超聲手動縱-縱-縱波檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種超聲手動縱-縱-縱（L-L-L）波檢測方法，屬于常規(guī)A超檢測領(lǐng)域。它是使用一種雙晶片合成探頭，該探頭消除了由聲束擴(kuò)散引起的底表面回波，利用縱波小角度在工件中傳播，遇異質(zhì)界面直接反射和反射波到底面，又由底面反射回探頭的原理，檢出厚焊縫中體積缺陷和垂直檢測表面的面積型缺陷的方法。此方法為常規(guī)A超檢測領(lǐng)域提供了全新的檢測形式。在超厚焊縫大量增多的今天和脈沖反射法仍占主導(dǎo)地位的現(xiàn)在，此方法對更加準(zhǔn)確的評價焊縫的真實質(zhì)量有著非常實用的使用價值。
【專利說明】超聲手動縱-縱-縱波檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超聲手動縱-縱-縱（L-L-L)波檢測方法，尤其是涉及一種雙晶片合成探頭，檢驗工件厚度大于120mm以及焊縫兩邊檢測區(qū)域不足的焊縫中的與檢測表面垂直的面積型缺陷方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前國內(nèi)外在焊接領(lǐng)域里使用窄間隙坡口焊接的產(chǎn)品越來越多，工件厚度也是越來越大，厚度大于120mm的焊縫已是常見,厚度大于200mm的甚至厚度大于300mm的也經(jīng)常出現(xiàn)。而相應(yīng)的無損內(nèi)部檢驗工作卻帶來許多困擾，原因也是明顯的，兩大類檢測射線和超聲波的設(shè)備所具有能量，已是無法滿足超厚焊縫的檢驗。而焊縫中最危險的缺陷，即垂直檢測面的面積型缺陷，又是射線和超聲波檢驗的弱項。對此A超脈沖反射法中的串列式檢驗也沒有了優(yōu)勢，時差衍射法也有著定性困難的缺點。此外，某些產(chǎn)品的特殊結(jié)構(gòu)，焊縫兩邊直段寬度過窄，正常的超聲波檢測已無法進(jìn)行，使得焊縫內(nèi)部真實情況無法掌握。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]鑒于此，本發(fā)明人對較厚或超厚(厚度大于120mm)焊縫和檢查區(qū)域不夠的焊縫進(jìn)行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)了超聲波縱-縱-縱波檢測的方法，即L-L-L波檢測方法。本發(fā)明使用的是由雙晶片構(gòu)成的小角度、縱波斜的探頭(探頭結(jié)構(gòu)見圖la)，該探頭成功的消除了因聲束擴(kuò)散引起的底表面回波，利用聲波的直接反射和經(jīng)缺陷反射到底面，又由底面反射回探頭，從而檢出焊縫中的體積型和垂直面積型缺陷。該方法的另一優(yōu)點是利用小角度縱波的能量大、探頭移動距離短的特點，使得超厚焊縫和焊縫兩邊距離小的檢測得以實現(xiàn)。
[0004]本發(fā)明的目的是提供一種超聲波手動縱-縱-縱波檢測垂直面積型缺陷方法，該方法中使用一種雙晶片合成探頭，對超厚焊縫和檢驗區(qū)域不足的焊縫進(jìn)行檢測，確保與檢測表面垂直的面積型缺陷和體積型的檢出率，為評價工件內(nèi)部真實質(zhì)量提供更有力度的檢測結(jié)果。
[0005]本發(fā)明的超聲波檢測裝置如圖3所示，其包括超聲波探傷儀5，兩根電纜8、雙晶片合成探頭9 ;該超聲波探傷儀5可以是數(shù)字機(jī)和模擬機(jī)中的任一種，用所述電纜8將超聲波探傷儀5的發(fā)射插座6與發(fā)射晶片I相連接、超聲波探傷儀5的接收插座7與接收晶片2相連接；其中，所述超聲波探傷儀5優(yōu)選為A型超聲波探傷儀。
[0006]該檢測方法包括以下的步驟：
[0007](I)選擇超聲手動縱-縱-縱波檢測裝置，該裝置包括符合JB/T4730. 3-2005標(biāo)準(zhǔn)的超聲波探傷儀和雙晶片合成探頭9，通過電纜線8將該雙晶片合成探頭9的發(fā)射晶片I與超聲波探傷儀5的發(fā)射插座6連接、超聲波探傷儀的接收插座7與雙晶片合成探頭的接收晶片2連接，超聲波探傷儀的探頭模式為雙探頭模式；
[0008](2)使用CSK- IV A試塊（是以JB/T4730. 3-2005為例的；美國的ASME和法國的RCC都可應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)中的試塊)，調(diào)節(jié)儀器(超聲波探傷儀）的線性，設(shè)置各項儀器參數(shù)，儀器線性是指儀器的熒光屏上橫軸與相應(yīng)聲程的比值，線性調(diào)節(jié)主要在發(fā)現(xiàn)缺陷時用于缺陷的定位(包括缺陷距掃查面的深度、缺陷距距探頭前沿的距離等)，儀器線性可在CSK-IIIA試塊上調(diào)節(jié)，在試塊上選取不同深度的兩個短橫孔進(jìn)行調(diào)節(jié)，A超數(shù)字探傷儀的儀器參數(shù)一般包括單晶雙晶模式、探頭前沿、探頭頻率、波束角度、聲速，其中探頭前沿需在CSK-IA試塊上測定，探頭頻率和波束角度根據(jù)所選探頭設(shè)定，為獲得實際的波束角度，可用探頭在CSK-IA試塊上測定，聲速根據(jù)聲波類型不同而不同，一般橫波在低合金鋼中的傳播速度為3240m/s，另外不同類型的A超數(shù)字探傷儀還有各自的輔助參數(shù)設(shè)置，本文對此不做描述；確定探傷靈敏度，即繪制距離幅度曲線（DAC曲線)，并保存調(diào)節(jié)設(shè)置好的參數(shù)。所述DAC曲線是指距離幅度曲線，根據(jù)規(guī)定的條件，由產(chǎn)生回波的已知人工反射體的距離、探傷儀的增益和人工反射體的大小三個參數(shù)繪制的曲線，用以確定探傷靈敏度，也可用于估算缺陷的當(dāng)量尺寸；
[0009](3)對被檢工件進(jìn)行檢驗，其按照如下方式進(jìn)行：①探頭垂直焊縫做鋸齒型前后移動，其移動距離為焊縫寬度+tani3 XT+30mm(i3是縱波折射角；T是工件厚度）。②探頭騎在焊縫上，方向與焊縫平行做前后移動；
[0010](4)發(fā)現(xiàn)缺陷后，再做前后、左右、轉(zhuǎn)角、環(huán)繞等形式的檢查，結(jié)合DAC曲線按照標(biāo)準(zhǔn)對缺陷做出性質(zhì)判斷與缺陷評級。并做好缺陷的文字記錄和工件標(biāo)定。本發(fā)明的一個優(yōu)選的方案，超聲手動L-L-L波檢測方法，主要是提供厚度大于120mm的焊縫超聲波檢測垂直面積型缺陷的方法。上述焊縫厚度的上限沒有特別限定，但通常為400mm以下，優(yōu)選150mm?250mm。此外,對于檢驗區(qū)域不夠的,厚度< 120mm的焊縫也可應(yīng)用此法。對于不同焊縫厚度范圍采用不同的探頭折射角度和晶片尺寸，所述折射角度通常為6° -13°，單個晶片尺寸一般在8mm X 9mm至18mm X 18mm之間，其中，焊縫厚度越大，選擇的晶片尺寸就越大，選擇的角度越小，反之亦然。
[0011]如圖Ia所示，本發(fā)明的一個優(yōu)選的方案，還在于提供一種雙晶片探頭9，其特征在于：所述發(fā)射晶片和接收晶片這兩晶片都是曲率晶片；該兩晶片的擺放角度是一致的而非屋頂角形式；發(fā)射晶片I位置較高，高度距離大于聲場O. 5倍的近場區(qū)距離；發(fā)射晶片I有自身的消聲槽和吸聲材料。
[0012]發(fā)明效果
[0013]根據(jù)本發(fā)明，通過超聲波L-L-L檢測垂直面積型缺陷方法，不但能對與檢測表面垂直的面積型缺陷有著良好的檢出，同時也可檢出大部分體積型缺陷。另外，本發(fā)明人研制的雙晶片合成探頭成功的消除了由探頭擴(kuò)散引起的底表面回波。在底表面位置上只有缺陷回波而無底面回波，開創(chuàng)了 L-L-L波檢測內(nèi)部垂直缺陷的先河，填補(bǔ)了國內(nèi)外此種方法的空白。此方法特別適用厚度大于120_的焊縫和焊縫兩邊檢測區(qū)域不足焊縫的檢測。在超厚焊縫大量增多的現(xiàn)在，為準(zhǔn)確的評價焊縫的真實質(zhì)量，此方法有著非常實用的使用價值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖Ia是根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選實施方式的雙晶片合成探頭的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖Ib是根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選實施方式的雙晶片合成探頭的剖面示意圖
[0016]圖2是常規(guī)的超聲波檢測裝置及檢測示意圖；
[0017]圖3是根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選實施方式的超聲波檢測裝置及檢測示意圖[0018]圖4是利用本發(fā)明的檢測方法進(jìn)行檢測的流程圖；
[0019]圖5是根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選實施方式檢測原理和顯示回波的示意圖；
[0020]圖6是根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選實施方式的實例檢測示意圖；
[0021]圖7是根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選實施方式的另一實例檢測示意圖；
[0022]圖8是DAC曲線示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖通過【具體實施方式】對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明的特點將隨著這些描述變得更為清楚、明確。
[0024]圖Ia是本發(fā)明的雙晶片合成探頭，其特征在于：兩個晶片都是曲率晶片；擺放角度是一致的而非屋頂角形式；發(fā)射晶片I位置較高，高度距離大于聲場O. 5倍的近場區(qū)距離；發(fā)射晶片I有自身的消聲槽和吸聲材料；縱波的折射角度很?。?° -13° )并且單個晶片尺寸一般在8mmX9mm至18mmX 18mm之間，因為采取了以上的特征，使聲束擴(kuò)散得到抑制，底表面散亂回波得到消除，所以保證了 L-L-L檢測方法的實現(xiàn)。
[0025]圖Ib中所不為雙晶片合成探頭的首I]面圖，其中，如圖Ib中所不，所述雙晶片合成探頭包括：
[0026]外殼24，其內(nèi)部底面設(shè)置橫截面為L型機(jī)玻璃支架21 (材質(zhì)為有機(jī)玻璃)，所述有機(jī)玻璃支架21由水平支架和與水平支架相連的立式支架組成，
[0027]發(fā)射晶片1，其設(shè)置于立式支架的頂端，發(fā)射晶片I頂部設(shè)置阻尼材料23
[0028]接收晶片2，其設(shè)置于水平支架的頂端，接收晶片2頂部設(shè)置阻尼材料23
[0029]吸聲材料22，其設(shè)置于立式支架的前、后兩側(cè)的表面上。
[0030]圖2為常規(guī)的A超反射法檢測裝置和檢測示意圖，該裝置包括超聲波探傷儀5、電纜線8、常規(guī)探頭10。其檢測方法按照通常的來進(jìn)行。
[0031]圖3為本發(fā)明的超聲波檢測裝置和檢測示意圖，該裝置包括超聲波探傷儀5、兩根電纜線8、雙晶片合成探頭9。本發(fā)明的檢測與常規(guī)檢測不同的是：一是本發(fā)明雙晶片合成探頭，兩根連接超聲波探傷儀5與雙晶片合成探頭9的電纜8，該探傷儀的發(fā)射插座6與雙晶片合成探頭的發(fā)射晶片I連接；該探傷儀的接收插座7與雙晶片合成探頭的接收晶片2連接；二是由于折射角小，雙晶片合成探頭的前后移動距離要比常規(guī)檢測時小得多。
[0032]圖4是利用本發(fā)明的檢測方法進(jìn)行檢測的流程圖，該檢測方法包括以下的步驟：
[0033](I)選擇符合標(biāo)準(zhǔn)（JB/T4730. 3-2005)超聲波探傷儀5CTS-22、雙晶片合成探頭9、CSK- IV A或CSK- III A試塊（圖中未示出）。通過電纜線8將雙晶片合成探頭9與超聲波探傷儀連接(超聲波探傷儀的發(fā)射插座6與探頭9的發(fā)射晶片I連接；超聲波探傷儀的接收插座7與探頭9的接收晶片I連接)。超聲波探傷儀的探頭模式為雙探頭模式。
[0034](2)使用CSK- IV A或CSK- III A試塊，調(diào)節(jié)儀器的線性、設(shè)置各項儀器參數(shù)、確定探傷靈敏度（DAC曲線)，并保存調(diào)節(jié)設(shè)置好的參數(shù)。
[0035](3)對被檢工件進(jìn)行檢驗：①探頭垂直焊縫做鋸齒型前后移動，其移動距離為焊縫寬度+T Xtani3+30mm，β是指縱波折射角，T是指工件厚度。②將探頭置于焊縫上，探頭做平行焊縫方向的前后移動。對于探頭的前后移動，因為探頭本身就在焊縫上，不管移動多大距離都不會掃查不到焊縫，所以探頭平行焊縫掃查時沒有移動距離上的限制。另外，垂直于焊縫掃查時之所以要有距離限制，是因為當(dāng)探頭相對于焊縫邊沿的距離移動超過焊縫寬度+TXtanP +30mm時，探頭的一次波束將掃查不到焊縫，掃查就沒有多大意義。
[0036](4)發(fā)現(xiàn)缺陷后，再做前后、左右、轉(zhuǎn)角、環(huán)繞等形式的檢查，結(jié)合DAC曲線按標(biāo)準(zhǔn)對缺陷做出性質(zhì)判斷與缺陷評級。并做好缺陷的文字記錄和工件標(biāo)定。
[0037]圖5是在本發(fā)明的檢測原理和顯示回波示意圖。雙晶片合成探頭9的發(fā)射晶片發(fā)射的縱波從雙晶片合成探頭9的有機(jī)玻璃中以很小的角度入射進(jìn)入鋼（是指進(jìn)入焊縫金屬中，或者進(jìn)入母材金屬中）中，在鋼中產(chǎn)生折射縱波和橫波，因入射角度小，所以轉(zhuǎn)換的橫波能量很低，可不作考慮，大部分能量以折射縱波型式在鋼中傳播，遇到異質(zhì)界面(缺陷）時，聲波依然會發(fā)生反射和波型轉(zhuǎn)換，如果缺陷的方向與入射聲波方向垂直或近于垂直，反射回波被探頭接收晶片接收，超聲波探傷儀顯示屏顯示缺陷；如果缺陷的方向與入射聲波方向不垂直(與檢測表面垂直或近于垂直）的缺陷，還會發(fā)生反射和波型轉(zhuǎn)換，相對于缺陷界面，此時的入射角度很大，約80°左右，發(fā)生轉(zhuǎn)換的橫波能量依然很低，可不作考慮，大部分能量都以反射角等于入射角的角度反射到底面，又以相同的角度返回雙晶片合成探頭的接收晶片，顯示缺陷，顯示深度位置是底波的位置或略大一點。再依據(jù)回波情況分析判斷，從而檢出垂直檢測面的危險性缺陷。
[0038]超聲波探傷儀顯示屏上的回波情況基本就四種：①如果沒有缺陷，熒光顯示屏上只有始脈沖波和底表面噪聲，如圖5-①所示；②如果顯示屏上有始脈沖波+Fl (始脈沖波后，工件厚度T前的所有顯示回波）波+底表面噪聲，是焊縫中有體積型或與入射波垂直的面積型缺陷，圖5-②所示顯示屏上有始脈沖波+F1+F2 (工件厚度T上或略后T的波），此情況下有兩種形式：一是Fl幅度小于F2幅度，一般是焊縫中有垂直檢測表面的面積型缺陷，如圖5-③所示；二是Fl幅度大于F2幅度，一般是焊縫中有體積型缺陷，如圖5-④所
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[0039]圖6本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式的實例檢測示意圖，模擬焊縫的材料508 III鋼，規(guī)格400X40X120 (120為厚 度，單位是毫米。模擬缺陷使用線徑O. 18mm的線切割，切割后在沿切割線進(jìn)行機(jī)械加工坡口，氬弧焊焊接封口，機(jī)械加工，最終形成一個深度20mm (另一面95mm)，面積5X 18的缺陷，缺陷與上下表面有2. 5度的傾斜(模仿窄間隙焊的焊接坡口）。標(biāo)準(zhǔn) JB/T4730. 3-2005。試塊 CSK-IIIA。探傷儀 CTS-22 (模擬機(jī)）。探頭 2. 5MHz、晶片18X (6+16)、折射角9度。檢驗靈敏度是深度120mm的Φ 1X6短橫孔_6dB。檢測分別在模擬焊件上的①、②、③、④四個缺陷部位進(jìn)行。檢驗結(jié)果見下表1:
[0040]表1
[0041]
【權(quán)利要求】
1.超聲手動縱-縱-縱波檢測方法，其特征在于，該方法是使用超聲手動縱-縱-縱波檢測裝置完成的，超聲手動縱-縱-縱波檢測裝置包括通過電纜線連接的超聲波探傷儀和雙晶片合成探頭，其中，雙晶片合成探頭檢測出厚焊縫中體積型缺陷和垂直檢測表面的面積型缺陷， 該方法包括如下的步驟： (1)選擇超聲手動縱-縱-縱波檢測裝置，通過電纜線將該雙晶片合成探頭中的發(fā)射晶片與超聲波探傷儀的發(fā)射插座連接、超聲波探傷儀的接收插座與雙晶片合成探頭的接收晶片連接； (2)使用CSK-IVA試塊，調(diào)節(jié)儀器的線性，設(shè)置各項儀器參數(shù)，確定探傷靈敏度，即繪制距離幅度曲線，并保存調(diào)節(jié)設(shè)置好的參數(shù)； (3)對被檢工件進(jìn)行檢驗； (4)發(fā)現(xiàn)缺陷后，再做前后、左右、轉(zhuǎn)角、環(huán)繞形式的檢查，結(jié)合DAC曲線按照標(biāo)準(zhǔn)對缺陷做出性質(zhì)判斷與缺陷評級，并做好缺陷的文字記錄和工件標(biāo)定。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超聲手動縱-縱-縱波檢測方法，其特征在于，所述雙晶片合成探頭的縱波折射角范圍是6° -13° ;所述發(fā)射晶片尺寸為8mmX9mm至18mmX 18mm 所述接收晶片尺寸為8mmX9mm至18mmX 18mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超聲手動縱-縱-縱波檢測方法，其特征在于，所述雙晶片合成探頭中發(fā)射晶片和接收晶片都是曲率晶片，兩晶片的擺放角度基本一致，發(fā)射晶片位置的高度距離大于聲場O. 5倍的近場區(qū)距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超聲手動縱-縱-縱波檢測方法，其特征在于，被檢工件厚度大于120mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超聲手動縱-縱-縱波檢測方法，其特征在于，被檢工件厚度為 150 ?250mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超聲手動縱-縱-縱波檢測方法，其特征在于，所述步驟（3)中的缺陷檢驗按照如下方式操作：①探頭垂直焊縫做鋸齒型前后移動，其移動距離為焊縫寬度+tani3 XT+30mm，其中，β是雙晶片合成探頭的縱波折射角，T是被檢工件厚度，②雙晶片合成探頭騎在焊縫上，方向與焊縫平行做前后移動。
7.超聲手動縱-縱-縱波檢測裝置，其如上述權(quán)利要求I至權(quán)利要求6中任一項所述。
【文檔編號】G01N29/04GK103487509SQ201310452221
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月27日
【發(fā)明者】鄧顯余, 賽鵬, 王佐森, 周海波, 鄧屾, 李港, 羅輝 申請人:哈電集團(tuán)（秦皇島）重型裝備有限公司