核电站常规岛轴类锻件相控阵超声检测系统及检测方法与流程

本发明涉及核电站锻件缺陷检测领域，尤其涉及一种核电站常规岛轴类锻件相控阵超声检测系统及检测方法。
背景技术：
：现有的核电站锻件缺陷检测方案一般采用常规超声加上渗透的检测方案。渗透用于检测轴类锻件表面的开口缺陷。常规超声用于检测轴类锻件内部缺陷。渗透检测时将渗透剂刷涂在轴类锻件表面，经过一定时间的渗透后利用清洗剂将渗透剂清理干净，最后利用显像剂显像。常规超声的检测方法基于超声脉冲反射式手工检测，检测使用直探头和横波斜探头实施。检测用的直探头有效直径为10mm，横波斜探头选用k2和k1斜探头，晶片的有效面积约100m2。检测过程中采用油或者化学浆糊做耦合剂进行栅格扫查或者100％扫查，通过仪器上显示的动态回波图来判断缺陷的性质，利用当量法来进行缺陷的记录和验收。现有的检测方案至少存在以下几个方面的缺陷：1)检测速度慢，需要多个常规超声探头组合才能完成超声检测工作，并需要使用超声和渗透两种检测方法；2)检测时探头折射角单一，探头声束覆盖范围有限，检测盲区较大，缺陷检出率较低；3)横波斜探头检测时为保证检测区域覆盖，探头移动的距离较大，但现场检测时可能因为空间受限无法对被检区域实施100％检测，增加了检测盲区的可能性；4)检测结果无法保存用于进一步分析；5)检测灵敏度低，小缺陷容易发生漏检。技术实现要素：鉴于以上内容，有必要提供一种核电站常规岛轴类锻件相控阵超声检测系统及检测方法，减少超声探头数量，提高检测效率和缺陷检出率，技术方案如下：一方面，本发明提供了一种核电站常规岛轴类锻件相控阵超声检测系统，包括相控阵超声检测探头、至少一个圆柱轴类校验试块、第一楔块、第二楔块、第三楔块和第四楔块；其中，所述至少一个圆柱轴类校验试块用于在检测前对所述相控阵超声检测探头进行功率验证，所述校验试块上分别设置有与其长度方向中心轴平行的通孔、与其长度方向中心轴垂直的通孔以及设置在其外侧弧面上的凹槽；所述第一楔块用于配合所述相控阵超声检测探头以全聚焦成像方式对待检测的轴类锻件进行表面纵向缺陷检测，以及以扇形扫查成像方式对其在第一扫查角度范围内进行内部纵向缺陷检测；所述第二楔块用于配合所述相控阵超声检测探头以全聚焦成像方式对待检测的轴类锻件进行表面横向缺陷检测，以及以扇形扫查成像方式对其在第二扫查角度范围内进行内部横向缺陷检测；所述第三楔块用于配合所述相控阵超声检测探头以扇形扫查成像方式对待检测的轴类锻件在第三扫查角度范围内进行内部纵向缺陷检测；所述第四楔块用于配合所述相控阵超声检测探头以扇形扫查成像方式对待检测的轴类锻件在第四扫查角度范围内进行内部横向缺陷检测。进一步地，所述相控阵超声检测系统还包括与所述相控阵超声检测探头电连接的成像显示设备，用于显示所述相控阵超声检测探头的成像画面并存储成像数据。进一步地，所述相控阵超声检测探头的晶片排布方式为线阵排布，所述相控阵超声检测探头的频率范围为4-6mhz。进一步地，所述第一楔块、第二楔块、第三楔块和第四楔块均采用聚四氟乙烯材料或聚苯乙烯材料制成，所述第一楔块、第二楔块、第三楔块和第四楔块的楔块曲率均与所述待检测的轴类锻件的表面曲率相同。进一步地，所述第一楔块和第三楔块的楔块曲率方向与所述待检测的轴类锻件的轴向一致，所述第二楔块和第四楔块的楔块曲率方向与所述待检测的轴类锻件的周向一致；所述第一楔块和第二楔块的楔块角度为0°，所述第三楔块和第四楔块的楔块角度为36°；所述第一楔块和第二楔块的楔块主轴偏移为±24.5mm，所述第三楔块和第四楔块的楔块主轴偏移为±29.78mm。进一步地，所述圆柱轴类校验试块包括第一校验试块、第二校验试块和第三校验试块，其中，所述第一校验试块上设置有与其长度方向中心轴平行的多个通孔，所述第二校验试块上设有与其长度方向中心轴垂直的多个通孔，所述第三校验试块的外侧弧面上设有多个凹槽。进一步地，所述第二校验试块上的多个通孔包括轴向通孔和周向通孔，所述第三校验试块上的凹槽包括轴向凹槽和周向凹槽。另一方面，本发明提供了一种利用如上所述的相控阵超声检测系统进行的相控阵超声检测方法，包括以下步骤：s1、利用圆柱轴类校验试块对相控阵超声检测探头进行功率验证，若验证未通过，则执行s2，若验证通过，则执行s3-s4；s2、调整所述相控阵超声检测探头的探测角度和移动轨迹，重复执行s1，直至功率验证通过；s3、在待检测的轴类锻件表面涂刷耦合剂；s4、利用所述相控阵超声检测探头分别配合第一楔块、第二楔块、第三楔块和第四楔块，对所述待检测的轴类锻件进行如下六个检测序列：在第一楔块的配合下，所述相控阵超声检测探头以全聚焦成像方式对待检测的轴类锻件进行表面纵向缺陷检测，以及以扇形扫查成像方式对其在第一扫查角度范围内进行内部纵向缺陷检测；在第二楔块的配合下，所述相控阵超声检测探头以全聚焦成像方式对待检测的轴类锻件进行表面横向缺陷检测，以及以扇形扫查成像方式对其在第二扫查角度范围内进行内部横向缺陷检测；在第三楔块的配合下，所述相控阵超声检测探头以扇形扫查成像方式对待检测的轴类锻件在第三扫查角度范围内进行内部纵向缺陷检测；在第四楔块的配合下，所述相控阵超声检测探头以扇形扫查成像方式对待检测的轴类锻件在第四扫查角度范围内进行内部横向缺陷检测。进一步地，在步骤s4之后还包括执行：s5、采集超声波成像的原始数据，利用成像显示设备对瞬间的检测结果进行成像显示。进一步地，所述第一扫查角度范围和第二扫查角度范围均为-20°至20°，所述第三扫查角度范围和第四扫查角度范围均为40°至70°。本发明具有下列优点：a.只需要使用相控阵超声检测方法，使用的超声探头数量减少，也无需实施渗透检测，没有渗透、清洗、显像时间的消耗，b.可以同时实施多角度扇形扫查，探头声束覆盖范围大，提高缺陷检出率，减少检测盲区；c.检测数据可以实时保存用于后续分析；d.成像效果更加直观，便于缺陷判别。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本发明实施例提供的相控阵超声检测方法流程图；图2是本发明实施例提供的第一校验试块的结构示意图；图3是本发明实施例提供的第二校验试块的结构示意图；图4是本发明实施例提供的第三校验试块的结构示意图；图5是本发明实施例提供的第一检测序列的检测过程软件截图；图6是本发明实施例提供的第二检测序列的检测过程软件截图；图7是本发明实施例提供的第三检测序列的检测过程软件截图；图8是本发明实施例提供的第四检测序列的检测过程软件截图；图9是本发明实施例提供的第五检测序列的检测过程软件截图；图10是本发明实施例提供的第六检测序列的检测过程软件截图。具体实施方式为了使本
技术领域：
的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。本发明实施例中对轴类锻件的检测方案分为四个部分，分别是轴类锻件外表面纵向缺陷检测、轴类锻件外表面横向缺陷检测、轴类锻件内部纵向缺陷检测，轴类锻件内部横向缺陷检测。轴类锻件外表面纵向缺陷和轴类锻件外表面横向缺陷检测采用相控阵超声全聚焦的成像方法，轴类锻件内部纵向缺陷和轴类锻件内部横向缺陷检测采用相控阵超声扇形扫查的方式。具体地，全聚焦成像之前有个数据全矩阵捕捉的过程，全矩阵捕捉定义如下：假设超声阵列探头有n个晶片，每次执行数据采集时，探头中的n个晶片依次发射一个声波信号，对于每次发射，探头中的n个晶片都有1个接收信号，那么在一个信号接收矩阵中共有n2个信号，这种数据采集的方式称为全矩阵捕捉(fullmatrixcapture,fmc)。基于全矩阵捕捉的全聚焦成像技术：全矩阵捕捉全聚焦成像技术(totalfocusingmethod,tfm)是指针对被检工件某处区域全矩阵成像方法从全矩阵捕捉采集矩阵中的每个数据元素选取特定时间段的采集信号进行叠加处理后作为该区域检测图像的信号值。该信号值在时间轴上的坐标和超声声束的发射、接收时间相同。探头的激发孔径、合成声束的波型、发射/接收阶段声束的反射方式及反射次数都会影响全聚焦成像结果。具体地，相控阵超声扇扫又称方位扫描或角扫描，使阵列中相同晶片发射的声束对某一聚焦深度在扫描范围内移动。对其他不同焦点深度可增加扫描范围，扇形扫描区大小可变。在本发明的一个实施例中，提供了一种核电站常规岛轴类锻件相控阵超声检测系统，包括相控阵超声检测探头、至少一个圆柱轴类校验试块、第一楔块、第二楔块、第三楔块和第四楔块；其中，所述至少一个圆柱轴类校验试块用于在检测前对所述相控阵超声检测探头进行功率验证，所述校验试块上分别设置有与其长度方向中心轴平行的通孔、与其长度方向中心轴垂直的通孔以及设置在其外侧弧面上的凹槽。在本发明的一个实施例中，四个楔块各自的参数如下表1-4所示：表1第一楔块的参数楔块材料聚四氟乙烯或聚苯乙烯楔块角度0°楔块长度40mm楔块宽度30mm楔块高度50mm楔块主轴偏移±24.5mm楔块次轴偏移20mm探头第1晶片高度50mm楔块声速2337m/s波型纵波楔块曲率和轴类锻件相同，沿轴向加工楔块用途纵向缺陷全聚焦和扇形扫查表2第二楔块的参数表3第三楔块的参数楔块材料聚四氟乙烯或聚苯乙烯楔块角度36°楔块长度37.8mm楔块宽度30mm楔块高度18.9mm楔块主轴偏移±29.78mm楔块次轴偏移15mm探头第1晶片高度7.17mm楔块声速2337m/s楔块曲率和轴类锻件相同，沿轴向加工楔块用途纵向缺陷扇形扫查表4第四楔块的参数楔块材料聚四氟乙烯或聚苯乙烯楔块角度36°楔块长度37.8mm楔块宽度30mm楔块高度18.9mm楔块主轴偏移±29.78mm楔块次轴偏移15mm探头第1晶片高度7.17mm楔块声速2337m/s楔块曲率和轴类锻件相同，沿周向加工楔块用途横向缺陷扇形扫查如上表1-4中的楔块用途可知，进一步地，所述第一楔块、第二楔块、第三楔块和第四楔块均采用聚四氟乙烯材料制成，所述第一楔块、第二楔块、第三楔块和第四楔块的楔块曲率均与所述待检测的轴类锻件的表面曲率相同。进一步地，所述第一楔块和第三楔块的楔块曲率方向与所述待检测的轴类锻件的轴向一致，所述第二楔块和第四楔块的楔块曲率方向与所述待检测的轴类锻件的周向一致；所述第一楔块和第二楔块的楔块角度为0°，所述第三楔块和第四楔块的楔块角度为36°；所述第一楔块和第二楔块的楔块主轴偏移为±24.5mm，所述第三楔块和第四楔块的楔块主轴偏移为±29.78mm。在本发明的一个优选实施例中，所述相控阵超声检测系统还包括与所述相控阵超声检测探头电连接的成像显示设备，用于显示所述相控阵超声检测探头的成像画面并存储成像数据。具体地，用相控阵超声仪检测，超声波成像后，采集到的原始数据可以通过仪器成像，检测数据以专业格式存储在检测设备中，可以借助配套离线分析软件从电脑端读取和分析，当然也可以在检测过程中按仪器面板上的截图键已图像的形式保存某个瞬间的检测结果。如果选择时间激发则存在仪器里面的是一段时间的检测数据，如果检测时安装了位置编码器，可以选择编码器激发，这种情况存在仪器里面的是一段距离的检测数据。本发明实施例的相控阵超声检测探头的参数如下表5所示：表5第四楔块的参数探头频率5mhz晶片排布方式线阵排布晶片数量16晶片宽度0.4mm晶片中心间距0.5mm晶片长度10mm探头出线方式尾部出线在本发明的一个实施例中，所述圆柱轴类校验试块包括第一校验试块、第二校验试块和第三校验试块，如图2所示，所述第一校验试块上设置有与其长度方向中心轴平行的多个通孔；如图3所示，所述第二校验试块上设有与其长度方向中心轴垂直的多个通孔，所述第二校验试块上的多个通孔包括轴向通孔和周向通孔，其中，所述轴向通孔即指通孔的长度方向为直线轴向，所述周向通孔即指通孔的长度方向为绕着弧面的周向；如图4所示，所述第三校验试块的外侧弧面上设有多个凹槽，所述第三校验试块上的凹槽包括轴向凹槽和周向凹槽，其中，所述轴向凹槽即指凹槽的长度方向为直线轴向，所述周向凹槽即指凹槽的长度方向为绕着弧面的周向。只有当所述相控阵超声检测探头能够覆盖所述第一校验试块、第二校验试块和第三校验试块上的全部通孔或凹槽，则表明所述相控阵超声检测探头功率验证合格(通过)。在本发明的一个实施例中，提供了一种利用如上所述的相控阵超声检测系统进行的相控阵超声检测方法，参见图1，相控阵超声检测方法包括以下步骤：s1、利用圆柱轴类校验试块对相控阵超声检测探头进行功率验证，若验证未通过，则执行s2，若验证通过(验证方法如上所述，在此不再赘述)，则执行s3-s4；s2、调整所述相控阵超声检测探头的探测角度和移动轨迹，重复执行s1，直至功率验证通过；s3、在待检测的轴类锻件表面涂刷耦合剂；s4、利用所述相控阵超声检测探头分别配合第一楔块、第二楔块、第三楔块和第四楔块，对所述待检测的轴类锻件进行检测，整个检测过程包括六个检测序列，分别如下表6-11所示：表6第一检测序列检测参数成像方式全聚焦检测用楔块楔块1检测区域轴类锻件表面纵向缺陷表7第二检测序列检测参数成像方式全聚焦检测用楔块楔块2检测区域轴类锻件表面横向缺陷表8第三检测序列检测参数成像方式扇形扫查检测用楔块楔块1检测区域轴类锻件内部纵向缺陷扫查角度-20°-+20°角度步进1°聚焦深度轴类锻件中心表9第四检测序列检测参数成像方式扇形扫查检测用楔块楔块2检测区域轴类锻件内部横向缺陷扫查角度-20°-+20°角度步进1°聚焦深度轴类锻件中心表10第五检测序列检测参数成像方式扇形扫查检测用楔块楔块3检测区域轴类锻件内部纵向缺陷扫查角度40°-70°角度步进1°聚焦深度轴类锻件中心表11第六检测序列检测参数由上表6-11可知：如图5所示，在第一楔块的配合下，所述相控阵超声检测探头以全聚焦成像方式对待检测的轴类锻件进行表面纵向缺陷检测；如图6所示，在第二楔块的配合下，所述相控阵超声检测探头以全聚焦成像方式对待检测的轴类锻件进行表面横向缺陷检测；如图7所示，在第一楔块的配合下，所述相控阵超声检测探头以扇形扫查成像方式对其在第一扫查角度范围(-20°至20°)内进行内部纵向缺陷检测；如图8所示，在第二楔块的配合下，所述相控阵超声检测探头以扇形扫查成像方式对其在第二扫查角度范围(-20°至20°)内进行内部横向缺陷检测；如图9所示，在第三楔块的配合下，所述相控阵超声检测探头以扇形扫查成像方式对待检测的轴类锻件在第三扫查角度范围(40°至70°)内进行内部纵向缺陷检测；如图10所示，在第四楔块的配合下，所述相控阵超声检测探头以扇形扫查成像方式对待检测的轴类锻件在第四扫查角度范围(40°至70°)内进行内部横向缺陷检测。需要说明的是，如图5-10(对应表6-11)的六个检测序列而言，其序列之间的扫查顺序没有优选序列之分，即六个检测序列不分先后。在本发明的一个优选实施例中，如图1所示，在步骤s4之后还包括执行：s5、采集超声波成像的原始数据，利用成像显示设备对瞬间的检测结果进行成像显示。由上可知，本发明涉及的核电站常规岛轴类锻件相控阵超声检测方法只需要使用相控阵超声检测方法，无需实施渗透检测，因此，使用的超声探头数量减少，也没有渗透、清洗、显像时间的消耗，大大提高了检测效率；由于不需要渗透后显像，成像效果更加直观，便于缺陷判别；可以同时实施多角度扇形扫查，探头声束覆盖范围大，提高缺陷检出率，减少检测盲区；检测数据还可以实时保存用于后续分析。以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制其专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接运用在其他相关的
技术领域：
，均同理包括在本发明的专利保护范围内。当前第1页12