無損焊縫檢驗中的動態(tài)選通的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明通常涉及用于進(jìn)行無損測試/檢驗(以下稱為NDT/NDI)的方法和系統(tǒng)，尤其涉及利用在相控陣列超聲檢驗或后檢驗期間獲得的響應(yīng)信號所引導(dǎo)的動態(tài)選通的定位數(shù)據(jù)解釋輔助。
【背景技術(shù)】
[0002]相控陣列超聲測試(PAUT)是應(yīng)用于工業(yè)無損測試的超聲測試(UT)的高級方法。常見的應(yīng)用是在諸如焊縫等的制品中查找裂紋。
[0003]從技術(shù)上已知為單片探測器的單元件(非相控陣列)探測器沿固定方向發(fā)出光束。為了對大量材料進(jìn)行測試，傳統(tǒng)的探測器必須以物理方式移動經(jīng)過關(guān)注區(qū)域或開始在關(guān)注區(qū)域內(nèi)掃頻或掃描光束。
[0004]作為對比，來自PAUT探測器的光束可以在無需使該探測器移動的情況下以電子方式移動，并且可以高速掃過大量材料。由于PAUT探測器由各自可以按計算機(jī)所計算的定時單獨產(chǎn)生脈動的多個小元件構(gòu)成，因此能夠?qū)υ摴馐M(jìn)行控制。術(shù)語相控是指定時，并且術(shù)語陣列是指多個元件。將促成光束形成的探測器的元件定義為光束的孔徑；孔徑可以包括PAUT探測器的元件的一部分或全部。
[0005]在焊縫的典型檢驗期間，按各種入射角度從一個或多個孔徑產(chǎn)生多個光束。這些光束生成示出與零件內(nèi)的缺陷相關(guān)聯(lián)的超聲波在(預(yù)期找到缺陷的)所掃描焊縫的關(guān)注區(qū)域上的反射(或衍射)的圖像。對于孔徑固定并且僅角度改變的情況，將圖像稱為扇形掃描或s掃描。
[0006]為了具有適當(dāng)覆蓋范圍的焊縫區(qū)域，幾乎始終要求組合來自焊縫的兩側(cè)的檢驗。為了定義該檢驗，標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范做法涵蓋用于定義探測器和光束結(jié)構(gòu)的指導(dǎo)，其中示例是美國機(jī)械工程師協(xié)會(American Society of Mechanical Engineers)的無損檢測(第V部分)鍋爐和壓力準(zhǔn)則(Nondestructive Examinat1n (Sect1n V) Boiler and PressureCode)。焊縫檢驗通常涉及楔形件的使用，其中該楔形件定義第一機(jī)械入射角度以產(chǎn)生切變波在衍射角度為40?70度的范圍內(nèi)的s掃描、以及通過以與焊縫軸平行的方式移動探測器結(jié)構(gòu)來進(jìn)行的焊縫的機(jī)械掃描。
[0007]與利用相控陣列超聲掃描的焊縫檢驗相關(guān)聯(lián)的反復(fù)出現(xiàn)的問題是將相關(guān)指征與楔形件內(nèi)的聲學(xué)反射、涉及模式轉(zhuǎn)換的各種超聲路徑或來自焊縫幾何形狀自身的反射(稱為幾何回波)區(qū)分開。
[0008]圖la示出可用于使用相控陣列探測器106a和106b來對扁平零件102中的焊縫104進(jìn)行檢驗的各種位置的一些常見問題。通過進(jìn)行NDI超聲檢驗，檢驗員通常以零件102的特定區(qū)域作為對象以篩查缺陷。然而，聲音必須在零件102中行進(jìn)不必進(jìn)行篩查的距離、例如超聲光束108的第一腿部。
[0009]例如，來自裂紋112的回波在PAUT檢驗中可能是有害的。在很多時候，這些噪聲回波將在與焊縫檢驗無關(guān)的區(qū)域中出現(xiàn)。為了提高信噪比(SNR)，通常的做法是檢驗員定義用以選擇這些檢驗員想要保持信號的哪個區(qū)間的選通器。(選通器外的信號從俯視圖/側(cè)視圖表示中被丟棄)。可以配置數(shù)種選通器以沿著超聲光束108、零件的深度范圍或者在本發(fā)明中為焊縫截面上的2D多邊形120和122 (這里被稱為2D選通器)來選擇特定區(qū)間。
[0010]2D選通的一個示例是使用選通器120來篩查焊縫104的整個截面以使得能夠分析來自該焊縫的所有信號，但丟棄來自裂紋112的噪聲回波。2D選通器122可用于僅篩查焊縫的熔接截面以分析指征118，但丟棄來自裂紋112的噪聲回波。另一 2D選通器可用于僅篩查焊縫的焊趾裂縫截面以使得能夠分析缺陷但丟棄來自裂紋112的噪聲回波、或者僅篩查焊縫的本體以分析孔隙率但丟棄來自裂紋112的噪聲回波。
[0011]繼續(xù)參考圖la，2D選通器允許選擇與零件102中的同超聲光束108相關(guān)聯(lián)的信號的真正來源有關(guān)的信號；這是用于提高信噪比的最有效的選通處理。選擇該信號丟棄了來自裂紋112的噪聲回波，并且保持有效的指征118以供分析。這種選通器還可用于幫助標(biāo)識在焊縫104的特定截面中發(fā)生的缺陷類型。2D選通器的主要輸出是使用彩色或灰階調(diào)色板的俯視圖和/或側(cè)視圖，其中在這些俯視圖和/或側(cè)視圖上，對噪聲信號進(jìn)行過濾以保留僅與2D選通器120和122的檢驗有關(guān)的信息。
[0012]圖lb是使用連接兩個相控陣列探測器106a和106b的手動掃描器404的簡化表示的示例掃描的示意圖。將各探測器放置在零件102中的焊縫104的各側(cè)上。然后使該掃描器沿著焊縫以掃描路徑406和掃描路徑408所表示的運動移動。如可以看出，這些路徑并非完全筆直，并且這些路徑向左右漂移，這導(dǎo)致相對于焊縫發(fā)生機(jī)械漂移。
[0013]掃描路徑406和408這兩者是相同的，但根據(jù)探測器位置而沿著焊縫發(fā)生偏移。期望探測器具有相干選通和自動調(diào)整裂紋指征相對于焊縫的位置的追蹤，以使得可以使來自多個探測器的信息相關(guān)聯(lián)。
[0014]圖la和lb中的這些概念、特別是2D選通器的使用在相對于焊縫定位探測器并且保持該相對距離在所有獲取中均恒定時要求良好的精度。這利用自動化系統(tǒng)難以實現(xiàn)，并且在進(jìn)行漂移不可避免的手動掃描的情況下甚至更難以實現(xiàn)。
[0015]由于零件覆層幫助檢驗員使裂紋指征相對于焊縫幾何形狀的相對位置可視化，因此是NDT/NDI領(lǐng)域中包括NDI數(shù)據(jù)分析的現(xiàn)有做法的許多范圍內(nèi)的已知概念。為了對PAUT信號進(jìn)行分析，當(dāng)前的一般做法是手動調(diào)整探測器到焊縫距離，以適合PAUT視圖上的示出焊縫截面中的信號并且與堆焊層上的零件的幾何形狀有關(guān)的回波。本發(fā)明的目的之一是使該數(shù)據(jù)分析操作針對掃描的所有位置均自動化。
[0016]在自動環(huán)焊縫檢驗中通過使用區(qū)域判別技術(shù)發(fā)現(xiàn)了針對該問題的解決方案。使用PAUT來檢驗管道環(huán)焊縫已在諸如美國機(jī)械工程師協(xié)會2005 (Michael Moles、Noel Dube,Simon Labb6 和 Ed Ginzel 所編著的)文章“Pipeline Girth Weld Inspect1n usingUltrasonic Phased Arrays”等的各種文獻(xiàn)中進(jìn)行了說明，并且被并入諸如2011ASTME-1961-11 文南犬“Standard Practice for Mechanized Ultrasonic Testing of GirthWelds Using Zonal Discriminat1n with Focused Search Units” 等的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中。實際上，該技術(shù)涉及在預(yù)計會產(chǎn)生缺陷的特定區(qū)域中對信號進(jìn)行精確選通。該方法的缺點是相對于焊縫定位探測器所需的非常高的精度水平，這使該方法僅適合高精度自動化檢驗。
[0017]另一解決方案是通過使用深度相關(guān)選通器，通過研究在所檢驗的零件厚度范圍中所報告的每一個指征來對檢驗期間所獲取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行全面分析。盡管該方法適用于手動檢驗，但該方法還耗時而且依賴于操作員。
[0018]在諸如美國專利8，365，602等的現(xiàn)有做法中使用若干自動化焊縫追蹤方法，但這些方法通常要求直接到達(dá)焊縫區(qū)域。這些方法要求位于焊縫頂部的附加探測器，并且通常僅適合定期和可預(yù)測的焊接過程。
[0019]因此，期望具有允許在不使用精確定位掃描器的情況下對焊縫檢驗用的超聲信號進(jìn)行精確選通的方法。
[0020]還期望該方法盡可能獨立于操作員。
[0021]還期望該方法僅使用現(xiàn)有或所