用于检测焊接部的主体的缺陷的超声波方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及应用于工业设施(例如核反应堆)的特定区域的非破坏性超声波缺陷检测的领域。
[0002]本发明尤其涉及一种确定焊接部中的缺陷的超声波主体检测方法。
[0003]本发明还涉及一种用于确定焊接部中的缺陷的超声波主体检测装置。
【背景技术】
[0004]根据目前技术发展水平已知，上述类型的主体检测方法能探测焊接部中的缺陷，并能例如使用“衍射时差(TOFD，Time Of Flight Diffract1n) ”类型的技术在特定条件下确定所述缺陷的尺寸。这些方法基于垂直于焊接部的表面且处于波的轨迹上的缺陷引起的超声波波束衍射的原理。
[0005]该类型的方法中，将超声波发射器以及超声波接收器靠近焊接部放置在所述表面上，使得其各波束充分散开以覆盖所述焊接部的主要(significant)部分。所述接收器则测量由所述发射器发射的超声波在所述焊接部内传播的最短行进时间。所述行进时间即从所述波被所述发射器发射到所述波被所述接收器接收之间的时间。
[0006]当所述焊接部内存在二维(planar)缺陷时，部分所发射的波被所述缺陷衍射。所述接收器接收被所述缺陷衍射的波并测量相应于这些波的最短路径的行进时间。通过比较被衍射的波以及未被衍射的波各自的行进时间，能探测到缺陷。接下来应用三角公式，能定位所述焊接部中的缺陷，或表征所述缺陷的部分尺寸，例如所述缺陷的长度或深度。
[0007]然而，将这种方法用于由粒度(grain size)与所用波长相当的金属材料制成的焊接部，所得出的结果难于解释这种会打断超声波波束的传播的焊接部的结构。例如对于填充金属为奥氏体不锈钢(austenitic stainless steel)或镲基合金(nickel-basedalloy)的焊接部而言，情况就是如此。现有TOFD型方法则不允许对所述焊接部的缺陷进行精细表征(minute characterizat1n)。对于这种焊接部，使用其它检测方法，例如造影(rad1graphy)法，这种方法就确定所述缺陷的尺寸而言更不精确，并且由于使用了电离辐射，需要小心使用。
【发明内容】
[0008]因此，本发明的目的之一是提出一种超声波主体检测方法，能独立于焊接部的金属材料的粒度以足够的精度对所述焊接部的缺陷进行精细探测和表征。
[0009]为此，本发明涉及用于一种用于检测焊接部的主体的缺陷的超声波方法，包括:
[0010]用于对所述焊接部进行冶金学研宄的步骤；
[0011]实验步骤，用于基于所述冶金学研宄将所述焊接部划分为多个理论块，以及联合确定针对每个理论块的均一弹性虎克张量，所述理论块选择为使得每个块的弹性虎克张量在该块中大致同质且各向异性；
[0012]用于通过计算，使用所述理论块以及通过实验确定的所述弹性虎克张量模拟至少一个入射超声波在所述焊接部中的传播的步骤，每个入射超声波穿越所述焊接部后形成衍射超声波；
[0013]用于根据在模拟步骤中模拟的传播来确定至少一个参照衍射超声波的步骤；
[0014]用于在所述焊接部中发射至少一个入射超声波的步骤；
[0015]用于在至少一个预定的点测量每个衍射超声波的步骤；以及
[0016]用于将每个参照衍射超声波与每个测得的衍射超声波进行比较，以由此推知所述焊接部是否具有缺陷的步骤。
[0017]有利地，根据本发明的主体检测方法能完全确定焊接部中存在的缺陷的尺寸且不需要操作者使用任何具体防范措施。
[0018]根据本发明的其它有益方面，所述主体检测方法包括以下单独的或技术上可能的所有组合形式的一个或多个特点:
[0019]在用于通过计算模拟所述入射超声波的传播的步骤中，使用缺陷模型为焊接部缺陷类型建模，每个缺陷模型包括与各自的缺陷类型相关联的特征；
[0020]每个缺陷模型被封装在软件容器中，所述软件容器进一步包括与所述缺陷类型相关联的模拟测量印记(simulated measurement imprint)，每个软件容器能够被存储在数据库中；
[0021]每个参照衍射超声波与一个软件容器相关联，所述方法进一步包括:用于表征缺陷的步骤，其中对在比较步骤中探测到的缺陷进行表征；以及用于显示结果的步骤，其中，取回的经表征的缺陷的形式为对缺陷类型加以表示的显示数据、以及对有关的存在相关度加以表示的显示数据；
[0022]所述实验步骤包括针对每一族理论块发射至少一个声识别波；
[0023]每个识别波的频率在发射过程中是变化的；
[0024]多个识别声波被发射，所发射的识别波的频率两两不同；
[0025]每个理论块的体积大于0.1mm3。
[0026]本发明还涉及一种用于检测焊接部的主体的缺陷的超声波装置，所述焊接部包括多个理论块，所述装置包括:
[0027]用于在所述焊接部中发射至少一个入射超声波的装置，每个入射超声波穿越所述焊接部后形成衍射超声波；
[0028]用于在至少一个预定的点测量所述衍射超声波的装置；
[0029]信息处理单元，与上述发射装置相连接，所述处理单元能确定至少一个参照衍射超声波，将每个参照衍射超声波与每个测得的衍射超声波进行比较，并由此推知所述焊接部是否具有缺陷，所述处理单元包括:处理装置，能通过实验确定所述焊接部的所述理论块以及与所述理论块相关联的弹性虎克张量，以使用通过实验确定的所述弹性虎克张量通过计算来模拟所述入射超声波的传播，并由此推知(deduce)每个参照衍射超声波。
[0030]根据本发明其他有益方面，所述主体检测装置包括以下单独的或技术上可能的所有组合形式的一个或多个特点:
[0031]所述处理单元包括:存储装置，能存储包括多个软件容器的数据库；
[0032]每个软件容器包括:缺陷模型，所述缺陷模型包括与缺陷类型相关联的特征，以及与所述缺陷类型相关联的模拟测量印记；以及
[0033]所述超声波装置包括:用于表征所探测到的缺陷的装置；以及用于显示检测的结果的装置。
【附图说明】
[0034]通过阅读以下【具体实施方式】可以明了本发明的特点和优点。所述【具体实施方式】参照附图进行，且仅作为非限制性的示例。其中:
[0035]图1是根据本发明的主体检测装置的示意图；所述主体检测装置能探测焊接部中的缺陷；
[0036]图2是根据本发明的主体检测方法的流程图；所述主体检测方法由图1的主体检测装置实施；以及
[0037]图3是图1的焊接部的示意图；所述焊接部在所述主体检测方法期间被划分为多个各向异性且大致同质(homogenous)的理论块。
【具体实施方式】
[0038]以下【具体实施方式】中，术语“右”、“左”、“顶”、“底”、“纵”、“横”应参照附图所示正交轴系统进行理解；所述系统具有:
[0039]纵轴X，取向为自底部指向顶部；以及
[0040]横轴Y，取向为自左向右。
[0041]图1中示意性示出装置I，所述装置I用于检测焊接部(weld) 10的主体(bulk)的缺陷。
[0042]这种焊接部10例如存在于核反应堆区域，尤其位于与所述反应堆的堆芯的主冷却液相接触的加压设备中。所述焊接部10由彼此连接的金属材料晶粒(grain)的三维聚合体(aggregate)形成。所示示例实施例中，所述金属材料是奥氏体不锈钢，其晶粒为针粒(needle);各针粒的直径约为100 μ m，各针粒的长度约为1mm。所述焊接部10大致具有平行六面体(parallelepiped)的形状。所述焊接部10的高度限定为所述焊接部在平行于所述轴X的方向上的尺寸，所述焊接部10的宽度限定为所述焊接部在平行于所述轴Y的方向上的尺寸。所述焊接部10的高度例如约为10cm，所述焊接部10的宽度例如约为1cm。
[0043]图1中，所述焊接部10呈现在平面X-Y内的剖视图中；所述焊接部10包括缺陷14(例如裂痕)。自外侧仅可见所述焊接部10的外表面12 ;所述表面12垂直于所述轴X在横向平面中延伸。所述裂痕14例如垂直于所述表面12在所述平面X-Y中延伸。
[0044]根据本发明的主体检测装置I包括:超声波发射器16 ;超声波接收器18 ;以及信息处理装置20，所述信息处理装置20与所述发射器16以及所述接收器18相连接。
[0045]所述发射器16例如是以发射模式操作的纵波变送器(transducer)。所述发射器16能朝所述焊接部10发射纵向超声波。所述发射器16具体能发射波长约等于金属材料晶粒长度的波；换言之，在所述示例实施例中，所述发射器16发射的波的频率例如约为3MHz。
[0046]所述接收器18例如是以接收模式操作的纵波变送器。所述接收器18能在预定的点接收所述焊接部10发射的超声波，并将那些波变换为数字响应信号Sr(t)。所述接收器18具体能在预定的点接收被所述焊接部10的