奥氏体不锈钢管对接环焊缝超声波检测特种探头的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种奥氏体不锈钢管对接环焊缝超声波检测特种探头，采用一发一收双晶聚焦结构，减少了由钢管内壁的几何散射和楔块造成的杂乱干扰回波；在延迟斜楔的底部有内凹的曲面，使至少在内凹曲面顶部与待测钢管有接触。该特种探头在奥氏体不锈钢中形成水平偏振剪切波，跟其他波形相比，当从平行于偏振方向的表面反射时，水平偏振剪切波不会转化为其他类型的波，且杂乱回波较少；水平偏振剪切波几乎全波透射入焊缝金属中，与其他波形相比，其声束指向偏转最小。本实用新型可解决外径为Φ34～Φ168mm、壁厚为3.5～20mm的小口径奥氏体不锈钢管对接环焊缝超声波检测在灵敏度、信噪比和分辨率方面不足的技术问题。
【专利说明】奥氏体不锈钢管对接环焊缝超声波检测特种探头
【技术领域】
[0001]本实用新型属于钢焊缝超声波检测【技术领域】，特别涉及奥氏体不锈钢管对接环焊缝超声波检测技术。
【背景技术】
[0002]奥氏体不锈钢焊缝的超声波检测与碳钢相比有很大不同，由于奥氏体不锈钢焊缝金属晶粒呈柱状粗晶结构，使得超声波在传播的过程中，产生强烈的晶粒散射和衰减，引起较高的噪声信号(林状波)，使得接收到的有用的缺陷回波信号强度降低并且淹没在噪声信号当中，同时焊缝组织的各向异性会造成超声波声束扭曲偏转，从而使得信噪比大幅下降，缺陷的定位误差也大大增加。因此采用常规超声波探头已无法对奥氏体不锈钢焊缝进行有效地检测，在实际应用上存在相当大的难度。针对这一技术难题，国内外主要通过对仪器探头性能和信号处理来得以改善，但目前仍不成熟，尤其国内在该方面的研究工作不多，特别是在小口径奥氏体不锈钢管对接焊缝超声波检测技术方面的研究工作更少。有检测方法的应用报道归纳起来主要有:小角度低频纵波探头检测、爬波探头检测、双晶窄脉冲纵波斜入射探头检测。
[0003]CN101694484A提供一种奥氏体不锈钢焊缝中缺陷的超声波定位方法，通过制作对比试块，对对比试块的焊缝(2)进行探伤，进行常规检测:如果可探性试验可以检测出对比试块焊缝(2)中小于某个极限尺寸的缺陷的位置，则可以使用常规超声波检测的方法对奥氏体不锈钢焊缝(2)中的缺陷进行定位；否则，就证明常规超声波检测方法对这种奥氏体不锈钢焊缝根本不适用，主要是为是否可以采用常规超声波探伤检测提供依据。
[0004]CN102207490A提供一种奥氏体不锈钢焊缝超声检测缺陷信号的识别方法，具体步骤:在奥氏体不锈钢焊缝的待测点处获取一列A扫描信号a，在相邻检测点处获取另一列A扫描信号b ;分别对信号a和b进行小波包分解，获得信号a和b的小波包树及各级细节；将信号a和信号b的各级细节做累乘运算，获得累乘的各级细节及相应的小波包树；对累乘的小波包树进行降噪处理，获取噪声抑制后的A扫描信号，利用该A扫描信号进行缺陷信号的识别。
[0005]CN102384941A公开了一种奥氏体不锈钢焊缝超声波检测方法，其步骤如下:1)、制作与实际被检测焊缝一致的三个焊缝试块；2)、测量全部人工反射体，然后用插值法，获得焊缝整个横截面被划分区域的反射强度，即二维距离波幅表；3)、确定二维距离波幅表中划分区域的尺寸，先按同一水平位置进行插值；然后在同列中进行插值，这样就得到了焊缝所有区域的反射基准反射当量；4)、检测中发现缺陷回波后，先通过声程和探头K值确定反射体在焊缝中的区域，在二维距离波幅表中找出相应的基准当量，确定标准人工反射体的反射当量，用此当量与测得缺陷反射强度相比较，于是就得到了缺陷的当量。
[0006]CN31-1335/TG《无损检测》期刊2013年第35卷第6期《宽频带窄脉冲TRL探头在奥氏体不锈钢焊缝超声检测中的优越性》中通过对JB/T4730《承压设备无损检测》所述的Φ273Χ30_奥氏体不锈钢管对接焊缝的测试，描述了现有的不同纵波探头在奥氏体不锈钢焊缝检测中应用中的不同，验证了宽频带窄脉冲TRL探头在奥氏体不锈钢焊缝超声检测中的优越性。
[0007]采用上述方法进行检测，不同操作人员的检测结果一致性和重复性差，实用性不强。特别是外径为Φ34?Φ 168mm、壁厚为3.5?20mm的小口径奥氏体不锈钢管对接环焊缝的超声检测，应用起来困难很大，JB/T4730《承压设备无损检测》也没有相应的检测标准，主要原因是没有有效检测小口径奥氏体不锈钢管对接环焊缝的探头(超声波换能器)造成的。
实用新型内容
[0008]本实用新型的目的是提供一种奥氏体不锈钢管对接环焊缝超声波检测特种探头，解决奥氏体不锈钢管对接环焊缝超声波检测在灵敏度、信噪比和分辨率方面不足的技术问题。
[0009]本实用新型的一种奥氏体不锈钢管对接环焊缝超声波检测特种探头，其特征在于:采用一发一收双晶聚焦结构，包括一发一收2个压电晶片(I)、延迟斜楔(2)、隔声层
(3)、电缆线(4)、外壳(5)和阻尼块(6);延迟斜楔(2)由两个矩形块组成，两个矩形块之间夹有隔声层(3);在延迟斜楔(2)的底部有内凹的曲面，使至少在内凹曲面顶部与待测钢管有接触；两个矩形块上部的外角有对称的切面，切面呈菱形，切面上各置有压电晶片(1)，功能分别为发射、接收；压电晶片⑴与外壳(5)间置有阻尼块(6)。
[0010]为了实现良好的耦合，将延迟斜楔(2)的底部与待测钢管的接触面修磨成与钢管曲率半径相符或接近的曲面，延迟斜楔(2)的底部内凹的曲面弧度最好分为Φ34、Φ42、Φ48、Φ89、Φ114、Φ140 或 Φ168。
[0011]“美国无损检测手册”超声卷指出:各向异性材料中(奥氏体不锈钢焊缝金属呈各向异性)，通常情况下有三种不同的线弹性波可沿给定的方向向前传播。这三种波通常不是单一模式，因为每种波通常既有平行于波法线，也有垂直于波法线的质点位移分量。一种分量常比另一种分量大得多。含有较大平行分量的波叫“水平偏振剪切波”，这种线弹性波既不是单纯的纵波，也不是单纯的横波，而是三种不同性质的线弹性波的混合物。对单个缺陷的反射回波呈现到超声波探伤仪显示屏上时将是三个粘滞在一起的三个波，而且通常情况下三个波中必定有一个波的波幅比另外两个波的波幅高得多。该波形不会转化为其他类型的波，且杂乱回波较少，当超声波从平行于偏振方向的表面通过界面时，其传输系数常高于其他波型。业已证实，在18°?90°很宽的入射角范围内“水平偏振剪切波”几乎全部透射入焊缝金属中；在奥氏体不锈钢焊缝以及其他不同金属的焊缝中，使用射线示踪模型发现“水平偏振剪切波”声束指向偏转最小。本实用新型奥氏体不锈钢管对接环焊缝超声波检测特种探头就是以此为突破，激励产生的超声波以柱面波波源纵向斜入射的方式进入钢管焊缝，形成不同于以往其他的常规探头(纯横波、纯纵波或爬波)的“水平偏振剪切波”。采用一发一收双晶聚焦结构，超声波声束能量相对集中，减少了超声波声束在小口径钢管管壁内表面的严重几何散射。
[0012]本超声波特种探头为使超声波纵波声束尽可能平行于钢管管壁向前传播，利用“水平偏振剪切波”对分布于焊缝中，沿焊缝厚度方向分布的各种不同性质的缺陷进行有效f*..t? I J
检测，入射角α取第一临界角
【权利要求】
1.一种奥氏体不锈钢管对接环焊缝超声波检测特种探头，其特征在于:采用一发一收双晶聚焦结构，包括一发一收2个压电晶片(I)、延迟斜楔(2)、隔声层(3)、电缆线(4)、外壳(5)和阻尼块(6);延迟斜楔(2)由两个矩形块组成，两个矩形块之间夹有隔声层(3)；在延迟斜楔(2)的底部有内凹的曲面，使至少在内凹曲面顶部与待测钢管有接触；两个矩形块上部的外角有对称的切面，切面呈菱形，切面上各置有压电晶片(I)，功能分别发射、接收；压电晶片⑴与外壳(5)间置有阻尼块(6)。
2.根据权利要求1所述的奥氏体不锈钢管对接环焊缝超声波检测特种探头，其特征在于:延迟斜楔(2)的底部有内凹的曲面弧度分为Φ34、Φ42、Φ48、Φ89、Φ114、Φ 140或Φ168。
3.根据权利要求1所述的奥氏体不锈钢管对接环焊缝超声波检测特种探头，其特征在于:测试探头入射角α取第一临界角a ^arcsinCu/Q，其中(^指延迟斜楔中的超声波声速，Cl2指奥氏体不锈钢管材中的超声波纵波声速。
4.根据权利要求3中奥氏体不锈钢管对接环焊缝超声波检测特种探头，其特征在于:测试探头入射角α为27.1°~27.6°。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的奥氏体不锈钢管对接环焊缝超声波检测特种探头，其特征在于:压电晶片形状选用矩形，且晶片纵向长度b大于晶片横向宽度a。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的奥氏体不锈钢管对接环焊缝超声波检测特种探头，其特征在于:阻尼块的材料为环氧树脂系组合物。
7.根据权利要求1至 4中任一项所述的奥氏体不锈钢管对接环焊缝超声波检测特种探头，其特征在于:延迟斜楔的材料为有机玻璃。
【文档编号】G01N29/24GK203758968SQ201420176795
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年4月12日 优先权日:2014年4月12日
【发明者】庄浩春, 马小强, 罗晓明, 杨惠谷, 李东胜, 张建华, 孙涛, 杨海军 申请人:化学工业设备质量监督检验中心, 上海市特种设备监督检验技术研究院, 庄浩春