一种对接焊缝无损检测验收方法与流程

本发明涉及检测技术领域，具体涉及一种对接焊缝无损检测验收方法。

背景技术：

目前，在船舶、核电、石油、压力容器等行业都离不开中厚（厚度为40～100mm）钢板的使用，中厚钢板在焊接时较为困难，容易产生裂纹，未熔合、气孔、夹渣等缺陷。为了检测出这些缺陷，需要进行无损检测。以前对中厚板焊缝的检测主要是x射线检测和超声波检测为主要方法。最近，由于新技术的发展，paut（phasedarrayultrasonictesting相控阵超声检测）和tofd（timeofflightdiffraction时差衍射超声检测）新技术应用来检测船舶中厚板焊缝，并且取得了很好的效果，但是由于paut和tofd检测技术各自的检测特点，在检测中厚板焊缝时存在以下问题：

（1）paut主要利用反射原理，能够对缺陷精确定位，但对面积型（例如裂纹、未熔合、未焊透等）危害性缺陷的类型识别困难，；

（2）tofd检测主要利用端点衍射法，对未熔合，裂纹等面积型缺陷特别敏感，能有效地检出此类缺陷，并且依据图像特征，判断出缺陷类型，但tofd检测对缺陷的定位不准确，导致返修时缺陷不能去除，而且tofd检测上下表面存在盲区；

（3）单独采用paut验收或tofd验收，会导致缺陷漏检、缺陷定性困难，验收结果不可靠。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种对接焊缝无损检测验收方法，包括以下步骤：

s1：对焊缝进行paut和tofd扫查，采集图像，将现场采集的图像进行综合分析以确认反射体的位置；

s2：判断识别tofd和paut发现的反射信号为非相关显示还是相关显示；

s3：如果是相关显示，进一步判别缺陷类型是面积型还是非面积型；

s4：当判定缺陷为面积型缺陷时，缺陷的高度测量在tofd图像上进行，长度测量在paut图像上进行；当判定缺陷为非面积型缺陷时，在paut扫查所得图像上测量缺陷的波幅和长度。

具体地，所述步骤s1进一步包括：

s11：将待检测表面处理干净，检测区域包括焊缝两侧及热影响区；

s12：在焊缝侧喷洒水，使检测表面充分润湿，保证探头与工件表面耦合良好；

s13：把paut探头固定在探头架上或直接用一个paut探头，以一定的速度扫查采集数据；

s14：把一对tofd探头固定在探头架上，调节好探头之间的距离，以一定的速度扫查采集数据；

具体地，所述步骤s2进一步包括：

s21：paut发现反射信号，作如下判断：

如果paut扫查的反射信号确定是由结构（轮廓）所引起的，不做记录；

如果paut扫查的反射信号确定不是由结构所引起的，进入s3。

所述步骤s2还进一步包括：

s22：如果tofd发现反射信号，但paut没有发现发射信号，则需要对paut的参数进行调整，改变线扫角度或改变扇扫角度，之后再次用paut扫查：观察paut发现相应位置的反射信号，进入s3；如调整后paut未发现相关信号显示，则重新进行tofd扫查确认信号显示为非相关显示。

进一步地，当确定tofd和paut扫查的反射信号为相关显示时，则可把tofd数据作为paut数据的基础数据，并分析tofd图像；如果tofd图像上有明显的上下端点衍射波，则判定缺陷为面积型缺陷；如果tofd图像上没有上下端点衍射波，则判定缺陷为非面积型缺陷。

优选地，扇扫角度为40°～70°。

与现有单独验收方法相比，本发明的一种对接焊缝无损检测验收方法具有如下效果：本发明针对中厚板焊缝的焊接较为困难、容易产生裂纹、未熔合等焊接缺陷等情况，对于解决tofd或paut单独检测过程中相关显示识别困难、定位不准的问题，paut和tofd检测验收方法联合使用时，能发挥paut和tofd技术各自优势，减少检测结果的误判和漏判，使有危害性的面积型缺陷的漏检率降到最低。

附图说明

图1：paut检测中按声程显示的超声波波束；

图2：paut检测中按实际几何结构显示的超声波线束；

图3：tofd检测原理图；

图4：paut和tofd联合检测过程示意图；

图5：paut和tofd联合检测焊缝时探头布置图；

图6：paut检测反射信号示意图；

图7：第一种paut检测缺陷示意图；

图8：第一种tofd检测缺陷示意图；

图9：第二种paut检测缺陷示意图；

图10：第二种tofd检测缺陷示意图；

图11：paut缺陷长度测量示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

paut检测超声相控阵技术是一种利用相位延迟和孔径合成技术发展起来的数字超声检测技术，它通过控制各个独立阵元的延时，可生成不同指向性的超声波波束，产生不同形式的声束效果，如图1所示，为按声程显示的超声波波束；图2为按实际几何结构显示的超声波线束。

超声波波束可以模拟各种斜聚焦探头的工作，并且可以电子扫描和动态聚焦，无需或少移动探头，检测速度快，探头放在一个位置就可以生成被检测物体的完整图像，实现了自动扫查，且可检测复杂形状的物体，克服了常规a型超声脉冲法的一些局限。

paut的优势：

①通常优化控制焦点尺寸、焦区深度和声束方向，可使检测分辨力、信噪比和灵敏度等性能得到提高，对缺陷定位精确。

②仿真成像技术，解决几何复杂构建检测难题，现场实时生成几何形状图像，轻松指出缺陷真实特征位置，成像由各声束a扫数据产生，实际检测结合工艺轨迹追踪，可用于所有形式的焊缝检测，同步显示a、b、s、c、d、p、3d扫描数据。

③超声波束方向可自由变换，焦点可以调节甚至实现动态聚焦，探头固定不动便能实现超声波扇扫或者线扫，相控阵技术可进行电子扫描，比通常的光栅扫描快一个数量等级。

④具有良好的声束可达性，能对复杂集合形状的工件进行扫查。

paut的局限性：

①像常规超声检测一样，paut并不能准确判定缺陷的类型，尤其是面积型缺陷；

②对检测表面条件要求较高；

③成本比类似的多探头系统高，特别是低端系统；

④技术含量高，不易被人接受，推广中有阻力；

⑤调试困难，但一旦设置好，就能很容易地修改和调整。

图3为tofd检测原理图：tofd检测可同时用a扫显示方式和d扫显示方式来表示，是采用一对频率、尺寸、角度相同的纵波探头进行探伤；一个作为发射探头，另一个作为接收探头，两探头相对位置在焊缝两侧且探头中心在同一直线上，图中pcs（probecenterseparation）表示探头中心间距，t表示工件厚度，t0表示时间。发射探头发射横向纵波，在无缺陷部位接收探头首先接收到直通波lw（lateralwave），这种波在两个探头间以纵波速度进行传播，然后接收到反射回波bw（backwall）。如果在工件中存在裂纹缺陷，则在缺陷的两端除普通的反射波外，在缺陷的上下端点，还将分别产生衍射波，其衍射能量来源于缺陷端部。这两束衍射波号在直通波与底面反射波之间出现。缺陷两端点的信号在时间上将是可分辨的，根据衍射波信号传播的时间差可判定缺陷高度的量值。

tofd的优点：

①对面积型缺陷检出率高，该技术不会因焊缝结构或缺陷的方向性就左右最后的检测结果，其检测结果具有很高的稳定性。

②利用衍射时差计算方法，面积型缺陷的高度可以得到精确的计算。

③检测效率高，该技术只需要做线性扫查就可以对焊缝完成扫查，很大程度上扩大了单组探头检测对焊缝的覆盖范围大，远远超过了传统的检测方法。

④衍射波有高灵敏度，所以缺陷漏检少，通过图像记录完整检测数据，重复性好。

tofd的局限性：

①tofd检测缺陷定位困难，非平行扫查速度快，但不能判定缺陷在焊缝的哪一侧。

②过高的灵敏度有时会夸大焊缝中的良性缺陷缺欠，定量有些偏大，如气孔、冷夹层等。

③存在检测盲区，即在工件的近表面（包括表面和底面）。

基于以上paut和tofd检测的各自优缺点，所以paut和tofd检测验收方法联合使用时，效果会更好，达到互相弥补、取长补短的作用。

如图4所示，本发明的一个较佳实施例提供了一种对接焊缝无损检测验收方法，包括以下步骤：

s1：对焊缝进行paut和tofd扫查，采集图像，将现场采集的图像进行综合分析以确认反射体的位置；

s2：判断识别tofd和paut发现的反射信号为非相关显示还是相关显示；

s3：如果是相关显示，进一步判别缺陷类型是面积型还是非面积型；

s4：当判定缺陷为面积型缺陷时，缺陷的高度测量在tofd图像上进行，长度测量在paut图像上进行；当判定缺陷为非面积型缺陷时，在paut扫查所得图像上测量缺陷的波幅和长度。

具体地，所述步骤s1进一步包括：

s11：将待检测表面处理干净，检测区域包括焊缝两侧及热影响区；

s12：在焊缝侧喷洒水，使检测表面充分润湿，保证探头与工件表面耦合良好；

s13：把一对paut探头固定在探头架上或直接用一个paut探头，以一定的速度扫查采集数据；

s14：把一对tofd探头固定在探头架上，调节好探头之间的距离，以一定的速度扫查采集数据；

具体地，所述步骤s2进一步包括：

s21：paut发现反射信号，作如下判断：

如果paut扫查的反射信号确定是由结构（轮廓）所引起的，不做记录；

如果paut扫查的反射信号确定不是由结构所引起的，进入s3。

所述步骤s2还进一步包括：

s22：如果tofd发现反射信号，但paut没有发现发射信号，则需要对paut的参数进行调整，改变线扫角度或改变扇扫角度，之后再次用paut扫查：观察paut发现相应位置的反射信号，进入s3；如调整后paut未发现相关信号显示，则重新进行tofd扫查确认信号显示为非相关显示。

进一步地，当确定tofd和paut扫查的反射信号为相关显示时，则可把tofd数据作为paut数据的基础数据，并分析tofd图像；如果tofd图像上有明显的上下端点衍射波，则判定缺陷为面积型缺陷；如果tofd图像上没有上下端点衍射波，则判定缺陷为非面积型缺陷。

具体地，用以下四个阶段来确定焊缝的是否可以验收：

第一阶段判别反射体是否为相关显示（由缺陷引起的反射信号显示）

对焊缝进行paut和tofd扫查，确认反射体的位置。

由于paut可以对反射信号的反射体进行精确地定位，所以如果paut扫查的反射信号确定是由结构（轮廓）所引起的，不做记录；如果paut扫查的反射信号确定不是由结构所引起的，进入第二阶段。

由于tofd对反射体的端点衍射非常敏感，所以如果由tofd发现反射信号，但paut没有发现发射信号，则需要对paut的参数进行调整，改变线扫角度，改变扇扫角度，之后再次用paut扫查，观察paut发现相应位置的反射信号，如发现相关显示信号，进入第二阶段。如调整后未发现相关信号显示，则需要重新进行tofd图谱扫查确认信号显示为非相关显示。

第二阶段判别缺陷类型是面积型还是非面积型

如果确定tofd和paut扫查的反射信号为缺陷引起的，则可把tofd数据作为paut数据的基础数据，并分析tofd图像。

判断tofd检测缺陷有无明显的端点衍射波，且有具有一定的高度。如果tofd图像上有明显的上下端点衍射波，则直接作为面积型缺陷处理，进入第三阶段；如果tofd图像上没有上下端点衍射波，则直接作为非面积型缺陷处理，进入第三阶段。

第三阶段缺陷的测量

当判定缺陷为面积型缺陷（裂纹、未熔合等）时，依据标准及技术合同要求，如果需要对缺陷进行高度测量和长度测量，缺陷的高度测量需在tofd图像上进行，长度在paut图像上进行。

当判定缺陷为非面积型缺陷（气孔、夹渣等）时，在paut扫查所得图像上测量缺陷的波幅和长度。

第四阶段缺陷的验收

对面积型缺陷依据标准及技术合同要求，结合paut和todf测量的数据判断是否验收，如果规定不允许有面积型缺陷时，则直接返修处理（拒收）。

对非面积型缺陷时，依据标准及技术合同要求，结合paut测量数据判断是否验收。

本实施例中，所检测的工件厚度范围40mm～100mm，坡口形式为v型、x型等，焊接方式为埋弧自动焊等熔化焊焊接形式。

paut检测

①设备：olympusomniscanmx2

②探头：5mhz64晶片

③主要设置参数：扇扫角度40°～70°

tofd检测

①设备：olympusomniscanmx2

②探头：3.5mhz

③主要设置参数：pcs=155.8mm

paut和tofd检测联合工艺设计阶段，paut检测一般至少要满足声束全覆盖所需要检测的区域，必要时进行线扫和扇扫多种组合扫查；tofd检测满足全焊缝检测的需求，必要时tofd工艺设计应进行分区检测。扇扫角度为40°～70°。

检测过程如下：

①现场检测时，首先将待检测表面处理干净，检测区域包括焊缝两侧及热影响区；

②在焊缝侧喷洒水，使检测表面充分润湿，保证探头与工件表面耦合良好；

③依据检测工艺，用一个paut探头，分别在焊缝两则以一定的速度扫查采集数据，如图5所示，其中a代表paut探头；

④依据检测工艺，把一对tofd探头固定在探头架上，调节好探头之间的距离，以一定的速度扫查采集数据，如图5所示，其中b代表tofd探头；

⑤将现场采集的图像进行综合分析，具体分析如下：

首先，观察tofd检测图像，确定主要的缺陷存在情况，针对tofd的图像情况，结合paut检测相关图像，判断反射信号在焊缝结构的位置，识别tofd和paut发现的反射信号为非相关还是相关显示，参见图6，通过信号分析判断，此反射信号是非相关显示（由焊缝余高反射），不是相关显示（缺陷引起的相关显示），所以不用记录。

进一步地，现场检测时，tofd检测时发现相关反射信号，但有可能paut在相应的位置并没有反射信号，此时检测人员通过改变paut的设置参数，通过调整变线扫角度、扇扫角度等参数，在puat的图像上相应位置上找到反射信号，进一步地，通过信号分析判断此反射信号非相关还是相关显示。

进一步地，用paut和tofd联合扫查发现反射信号，如图7和图8所示，通过paut图像对反射信号分析判断，此反射信号是由缺陷反射引起的。进一步地，通过分析tofd图像，在相应位置也有反射信号如图8所示，而且缺陷有明显上下端点衍射信号，由此可判定此缺陷为面积型缺陷。进一步地，用paut和tofd联合扫查发现反射信号，如图9和图10所示，通过paut图像信号分析判断，此反射号是由缺陷反射。通过对tofd分析，在相应位置也有反射信号，如图10所示，此缺陷反射信号没有上下端点衍射波，由此可判定此缺陷为非面积型缺陷。

对图8中的面积型缺陷进行测高可得此缺陷的高度。

对图9中的缺陷进行测长，可得此缺陷的长度。如图11所示。

最后，结合相关验收标准，对此焊缝进行验收。

与现有单独验收方法相比，本发明的一种对接焊缝无损检测验收方法具有如下效果：

本发明针对中厚板焊缝的焊接较为困难、容易产生裂纹、未熔合等焊接缺陷等情况，对于解决tofd或paut单独检测过程中相关显示识别困难、定位不准的问题，paut和tofd检测验收方法联合使用时，能发挥paut和tofd技术各自优势，减少检测结果的误判和漏判，使有危害性的面积型缺陷的漏检率降到最低。

根据本实施例的教导，本技术领域的技术人员完全可实现其它本发明保护范围内的技术方案。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。