头前沿长度、纵波折射角和横波折射角的标准值测定：a、标准试样I(91)的标定： 当厚壁管件的外径大于500mm时，标准试样I (91)设置为CSK-IA试块； 当厚壁管件的外径小于500_时，标准试样设置为圆弧部I(1)和圆弧部II(2)，圆弧 部I(1)设置为与圆弧部II(2)按照在一侧的周边重合的方式叠加联接，在圆弧部I(1)的 周边上设置有V形开口槽（11)和直径为1.8-2.2mm的通孔（12)并V形开口槽（11)和通 孔（12)的中心线分别设置在圆弧部I(1)的同一条半径线上，通孔（12)的圆心与圆弧部I (1)的周边之间的距离设置为18-22mm，在圆弧部I (1)与圆弧部II (2)叠加部位设置有半 径与圆弧部II (2)的半径R2相同的半园开口槽（13)并半园开口槽（13)的圆心设置在圆弧 部I (1)的周边上且与通孔（12)的圆心在圆弧部I (1)的同一条直径线上； 当厚壁管件的外径设置为44_56mm时，圆弧部I (1)半径Rl设置为25mm、圆弧部II (2)的半径R2设置为20mm ; 当厚壁管件的外径设置为54_66mm时，圆弧部I (1)半径Rl设置为30mm、圆弧部II (2)的半径R2设置为25mm ; 当厚壁管件的外径设置为66-80mm时，圆弧部I (1)半径Rl设置为37mm、圆弧部II (2)的半径R2设置为30mm ; 当厚壁管件的外径设置为80-100mm时，圆弧部I(1)半径Rl设置为44mm、圆弧部II (2) 的半径R2设置为35mm; 当厚壁管件的外径设置为100-120mm时，圆弧部I(1)半径Rl设置为55mm、圆弧部II(2)的半径R2设置为45mm; 当厚壁管件的外径设置为120-150mm时，圆弧部I(1)半径Rl设置为68mm、圆弧部II(2)的半径R2设置为55mm; 当厚壁管件的外径设置为150-190mm时，圆弧部I(1)半径Rl设置为85mm、圆弧部II(2)的半径R2设置为70mm; 当厚壁管件的外径设置为190_230mm时，圆弧部I (1)半径Rl设置为105mm、圆弧部 II2的半径R2设置为85mm; 当厚壁管件的外径设置为230-290mm时，圆弧部I1半径Rl设置为130mm、圆弧部II(2)的半径R2设置为105mm; 当厚壁管件的外径设置为290-370mm时，圆弧部I(1)半径Rl设置为165mm、圆弧部II (2)的半径R2设置为135mm; 当厚壁管件的外径设置为370-450mm时，圆弧部I(1)半径Rl设置为205mm、圆弧部Π(2)的半径R2设置为170mm; 当厚壁管件的外径设置为400-500mm时，圆弧部I(1)半径Rl设置为230mm、圆弧部II(2)的半径R2设置为190mm; b、 探头前沿长度的标准值测定：在标准试样I(91)，将纵波斜探头放到半园开口槽 (13)上，沿半园开口槽（13)的圆心位置前后移动，找到最高波，则半园开口槽（13)圆心位 置对应的探头上的点即为探头入射点，测出该点到前沿的距离即为探头前沿长度的标准 值； c、 纵波折射角的标准值测定：将纵波斜探头扫查V形开口槽（11)，当达到最高反射波 幅波幅，AC段的长度即为探头入射点到V形开口槽（11)的距离，由图3可见ZACB为半径 为Rl的圆的圆心角，即
ZACB=90°，则纵波折射角为： S设置为超声波声程； d、 横波折射角的标准值测定：根据波型转换定律：
式中：爲、爲分别为横波、纵波折射角； G、Ci分别为横波、纵波声速； 则横波折射角爲Λ; e、 从超声波检测仪中标定纵波和横波的最高波的幅度参数标准值； f、 标准试样II(92)的标定：按照厚壁管件的尺寸制作标准试样II(92)，在标准试样II (92)上设置有通孔（12); 二、 超声波检测仪的扫描比例的标定 按照第一步骤中的探头前沿长度、纵波折射角和横波折射角的标准值对标准试样Π(92)进行扫描，由标准试样II(92)的通孔（12)的圆心与标准试样II(92)的中心之间的距 离、由纵波和横波的最高波的参数标准值确定超声波检测仪的扫描比例； 三、对厚壁管件的检查 使用标定的超声波检测仪（93)对厚壁管件进行扫描，在超声波检测仪得到反射波的位 置比例值，采取第一或第二次的反射波，当第一或第二次的反射波的幅度参数值大于标定 的纵波和横波的最高波的幅度参数标准值的80%时，根据得到反射波的位置比例值与超声 波检测仪的扫描比例确定厚壁管件的缺陷位置。
4.根据权利要求3所述的用于厚壁管件的周向超声波检查方法，其特征是：当按照第 一步骤中的探头前沿长度、纵波折射角和横波折射角的标准值对标准试样II(92)进行扫 描，得到纵波和横波的最高波的参数标准值时，当调整超声波检测仪的扫描比例为定值时， 超声波检测仪的刻度值设置为标准试样II(92)的通孔（12)的圆心与标准试样II(92)的中 心之间的距离和超声波检测仪的扫描比例的相乘得到的值，厚壁管件的缺陷位置数值就是 超声波检测仪扫描时幅度参数值为纵波和横波的最高波的幅度参数标准值的80%的反射 波在超声波检测仪中的表示的位置数值。
5.根据权利要求3所述的用于厚壁管件的周向超声波检查方法，其特征是：缺陷位置 定位的判定： 在图4中，A点为探头入射点，C点为变型横波发现的厚壁管内部缺陷，则该缺陷在管件 上的跨距为^，在三角形AOB
中： 在超声波检测仪（93)中输入测定的厚壁管内的纵波波速，假定发现C点缺陷时，探伤 机声程显示为S，可利用显示声程求得BC段长度为：
;在三角形BOC中，利用余弦定理 求得OC=扣2+Mf-2M-BC-cmas ,则C点缺陷埋藏深度为A ;另外，在三角 形BOC中利用正弦定理可求得ZiSOC:
则C点缺陷的跨距L为：
R设置为厚壁管件的外径， 在图5中，在变型横波检测过程中，主要使用变型横波进行检测，对于折射横波、折射 纵波产生的回波可通过传播时间予以排除，可将数字式探伤仪的声速参数按纵波声速进行 设定，当出现回波信号显示声程大于L2即可排除，不予考虑； L2可按下式进行计算：
由于折射横波S2传播速度比纵波速度慢，在探伤仪中显示的声程为晃-g,该数值 与工件规格有关，一般情况下厚壁管中该数值均大于纵波声程L2,折射横波发现的回波显 示声程小于L2的回波也可自动排除； Fl处缺陷位置即为折射横波声程大于L2小于一次波声程的部分，该缺陷容易与F2处 变型横波、F3处反射纵波产生的缺陷回波信号混淆，发现该显示声程回波时可前后移动探 头，若该缺陷位于Fl处，则向前移动时折射纵波、变型横波扫查不到该缺陷；向后移动时， 只有变型横波能够扫查到该缺陷，且与折射横波显示声程相差L2; 若该声程的回波来自于F2、F3处，向前移动探头则折射横波或折射纵波均可扫查到该缺 陷，但由于回波声程显示均小于L2,可自动排除，则最初发现的回波即位变型横波产生的回波。
6. -种用于厚壁管件的周向超声波检查装置，其特征是：包含有标准试样I(91)、标 准试样II(92)、超声波检测仪（93)和处理器（94)，标准试样I(91)和标准试样II(92)设 置为与超声波检查仪（93)的探头接触式联接并标定超声波检查仪（93)的参数值，处理器 (94)设置为与超声波检测仪（93)的输出端联接。
7. 根据权利要求6所述的用于厚壁管件的周向超声波检查装置，其特征是：标准试样 I (91)在当厚壁管件的外径大于500mm时设置为CSK-IA试块；和标准试样I(91)在当厚 壁管件的外径小于500_时设置为包含有圆弧部I(1)和圆弧部II(2)，圆弧部I(1)设置 为与圆弧部II(2)按照在一侧的周边重合的方式叠加联接，在圆弧部I(1)的周边上设置 有V形开口槽（11)和直径为1.8-2.2mm的通孔（12)并V形开口槽（11)和通孔（12)的中 心线分别设置在圆弧部I(1)的同一条半径线上，通孔（12)的圆心与圆弧部I(1)的周边 之间的距离设置为18-22mm，在圆弧部I(1)与圆弧部II(2)叠加部位设置有半径与圆弧部 II (2)的半径R2相同的半园开口槽（13)并半园开口槽（13)的圆心设置在圆弧部I(1)的 周边上且与通孔（12)的圆心在圆弧部I(1)的同一条直径线上，V形开口槽11的槽口之间 的角度设置为58-62°，当厚壁管件的外径设置为44-56mm时，圆弧部I(1)半径Rl设置为 25mm、圆弧部II(2)的半径R2设置为20mm;当厚壁管件的外径设置为54_66mm时，圆弧部 I (1)半径Rl设置为30mm、圆弧部II(2)的半径R2设置为25mm;当厚壁管件的外径设置 为66_80mm时，圆弧部I(1)半径Rl设置为37mm、圆弧部II(2)的半径R2设置为30mm;当 厚壁管件的外径设置为80-100mm时，圆弧部I(1)半径Rl设置为44mm、圆弧部II(2)的半 径R2设置为35mm;当厚壁管件的外径设置为100-120mm时，圆弧部I(1)半径Rl设置为 55mm、圆弧部II(2)的半径R2设置为45mm; 当厚壁管件的外径设置为120-150mm时，圆弧部I(1)半径Rl设置为68mm、圆弧部II(2)的半径R2设置为55mm;当厚壁管件的外径设置为150-190mm时，圆弧部I(1)半径Rl 设置为85mm、圆弧部II(2)的半径R2设置为70mm; 当厚壁管件的外径设置为190_230mm时，圆弧部I(1)半径Rl设置为105mm、圆弧部 II 2的半径R2设置为85mm;当厚壁管件的外径设置为230-290mm时，圆弧部I1半径Rl设 置为130mm、圆弧部II(2)的半径R2设置为105mm; 当厚壁管件的外径设置为290-370mm时，圆弧部I(1)半径Rl设置为165mm、圆弧部II(2)的半径R2设置为135mm;当厚壁管件的外径设置为370-450mm时，圆弧部I(1)半径Rl 设置为205mm、圆弧部II(2)的半径R2设置为170mm;当厚壁管件的外径设置为400-500mm 时，圆弧部I(1)半径Rl设置为230mm、圆弧部II(2)的半径R2设置为190mm; 标准试样II(92)的参数值设置为与厚壁管件的尺寸相对应并在标准试样II(92)设置 有通孔（12)。
8. 根据权利要求6所述的用于厚壁管件的周向超声波检查装置，其特征是：超声波检 测仪（93)设置为脉冲反射式多通道或单通道超声波探伤仪并压电超声探头的工作频率为 1ΜΗζ-15ΜΗζ、单个探头的晶片长度或直径应小于等于25mm及人工缺陷长度小于20mm时应 小于等于12mm。
【文档编号】G01N29/04GK104316598SQ201410132452
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年4月3日 优先权日:2014年4月3日
【发明者】王 锋, 姜奎书, 王维国, 魏增安, 王一鸣 申请人:王 锋, 泰安兴润检测有限公司