无损焊缝检验中的动态选通的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明通常涉及用于进行无损测试/检验(以下称为NDT/NDI)的方法和系统，尤其涉及利用在相控阵列超声检验或后检验期间获得的响应信号所引导的动态选通的定位数据解释辅助。
【背景技术】
[0002]相控阵列超声测试(PAUT)是应用于工业无损测试的超声测试(UT)的高级方法。常见的应用是在诸如焊缝等的制品中查找裂纹。
[0003]从技术上已知为单片探测器的单元件(非相控阵列)探测器沿固定方向发出光束。为了对大量材料进行测试，传统的探测器必须以物理方式移动经过关注区域或开始在关注区域内扫频或扫描光束。
[0004]作为对比，来自PAUT探测器的光束可以在无需使该探测器移动的情况下以电子方式移动，并且可以高速扫过大量材料。由于PAUT探测器由各自可以按计算机所计算的定时单独产生脉动的多个小元件构成，因此能够对该光束进行控制。术语相控是指定时，并且术语阵列是指多个元件。将促成光束形成的探测器的元件定义为光束的孔径；孔径可以包括PAUT探测器的元件的一部分或全部。
[0005]在焊缝的典型检验期间，按各种入射角度从一个或多个孔径产生多个光束。这些光束生成示出与零件内的缺陷相关联的超声波在(预期找到缺陷的)所扫描焊缝的关注区域上的反射(或衍射)的图像。对于孔径固定并且仅角度改变的情况，将图像称为扇形扫描或s扫描。
[0006]为了具有适当覆盖范围的焊缝区域，几乎始终要求组合来自焊缝的两侧的检验。为了定义该检验，标准和规范做法涵盖用于定义探测器和光束结构的指导，其中示例是美国机械工程师协会(American Society of Mechanical Engineers)的无损检测(第V部分)锅炉和压力准则(Nondestructive Examinat1n (Sect1n V) Boiler and PressureCode)。焊缝检验通常涉及楔形件的使用，其中该楔形件定义第一机械入射角度以产生切变波在衍射角度为40?70度的范围内的s扫描、以及通过以与焊缝轴平行的方式移动探测器结构来进行的焊缝的机械扫描。
[0007]与利用相控阵列超声扫描的焊缝检验相关联的反复出现的问题是将相关指征与楔形件内的声学反射、涉及模式转换的各种超声路径或来自焊缝几何形状自身的反射(称为几何回波)区分开。
[0008]图la示出可用于使用相控阵列探测器106a和106b来对扁平零件102中的焊缝104进行检验的各种位置的一些常见问题。通过进行NDI超声检验，检验员通常以零件102的特定区域作为对象以筛查缺陷。然而，声音必须在零件102中行进不必进行筛查的距离、例如超声光束108的第一腿部。
[0009]例如，来自裂纹112的回波在PAUT检验中可能是有害的。在很多时候，这些噪声回波将在与焊缝检验无关的区域中出现。为了提高信噪比(SNR)，通常的做法是检验员定义用以选择这些检验员想要保持信号的哪个区间的选通器。(选通器外的信号从俯视图/侧视图表示中被丢弃)。可以配置数种选通器以沿着超声光束108、零件的深度范围或者在本发明中为焊缝截面上的2D多边形120和122 (这里被称为2D选通器)来选择特定区间。
[0010]2D选通的一个示例是使用选通器120来筛查焊缝104的整个截面以使得能够分析来自该焊缝的所有信号，但丢弃来自裂纹112的噪声回波。2D选通器122可用于仅筛查焊缝的熔接截面以分析指征118，但丢弃来自裂纹112的噪声回波。另一 2D选通器可用于仅筛查焊缝的焊趾裂缝截面以使得能够分析缺陷但丢弃来自裂纹112的噪声回波、或者仅筛查焊缝的本体以分析孔隙率但丢弃来自裂纹112的噪声回波。
[0011]继续参考图la，2D选通器允许选择与零件102中的同超声光束108相关联的信号的真正来源有关的信号；这是用于提高信噪比的最有效的选通处理。选择该信号丢弃了来自裂纹112的噪声回波，并且保持有效的指征118以供分析。这种选通器还可用于帮助标识在焊缝104的特定截面中发生的缺陷类型。2D选通器的主要输出是使用彩色或灰阶调色板的俯视图和/或侧视图，其中在这些俯视图和/或侧视图上，对噪声信号进行过滤以保留仅与2D选通器120和122的检验有关的信息。
[0012]图lb是使用连接两个相控阵列探测器106a和106b的手动扫描器404的简化表示的示例扫描的示意图。将各探测器放置在零件102中的焊缝104的各侧上。然后使该扫描器沿着焊缝以扫描路径406和扫描路径408所表示的运动移动。如可以看出，这些路径并非完全笔直，并且这些路径向左右漂移，这导致相对于焊缝发生机械漂移。
[0013]扫描路径406和408这两者是相同的，但根据探测器位置而沿着焊缝发生偏移。期望探测器具有相干选通和自动调整裂纹指征相对于焊缝的位置的追踪，以使得可以使来自多个探测器的信息相关联。
[0014]图la和lb中的这些概念、特别是2D选通器的使用在相对于焊缝定位探测器并且保持该相对距离在所有获取中均恒定时要求良好的精度。这利用自动化系统难以实现，并且在进行漂移不可避免的手动扫描的情况下甚至更难以实现。
[0015]由于零件覆层帮助检验员使裂纹指征相对于焊缝几何形状的相对位置可视化，因此是NDT/NDI领域中包括NDI数据分析的现有做法的许多范围内的已知概念。为了对PAUT信号进行分析，当前的一般做法是手动调整探测器到焊缝距离，以适合PAUT视图上的示出焊缝截面中的信号并且与堆焊层上的零件的几何形状有关的回波。本发明的目的之一是使该数据分析操作针对扫描的所有位置均自动化。
[0016]在自动环焊缝检验中通过使用区域判别技术发现了针对该问题的解决方案。使用PAUT来检验管道环焊缝已在诸如美国机械工程师协会2005 (Michael Moles、Noel Dube,Simon Labb6 和 Ed Ginzel 所编著的)文章“Pipeline Girth Weld Inspect1n usingUltrasonic Phased Arrays”等的各种文献中进行了说明，并且被并入诸如2011ASTME-1961-11 文南犬“Standard Practice for Mechanized Ultrasonic Testing of GirthWelds Using Zonal Discriminat1n with Focused Search Units” 等的工业标准规范中。实际上，该技术涉及在预计会产生缺陷的特定区域中对信号进行精确选通。该方法的缺点是相对于焊缝定位探测器所需的非常高的精度水平，这使该方法仅适合高精度自动化检验。
[0017]另一解决方案是通过使用深度相关选通器，通过研究在所检验的零件厚度范围中所报告的每一个指征来对检验期间所获取到的数据进行全面分析。尽管该方法适用于手动检验，但该方法还耗时而且依赖于操作员。
[0018]在诸如美国专利8，365，602等的现有做法中使用若干自动化焊缝追踪方法，但这些方法通常要求直接到达焊缝区域。这些方法要求位于焊缝顶部的附加探测器，并且通常仅适合定期和可预测的焊接过程。
[0019]因此，期望具有允许在不使用精确定位扫描器的情况下对焊缝检验用的超声信号进行精确选通的方法。
[0020]还期望该方法尽可能独立于操作员。
[0021]还期望该方法仅使用现有或所