相控阵重复性试验验证试块设计方法与流程

本发明涉及无损检测技术领域，具体而言，特别涉及一种相控阵重复性试验验证试块设计方法。

背景技术：

当前，随着相控阵检验技术的发展，以及相关技术支持标准的逐渐完善，相控阵检测技术以其高效、环保、精度高等优势，逐步引起了海洋工程建造领域的重视。越来越多的海洋钢结构、工艺管管线和海底管线焊缝的无损检测开始引入相控阵检验技术。

尤其，自2014年以来，海底管道引入子母管的设计，子管通常采用管径为2英寸的碳钢海管，常规射线作业存在辐射伤害，而海管通用的全自动超声波检测技术由于受设备本身工装限制，无法应用于子管的检验。因此，相控阵检测技术成为解决2寸子管检验的最佳技术方案。

然而，根据项目规格书要求，应用于海管检验的技术必须满足dnv-os-f101标准的要求，否则无法实现项目应用。

dnv-os-f101标准中指出：相控阵检验技术需通过系统认证试验，方可使用。而系统认证试验中最为基础的内容为：相控阵检测系统的重复性试验。重复性试验要求每次扫查试验各个分区反射体回波高度与基准80%fsh相比，不能超过±2db。而相控阵扇形扫查采用的工艺通常是在一个聚焦法则中激发40°～70°一组31个角度的超声波声束，该声束进入待检工件焊缝区域时，与焊缝坡口（60°）呈现不同角度，因此，常规试验验证试块，无法满足各反射体回波达到80%fsh的基准波高，从而导致后续的相控阵检测系统认证无法开展。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。有鉴于此，本发明提供一种依托相控阵扇形扫查工艺，通过优化设计反射体尺寸和角度，使得各个区域反射体的反射回波在重复性试验扫查过程中均达到基准灵敏度，从而验证相控阵检测系统的可重复性的相控阵重复性试验验证试块设计方法。

本发明提供一种相控阵重复性试验验证试块设计方法，包括以下步骤：

s1、根据焊缝坡口形式及参数，对焊缝进行分区，依次分为盖面区域、填充区域和根部区域；

s2、根据焊缝坡口参数，对所述盖面区域、所述填充区域和所述根部区域分别配置相控阵扇形扫查工艺，明确所述盖面区域、所述填充区域和所述根部区域各自中心区域的声束入射角度；

s3、对上游所述填充区域进行分区，根据相控阵扇形扫查工艺，对所述填充区域上游的各个分区配置填充上游反射体，并设置相应填充上游反射体的类型和角度；

s4、根据焊缝坡口参数，对上游的所述盖面区域配置盖面上游反射体；

s5、对下游所述填充区域进行分区，根据相控阵扇形扫查工艺，对所述填充区域上游的各个分区配置填充下游反射体，并设置相应填充下游反射体的类型和角度；

s6、根据焊缝坡口参数，对下游的所述盖面区域配置盖面下游反射体；

s7、根据焊缝坡口参数，对所述根部区域的上游和下游分别配置根部上游反射体和根部下游反射体。

根据本发明的一个实施例，步骤s1中，所述盖面区域的高度为1mm，所述填充区域的高度为1.5mm，所述根部区域的高度为1mm。

根据本发明的一个实施例，步骤s2中所述相控阵扇形扫查工艺包括相控阵聚焦法则和扫查步进偏移，其中第一组相控阵扇形扫查工艺激发的声束角度范围为40°～70°，第二组相控阵扇形扫查工艺激发的声束角度范围为54°～75°，所述扫查步进偏移为8mm。

根据本发明的一个实施例，步骤s3中，上游所述填充区域分为上游第一填充区、上游第二填充区和上游第三填充区，相与之对应的填充上游反射体为上游第一填充反射体、上游第二填充反射体和上游第三填充反射体。

根据本发明的一个实施例，步骤s4中，所述盖面上游反射体类型为开口槽，该盖面上游反射体角度配置为60°，其声束入射角度为49°，其中开口槽的宽度和深度为1mm，长度为10mm。

根据本发明的一个实施例，步骤s5中，下游所述填充区域分为下游第一填充区、下游第二填充区和下游第三填充区，相与之对应的填充下游反射体为下游第一填充反射体、下游第二填充反射体和下游第三填充反射体。

根据本发明的一个实施例，步骤s6中，所述盖面下游反射体类型为开口槽，该盖面下游反射体角度配置为90°，其声束入射角度为49°，其中开口槽的宽度和深度为1mm，长度为10mm。

根据本发明的一个实施例，步骤s7中，所述根部上游反射体和所述根部下游反射体类型均为开口槽，且反射体角度配置均为90°，其声束入射角度均为67°，其中开口槽的宽度和深度为1mm，长度为10mm。

根据本发明的一个实施例，所述上游第一填充反射体类型为孔径为1.5mm的平底孔，该平底孔声束入射角度为62°，角度配置为52°；所述上游第二填充反射体类型为孔径为1.5mm的平底孔，该平底孔声束入射角度为56°，角度配置为63°；所述上游第三填充反射体类型为孔径为1.5mm的平底孔，该平底孔声束入射角度为51°，角度配置为57°。

根据本发明的一个实施例，所述下游第一填充反射体类型为孔径为1.5mm的平底孔，该平底孔声束入射角度为62°，角度配置为55°；所述下游第二填充反射体类型为孔径为1.5mm的平底孔，该平底孔声束入射角度为56°，角度配置为60°；所述下游第三填充反射体类型为孔径为1.5mm的平底孔，该平底孔声束入射角度为51°，角度配置为55°。

本发明的相控阵重复性试验验证试块设计方法，通过上述技术方案，其不仅能够将各区域反射体回波调整至80%fsh基准波高，有效地满足dnv-os-f101标准规定的重复性试验要求，解决了相控阵扇形扫查工艺各区域反射回波不均匀的问题；而且，经多次扫查试验后，还可以验证整个相控阵检测系统的重复性以及稳定性。

附图说明

图1是根据本发明的相控阵重复性试验验证试块设计方法中各个反射体设计分布图。

图2是根据本发明的上游填充区域中各个分区反射体设计示意图。

图3是根据本发明的上游的盖面区域、根部区域的反射体设计示意图。

图4是根据本发明的下游的盖面区域、根部区域的反射体设计示意图。

图5是根据本发明的下游填充区域中各个分区反射体设计示意图。

附图标记：1-上游第三填充反射体；2-上游第二填充反射体；3-上游第一填充反射体；4-盖面上游反射体；5-根部上游反射体；6-根部下游反射体；7-盖面下游反射体；8-下游第一填充反射体；9-下游第二填充反射体；10-下游第三填充反射体；11-焊缝中心线；12-试块中心线。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1至图5所示，本发明的一种实施例中，管线尺寸为2"x6.4mm，填充区坡口形式为v型坡口，其相控阵重复性试验验证试块设计方法包括以下步骤（在试块上可标记有焊缝中心线11和试块中心线12）：

s100、根据焊缝坡口形式及参数，对焊缝进行分区，依次分为盖面区域、填充区域和根部区域，其中盖面区域的高度为1mm，填充区域的高度为1.5mm，根部区域的高度为1mm；

s200、根据焊缝坡口参数，对盖面区域、填充区域和根部区域分别配置相控阵扇形扫查工艺，明确盖面区域、填充区域和根部区域各自中心区域的声束入射角度，需要理解的是，相控阵扇形扫查工艺包括相控阵聚焦法则和扫查步进偏移，其中第一组相控阵扇形扫查工艺激发的声束角度范围为40°～70°，第二组相控阵扇形扫查工艺激发的声束角度范围为54°～75°，扫查步进偏移为8mm；

s300、对上游填充区域进行分区，根据相控阵扇形扫查工艺，对填充区域上游的各个分区配置填充上游反射体，并设置相应填充上游反射体的类型和角度，其中，上游填充区域分为上游第一填充区、上游第二填充区和上游第三填充区，相与之对应的填充上游反射体为上游第一填充反射体3、上游第二填充反射体2和上游第三填充反射体1，上游第一填充反射体3类型为孔径为1.5mm的平底孔，该平底孔声束入射角度为62°，角度配置为52°，坐标位置为（-1.48,-4.17）；上游第二填充反射体2类型为孔径为1.5mm的平底孔，该平底孔声束入射角度为56°，角度配置为63°，坐标位置为（-2.44，-2.5）；上游第三填充反射体1类型为孔径为1.5mm的平底孔，该平底孔声束入射角度为51°，角度配置为57°，坐标位置为（-3.4，-0.84）；

s400、根据焊缝坡口参数，对上游的盖面区域配置盖面上游反射体4，其中盖面上游反射体4类型为开口槽，该盖面上游反射体角度配置为60°，其声束入射角度为49°，其中开口槽的宽度和深度为1mm，长度为10mm；

s500、对下游填充区域进行分区，根据相控阵扇形扫查工艺，对填充区域上游的各个分区配置填充下游反射体，并设置相应填充下游反射体的类型和角度，其中，下游填充区域分为下游第一填充区、下游第二填充区和下游第三填充区，相与之对应的填充下游反射体为下游第一填充反射体8、下游第二填充反射体9和下游第三填充反射体10，下游第一填充反射体8类型为孔径为1.5mm的平底孔，该平底孔声束入射角度为62°，角度配置为55°，坐标位置为（1.48，-4.17）；下游第二填充反射体9类型为孔径为1.5mm的平底孔，该平底孔声束入射角度为56°，角度配置为60°，坐标位置为（2.44，-2.5）；下游第三填充反射体10类型为孔径为1.5mm的平底孔，该平底孔声束入射角度为51°，角度配置为55°，坐标位置为（3.4，-0.84）；

s600、根据焊缝坡口参数，对下游的盖面区域配置盖面下游反射体7，盖面下游反射体类型为开口槽，该盖面下游反射体角度配置为90°，其声束入射角度为49°，其中开口槽的宽度和深度为1mm，长度为10mm；

s700、根据焊缝坡口参数，对根部区域的上游和下游分别配置根部上游反射体5和根部下游反射体6，根部上游反射体5和根部下游反射体6类型均为开口槽，其中开口槽的宽度和深度为1mm，长度为10mm，且反射体角度配置均为90°，其声束入射角度均为67°，根部上游反射体5的坐标位置为（-1,-6），根部下游反射体6的坐标位置为（1,-6）。

本发明的相控阵重复性试验验证试块设计方法，通过采用上述技术方案，其不仅能够将各区域反射体回波调整至80%fsh基准波高，有效地满足dnv-os-f101标准规定的重复性试验要求，解决了相控阵扇形扫查工艺各区域反射回波不均匀的问题；而且，经多次扫查试验后，还可以验证整个相控阵检测系统的重复性以及稳定性。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。