一种核电站主管道焊缝自动化相控阵超声检测方法与流程

本发明涉及一种核电站主管道焊缝自动化相控阵超声检测方法，属于无损检测技术领域。

背景技术：

主管道是核电站关键构件，其材质复杂、壁厚尺寸大，焊接过程中易产生未焊透、裂纹等危害性缺陷，因此必须进行有效检测。相控阵超声检测技术以其声束可控性强、覆盖范围广等特点而被广泛应用于实际检测中，能够显著提高缺陷检出率以及缺陷定量精度。

目前，核电站主管道焊缝超声检测一般是采用手动常规超声检测同手动相控阵超声检测相结合的模式。但在上述检测过程中，主要存在两方面问题：（1）主管道焊缝表面存在局部凹凸不平，扫查过程中易发生偏离，且手动超声检测受人为因素影响较大，难以保证整个检测过程中耦合一致性，进而造成缺陷误判、定量误差较大等问题。（2）主管道直径在750mm-990mm之间，手动超声检测过程难以一次完成整个焊缝检测，需分成多段进行检测，导致检测效率低；

因此，本发明提出一种核电站主管道焊缝自动化相控阵超声检测方法，该方法能够有效避免现有的手动超声检测中人为因素及耦合不一致对缺陷检测的影响，提高缺陷检出率及缺陷定量精度，且能够对大直径的主管道焊缝进行连续自动扫查，检测效率显著提高，对提高核电站主管道焊缝超声检测效果具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种核电站主管道焊缝自动化相控阵超声检测方法，借助自动扫查装置实现了主管道焊缝长距离、大批量检测需求；同时保证了检测过程中耦合一致性，避免了人为因素对缺陷检测的影响，实现主管道焊缝自动化相控阵超声检测。

本发明采用的技术方案是：一种核电站主管道焊缝自动化相控阵超声检测方法，根据主管道焊缝材质选择合适的面阵探头和楔块，并保证表面状态满足检测需求；在主管道焊缝表面做出检测所需要的清晰标识；利用夹持装置将探头楔块与固体柔性耦合介质组装成耦合工装；将扫查装置安装在主管道上，利用探头支架将耦合工装固定于扫查装置上；分别设置相控阵超声检测仪和自动扫查控制器的相关参数，并对主管道焊缝进行检测；根据检测结果的B扫查图像对缺陷进行定量，具体步骤如下：

（1）了解主管道焊缝基本特征：焊缝材质、焊接工艺、焊缝型式、尺寸范围以及容易出现的缺陷类型，根据上述内容确定检测所用的面阵探头和对应楔块；

（2）清除主管道焊缝表面焊接完成后残留的飞溅杂质以及阻碍探头移动的不规则部分，并对表面进行打磨，确保表面粗糙度Ra不超过检测标准所规定的6.3；

（3）在主管道焊缝表面做出清晰的焊缝标识、焊接位置标识线、扫查位置参考点以及扫查方向标识；

（4）测量选定探头楔块长、宽、高尺寸，并根据测量结果设计固体柔性耦合介质尺寸，耦合介质尺寸大于探头楔块尺寸20mm-30mm，利用夹持装置将探头楔块和耦合介质进行组装，并利用紧固螺栓在夹持装置四周进行固定，组合成耦合工装；

（5）将扫查装置安装在主管道上，利用探头支架将上述耦合工装固定于扫查装置上，并利用弹簧装置将耦合工装压紧，使之与主管道焊缝表面进行贴合；

（6）分别设置自动化相控阵超声检测系统中相控阵超声检测仪和自动扫查控制器相关参数，并利用上述检测系统从扫查位置参考点开始，按预先设定的扫查方向，沿焊缝标识进行自动化检测，记录A扫信号、B扫查及C扫查图像；

（7）根据B扫查图像确定缺陷回波位置，并针对A扫信号利用-6dB方法对缺陷进行长度定量。

本发明的有益效果是：这种核电站主管道焊缝自动化相控阵超声检测方法，根据主管道焊缝材质选择合适的面阵探头和楔块，并保证表面状态满足检测需求；在主管道焊缝表面做出检测所需要的清晰标识；利用夹持装置将探头楔块与固体柔性耦合介质组装成耦合工装；将扫查装置安装在主管道上，利用探头支架将耦合工装固定于扫查装置上；分别设置相控阵超声检测仪和自动扫查控制器的相关参数，并对主管道焊缝进行检测；根据检测结果的B扫查图像对缺陷进行定量。该方法有效避免现有的手动超声检测中人为因素及耦合不一致对缺陷检测的影响，提高缺陷检出率及缺陷定量精度，且能够对大直径的主管道焊缝进行连续自动扫查，检测效率显著提高，具有重要的工程应用价值。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是实验用探头楔块。

图2是夹持装置。

图3是组合完成之后的耦合工装效果图。

图4是自动化超声相控阵超声检测系统示意图。

图5是自动化相控阵超声检测B扫查图像。

具体实施方式

本核电站主管道焊缝自动化相控阵超声检测方法可检测壁厚66-96mm奥氏体不锈钢核电站主管道焊缝，实验所用仪器为多通道相控阵超声检测仪，并配备自动扫查装置。对比试块厚度82mm，纵波声速5810m/s，其包含长度15mm的底面开口槽，利用上述对比试块对本发明方法进行验证。具体验证过程及结果如下：

（1）经过文献调研了解到该核电站主管道焊缝材质为锻造奥氏体不锈钢，其晶粒粗大，具有弹性各向异性，声波在焊缝中传播时衰减、散射严重；焊接方式为窄间隙自动焊，需对焊缝进行100%检测，因此本方法选用1.5MHz面阵，晶片数量32×2，并配备纵波45°楔块，其示意图如图1所示。

（2）清除主管道焊缝表面焊接完成后残留的飞溅等杂质以及阻碍探头移动的不规则部分，并对表面进行打磨，确保表面粗糙度Ra不超过检测标准所规定的6.3，保证探头可自由移动。

（3）在主管道焊缝表面做出清晰的焊缝标识、焊接位置标识线、扫查位置参考点以及扫查方向标识，保证检测过程的可重复性和顺利进行；

（4）测量图1所示楔块尺寸，长×宽×高为115×50×33mm，设计相应的固体柔性耦合介质长度和宽度方向各大于楔块长和宽30mm，在探头楔块上均匀涂抹一层机油，并将耦合介质平铺于楔块之上，利用夹持装置（如图2）将探头楔块和耦合介质进行组装，并利用紧固螺栓在夹持装置四周进行固定，组合完成后耦合工装效果图如图3所示。

（5）将扫查装置安装在主管道之上，利用探头支架将上述耦合工装固定于扫查装置上，探头支架通过弹簧装置压紧，保证耦合工装与主管道焊缝表面贴合良好，组装完成之后的自动化相控阵超声检测系统示意图如图4所示。

（6）设置面阵探头为全晶片激发，在试块中偏转角度为30-60°，聚焦方式为投影聚焦；自动扫查控制器的扫查速度设置为10mm/s，扫查范围360°，利用上述检测系统从扫查位置参考点开始，按预先设定扫查方向，沿焊缝标识进行自动化检测并记录A扫信号、B扫查及C扫查图像等。

（7）根据图5所示的B扫查图像确定底面开口槽的回波位置，并利用-6dB方法进行长度定量。对于对比试块中长度15mm的底面开口槽，自动化相控阵超声检测定量结果为14.06mm，与实际长度相比，超声检测的绝对误差为0.94mm，相对误差为6.30%，能够满足实际检测需求。