一种用于核电站BOSS焊缝的相控阵超声检测方法与流程

本发明涉及一种用于核电站BOSS焊缝的相控阵超声检测方法，其属于无损检测技术领域。

背景技术：

核电站BOSS焊缝是主管和支管常用的连接方式，其尺寸变化范围大，结构复杂。鉴于BOSS焊缝是核一级压力容器边界的一部分，其在制造及服役过程中如果出现裂纹等缺陷，会导致放射性物质泄漏，严重影响核电站安全运行，因此必须对其进行有效的无损检测。由于BOSS焊缝厚度梯度变化范围大，造成射线检测时底片布置困难，底片黑度不能满足检测要求，难以用射线方法检测。根据RCC-M法规，目前采用分层渗透方法对BOSS焊缝进行无损检测。但渗透方法只能检测表面开口裂纹，无法发现内部缺陷。目前急需一种无损检测方法对BOSS焊缝进行全覆盖无损检测。

相控阵超声检测具有声束可控性强，覆盖范围广，检测效率高等特点，本发明提出将相控阵超声检测方法用于BOSS焊缝检测中，利用相控阵超声检测S扫查和Ｂ扫查图像相结合，实现对焊缝缺陷的有效检测及定位、定量，为核电站安全运行提供重要保障。

技术实现要素：

本发明的目的是一种用于核电站BOSS焊缝的相控阵超声检测方法。针对BOSS焊缝结构复杂，且射线检测实施困难以及渗透检测无法发现焊缝内部缺陷的问题，利用相控阵超声检测声束大范围角度偏转和聚焦功能，满足BOSS焊缝检测要求，实现缺陷的有效检出和定位、定量。

本发明采用的技术方案是：一种用于核电站BOSS焊缝的相控阵超声检测方法，其特征是：针对不同规格BOSS焊缝，选择合适的小脚印相控阵探头，探头全晶片激发，设置聚焦方式为半声程聚焦，偏转角度为负35度-正35度，利用上述参数对焊缝区域进行检测，存储Ａ扫查信号、S扫查和Ｂ扫查图像，并读取和记录缺陷长度和深度信息，所述方法的步骤如下：

（1）清除焊缝表面焊渣等杂物，满足检测中表面粗糙度要求；在BOSS焊缝表面做出清晰的标识，包括焊接位置标识线及扫查位置参考点；并选择合适的耦合剂；

（2）根据BOSS焊缝支管和主管尺寸选择合适的小脚印相控阵探头，探头为全晶片激发，设置半声程聚焦、偏转角度为负35度-正35度，调整时间窗口范围、设置检测灵敏度、脉冲重复频率和扫查增量等检测参数；

（3）根据步骤（b）中确定的参数进行扫查，通过相控阵超声检测系统采集检测信号和图像，并存储于计算机之中；

（4）在计算机分析软件中调出Ａ扫查信号、S图像和Ｂ扫查图像，在扫查图像中识别缺陷影像，并对缺陷进行定位，记录缺陷位置信息；

（5）在B扫查图像中利用-6dB方法对检出缺陷进行长度定量，并记录缺陷长度信息。

本发明的有益效果是：与现有的BOSS焊缝检测方法相比，利用相控阵超声检测方法能够克服由射线检测底片布置困难、底片黑度不均匀所造成的不能满足检测要求的问题，且可以克服渗透检测不能对焊缝内部缺陷进行检测的问题。相控阵超声检测方法通过S扫查和B扫查图像相结合，缺陷显示直观，定量准确，能够满足实际工程检测需求。

附图说明

下面结合附图和实例对本发明做进一步说明。

图1是相控阵超声测试系统连接示意图。

图2是被检缺陷分布及轴向扫查示意图。

图3是周向扫查示意图。

图4是上下熔合线位置未熔合缺陷的S扫查和B扫查图像。（a）上熔合线S扫查图像；（b）上熔合线，B扫查图像；（c）下上熔合线，S扫查图像；（d）下熔合线，B扫查图像。

具体实施方式

一种用于核电站BOSS焊缝的相控阵超声检测方法中，采用的相控阵超声测试系统如图1所示，其中包括相控阵超声检测仪、集成分析功能软件的计算机、小脚印相控阵探头、扫查装置等。测量及处理步骤如下：

（1）研究对象为BOSS焊缝试件，试件主管外径170.00mm，壁厚20.00mm，支管外径34.00mm，壁厚10.00mm，材料纵波声速5790m/s。在焊缝中上、下熔合线位置分别加工一处未熔合缺陷，缺陷宽度10.00mm，距焊缝表面深度30.00mm。实验前清除焊缝表面焊渣等杂物，满足检测中表面粗糙度要求。在BOSS焊缝表面做出清晰标识，包括焊接位置标识线及扫查位置参考点，并选择合适的耦合剂。

（2）如图2所示，实验采用小脚印相控阵探头，其频率5MHz，晶片尺寸0.55mm，晶片宽度6mm。检测时将相控阵超声检测小脚印探头置于BOSS焊缝表面上，依次设置检测参数：纵波声速5790m/s、聚焦方式为半声程聚焦、聚焦深度30.00mm、扇扫角度为负35度-正35度，采样频率100MHz。

（3）如图2和图3所示，将小脚印相控阵探头置于BOSS焊缝表面上进行轴向扫查和周向扫查，扫查时充分保障探头与工件良好耦合。采集所测信号和图像，并存储于计算机之中用于后续分析。

（4）图4中（a）和（c）为相控阵超声检测BOSS焊缝表面轴向S扫查图像，由图可清晰识别出上、下熔合线位置未熔合缺陷的上、下尖端回波，据此对缺陷进行深度定位，结果分别为31.47、31.59mm，定量误差分别为4.90%、5.30%。

（5）图4中（b）和（d）为相控阵超声检测BOSS焊缝的周向B扫查图像，由图可清晰识别出上、下熔合线位置未熔合缺陷的上、下尖端回波。利用-6dB法对缺陷进行长度定量，结果分别为10.89mm、10.85mm，对应定量误差8.90%、8.50%。