一种管道环向焊缝全自动相控阵超声检测的调试方法

专利名称：一种管道环向焊缝全自动相控阵超声检测的调试方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202210187192.6

专利申请（专利权）人：葫芦岛北检科技有限公司
权利人地址：辽宁省葫芦岛市连山区站前街4号楼M一楼

专利发明（设计）人：田森,朱洛瑶,田国良

专利摘要：本发明公开了一种管道环向焊缝全自动相控阵超声检测的调试方法，在超声参考试块根焊区设置与焊缝根部坡口形式相同的根部尖角槽或方槽和平底孔，在参考试块上钝边区设置水平方向的平底孔，在参考试块上热焊区设置带角度的平底孔，在参考试块上填充区设置带角度的平底孔。在参考试块上设置体积通道的附加反射体，附加反射体包括平底孔和槽。在参考试块上设置垂直于工件厚度方向的通孔或通槽。本发明采用上述管道环向焊缝全自动相控阵超声检测的调试方法，能够解决现有的全自动相控阵超声检测很难分辨表面开口缺陷和表面非开口缺陷，焊缝中心线附近垂直性裂纹缺陷、柱孔、针孔、条渣和根部气孔等缺陷易漏检的问题。

主权利要求：
1.一种管道环向焊缝全自动相控阵超声检测的调试方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将全自动相控阵超声检测设备与相控阵探头连接，产生固定角度的聚焦声束和非聚焦声束；
所述的全自动相控阵超声检测设备具有多通道和分区扫查的功能，并且能够产生固定角度聚焦声束和非聚焦声束，对不同的焊缝分区进行单独设置、且显示在同一个界面上；
所述的相控阵探头采用两个一维线形相控阵探头、且每个探头晶片数大于等于32个晶片；
S2、按照分区的原则，在全自动相控阵超声参考试块上设置人工反射体，包括：(1)在参考试块上设置根焊区两个带角度的人工反射体，一个人工反射体为根部尖角槽或方槽，槽的形式与焊缝根部坡口形式相同；另一个人工反射体为带角度的根部平底孔，平底孔为与焊缝根部坡口面垂直或平底孔中心线与水平线成10°～60°的夹角；
(2)在参考试块上设置钝边区一个0°或180°的平底孔，且平底孔中心线与钝边区中心的水平线重合；
(3)在参考试块上设置热焊区带角度的平底孔，平底孔中心线垂直于焊缝热焊区坡口面，平底孔数量与热焊区高度有关，平底孔数量为1～3个；
(4)在参考试块上设置填充区带角度的平底孔，平底孔中心线垂直于焊缝填充区坡口面；在最后一个填充分区上还要设置一个方槽，方槽位于外表面的熔合线上，其深度为1mm、宽度为1mm～2mm、长度为10mm～20mm；
(5)在参考试块上设置体积通道的附加反射体，附加反射体包括平底孔和槽，在模拟焊缝中心线上设置45°的平底孔，平底孔数量与工件厚度有关；在根焊区设置槽；
(6)在参考试块上设置垂直于工件厚度方向的通孔或通槽，其中通孔直径为2mm，通槽宽度为1mm、长度为5mm；
S3、采用设置的人工反射体对焊缝的根焊区、钝边区、热焊区、填充区及表面缺陷的调试，包括：(1)根焊区的调试方法
根焊区的调试方法属于熔合区的调试方法，在根焊区设置两个通道，其调试方法为：①一个通道利用参考试块上根部尖角槽或方槽调试，采用固定角度的横波聚焦声束，使用自发自收检测模式，将尖角槽或方槽的波高调整到满屏高度的80％为基准灵敏度，用于检测根部开口形缺陷；
②另一个通道利用参考试块上根部带角度的平底孔调试，采用固定角度的横波聚焦声束，使用自发自收检测模式，将平底孔的波高调整到满屏高度的80％为基准灵敏度，用于检测根部非开口形缺陷；
(2)钝边区的调试方法
钝边区的调试方法属于熔合区的调试方法，在钝边区设置一个通道，其调试方法为：利用参考试块上钝边区的平底孔调试，采用固定角度的横波聚焦声束，使用自发自收检测模式，将平底孔的波高调整到满屏高度的80％为基准灵敏度；
(3)热焊区的调试方法
热焊区的调试方法分为熔合区的调试方法和热焊区中间通道的调试方法，即：①熔合区的调试方法：利用参考试块上热焊区坡口面上设置的带角度的平底孔调试，热焊区坡口面上设置的平底孔与通道一一对应，每个通道的调试方法相同，采用固定角度的横波聚焦声束，使用自发自收检测模式，将平底孔的波高调整到满屏高度的80％为基准灵敏度；
②热焊区设置一个中间通道，利用参考试块上通孔或通槽在热焊区对应位置调试，采用固定角度的横波聚焦声束，使用一发一收检测模式，将通孔或通槽的波高调整到满屏高度的80％为基准灵敏度，用于检测热焊区中心线附近的垂直性裂纹、柱孔、针孔及条渣缺陷；
(4)填充区的调试方法
填充区的调试方法分为熔合区的调试方法和填充区中间通道的调试方法，即：①熔合区的调试方法：利用参考试块上填充区坡口面上设置的带角度的平底孔调试，填充区坡口面上设置的平底孔与通道一一对应，每个通道的调试方法相同，采用固定角度的横波聚焦声束，使用一发一收检测模式，将平底孔的波高调整到满屏高度的80％为基准灵敏度；该调试方法不适用最后一个填充分区的调试；
②填充区设置1～5个中间通道，填充区设置的中间通道个数取决于工件厚度，每个通道调试方法相同，即利用参考试块上通孔或通槽在填充区对应位置调试，采用固定角度的横波聚焦声束，使用一发一收检测模式，将通孔或通槽的波高调整到满屏高度的80％为基准灵敏度，用于检测填充区中心线附近的垂直性裂纹、柱孔、针孔及条渣缺陷；
(5)表面缺陷的调试方法
表面缺陷的调试方法也就是最后一个填充分区的调试方法，该区调试属于熔合区调试，该区设置两个通道，其调试方法为：①一个通道是利用参考试块上最后一个填充分区中的平底孔调试，采用固定角度的横波聚焦声束，使用自发自收检测模式，将平底孔的波高调整到满屏高度的80％为基准灵敏度，用于检测表面非开口形缺陷；
②另一个通道是利用参考试块上表面方槽调试，采用固定角度的横波聚焦声束，使用自发自收检测模式，将方槽的波高调整到满屏高度的80％为基准灵敏度，用于检测表面开口形缺陷；
(6)体积通道的调试方法
体积通道的调试方法分为根部体积通道的调试方法和填充区体积通道的调试方法，即：①根部体积通道的调试方法分为两种，因此根部体积通道也设置两个通道，即：一种利用参考试块上根部槽调试，采用固定角度的横波非聚焦声束，使用自发自收检测模式，将槽的波高调整到满屏高度的80％时，再提高4dB～14dB为检测灵敏度；
另一种利用参考试块上根部平底孔调试，采用固定角度的横波非聚焦声束，使用自发自收检测模式，将平底孔的波高调整到满屏高度的80％时，再提高0～14dB为检测灵敏度，用于检测根部气孔类点状缺陷；
②填充区体积通道的调试方法：利用参考试块模拟焊缝中心线上45°的平底孔调试，平底孔数量与工件厚度有关，平底孔与填充区体积通道一一对应，每个通道调试方法相同，其调试方法为采用固定角度的横波非聚焦声束，使用自发自收检测模式，将平底孔的波高调整到满屏高度的80％时，再提高8dB～14dB为检测灵敏度。
2.根据权利要求1所述的一种管道环向焊缝全自动相控阵超声检测的调试方法，其特征在于：还包括TOFD通道的调试方法：在参考试块完好部位调试TOFD通道，采用固定角度的非聚焦纵波声束，使用双探头配置的一发一收检测模式，将直通波调整到满屏高度的40％～80％为基准灵敏度，TOFD能检测出除了盲区和“透声缺陷”以外的所有缺陷。
3.根据权利要求1所述的一种管道环向焊缝全自动相控阵超声检测的调试方法，其特征在于：所述的调试方法适用于不同类型的焊缝坡口形式和不同的焊接方法。
4.根据权利要求1所述的一种管道环向焊缝全自动相控阵超声检测的调试方法，其特征在于：所述的调试方法也适用于全自动多探头超声检测设备。 说明书 : 一种管道环向焊缝全自动相控阵超声检测的调试方法技术领域[0001] 本发明涉及焊缝检测技术领域，尤其是涉及一种管道环向焊缝全自动相控阵超声检测的调试方法。背景技术[0002] 承压设备包括各种锅炉、压力容器、压力管道及油气长输管道等，属于重要生产设备。然而承压设备往往具有高温、高压和有毒介质等特点，一旦发生事故，后果极其严重。为避免可能出现的质量事故，承压设备在制造、使用、检验等环节中大量应用无损检测技术。[0003] 相控阵超声检测技术是目前国内外无损检测技术发展的新方向、新动力，是最先进的无损检测技术之一。相控阵超声技术是利用电子方式控制相控阵超声探头的声束来实现超声波发射、接收的方法。相控阵超声探头晶片是由多个小晶片构成，每个小晶片又称为阵元。每个阵元能被独立的激发，并施加不同的时间延迟，所有阵元发射的超声波形成一个整体波阵面，能够实现动态聚焦，并能有效地控制发射超声束的形状和方向。它为确定缺陷的形状、大小和方向提供出比单个或多个常规超声波探头系统更大的能力。相控阵超声检测技术具有成像功能，检测结果以图像形式显示，分为A扫描、B扫描、S扫描、E扫描及P扫描等，直观易懂，存储的数据具有动态回放功能，并且还能记录扫查位置。这些功能是常规超声检测技术难以做到的。[0004] 相控阵超声检测技术包括全自动相控阵超声检测，所谓全自动相控阵超声检测就是将焊缝沿厚度方向分成若干个区，每个区用一对或两对聚焦声束检测，同时还采用非聚焦声束检测。因此要求检测系统具有多通道功能，检测结果以图像形式显示，分为A扫描、B扫描及TOFD三种显示方式。扫查器在管道环向自动扫查的同时对焊缝进行全面检测，并将检测结果和声耦合自动显示在图像上。[0005] 但是全自动相控阵超声检测管道环向焊缝过程中也暴露出致命缺点，这些缺点严重影响全自动相控阵超声波在管道环向焊缝上的应用，即：[0006] (1)很难分辨出表面开口缺陷和表面非开口缺陷[0007] 目前全自动相控阵超声检测设置就是在根焊区和最后一个填充分区设置一个通道，这样就造成表面开口形缺陷和表面非开口形缺陷处于一个通道上，因此很难分辨出是开口形缺陷，还是非开口形缺陷。[0008] (2)焊缝中心线附近的垂直性裂纹缺陷易漏检[0009] ①在热焊区通道普通设置采用自发自收检测模式，但是这种自发自收检测模式对于热焊区焊缝中心线附近的垂直性裂纹缺陷检测不利，即使检测发现该缺陷，但是因为回波幅度低，很容易漏检或漏评。[0010] ②在填充区(除了最后一个填充分区外)通道普通设置采用一发一收检测模式，这是针对坡口面上的未熔合缺陷设置，但是这种设置对于填充区焊缝中心线附近的垂直性裂纹缺陷检测不利，因为采用的声束角度不完全符合要求，会造成回波幅度低，很容易产生漏检或漏评。[0011] (3)根部气孔等点状缺陷易漏检[0012] 在根焊区通道普通设置采用根部槽设置，采用自发自收检测模式，此种设置方法灵敏度偏低，不利于气孔类点状缺陷检出，容易造成漏检现象。[0013] (4)TOFD技术存在盲区和“透声”现象[0014] TOFD技术在工件上下表面存在盲区，不能检测出盲区内的缺陷，但TOFD技术还存在致命的缺点“透声”，“透声”意味着漏检，有些裂纹(例如垂直性闭合裂纹)、未焊透及未熔合缺陷存在“透声”现象。“透声”就是缺陷间隙很小时，超声波可以穿透缺陷，在界面上不产生反射，所以无法观察到回波，这就是所说的“透声”现象。[0015] (5)全自动相控阵超声检测技术受焊接方法限制[0016] 目前全自动相控阵超声检测在现场仅对全自动焊焊接的焊缝进行检测，对于半自动焊和手工焊焊接的焊缝不能检测，这就限制了全自动相控阵超声检测技术的发展及应用空间。发明内容[0017] 本发明的目的是提供一种管道环向焊缝全自动相控阵超声检测的调试方法，解决现有的全自动相控阵超声检测很难分辨表面开口缺陷和表面非开口缺陷，焊缝中心线附近垂直性裂纹缺陷、柱孔、针孔、条渣和根部气孔等缺陷易漏检的问题。[0018] 为实现上述目的，本发明提供了一种管道环向焊缝全自动相控阵超声检测的调试方法，包括以下步骤：[0019] S1、将全自动相控阵超声检测设备与相控阵探头连接，产生固定角度的聚焦声束和非聚焦声束；[0020] 所述的全自动相控阵超声检测设备具有多通道和分区扫查的功能，并且能够产生固定角度聚焦声束和非聚焦声束，对不同的焊缝分区进行单独设置、且显示在同一个界面上；[0021] 所述的相控阵探头采用两个一维线形相控阵探头、且每个探头晶片数(或阵元数)大于等于32个晶片；[0022] S2、按照分区的原则，在全自动相控阵超声参考试块上设置人工反射体，包括：[0023] (1)在参考试块上设置根焊区两个带角度的人工反射体，一个人工反射体为根部尖角槽或方槽，槽的形式与焊缝根部坡口形式相同；另一个人工反射体为带角度的根部平底孔，平底孔为与焊缝根部坡口面垂直或平底孔中心线与水平线成10°～60°的夹角；[0024] (2)在参考试块上设置钝边区一个0°或180°的平底孔，且平底孔中心线与钝边区中心的水平线重合；[0025] (3)在参考试块上设置热焊区带角度的平底孔，平底孔中心线垂直于焊缝热焊区坡口面，平底孔数量与热焊区高度有关，平底孔数量为1～3个；[0026] (4)在参考试块上设置填充区带角度的平底孔，平底孔中心线垂直于焊缝填充区坡口面；在最后一个填充分区上还要设置一个方槽，方槽位于外表面的熔合线上，其深度为1mm、宽度为1mm～2mm、长度为10mm～20mm；[0027] (5)在参考试块上设置体积通道的附加反射体，附加反射体包括平底孔和槽，在模拟焊缝中心线上设置45°的平底孔，平底孔数量与工件厚度有关；在根焊区设置槽；[0028] (6)在参考试块上设置垂直于工件厚度方向的通孔或通槽，其中通孔直径为2mm，通槽宽度为1mm、长度为5mm；[0029] S3、采用设置的人工反射体对焊缝的根焊区、钝边区、热焊区、填充区及表面缺陷的调试，包括：[0030] (1)根焊区的调试方法[0031] 根焊区的调试方法属于熔合区的调试方法，在根焊区设置两个通道，其调试方法为：[0032] ①一个通道利用参考试块上根部尖角槽或方槽调试，采用固定角度的横波聚焦声束，使用自发自收检测模式，将尖角槽或方槽的波高调整到满屏高度的80％为基准灵敏度，用于检测根部开口形缺陷；[0033] ②另一个通道利用参考试块上根部带角度的平底孔调试，采用固定角度的横波聚焦声束，使用自发自收检测模式，将平底孔的波高调整到满屏高度的80％为基准灵敏度，用于检测根部非开口形缺陷；[0034] (2)钝边区的调试方法[0035] 钝边区的调试方法属于熔合区的调试方法，在钝边区设置一个通道，其调试方法为：[0036] 利用参考试块上钝边区的平底孔调试，采用固定角度的横波聚焦声束，使用自发自收检测模式，将平底孔的波高调整到满屏高度的80％为基准灵敏度；[0037] (3)热焊区的调试方法[0038] 热焊区的调试方法分为熔合区的调试方法和热焊区中间通道的调试方法，即：[0039] ①熔合区的调试方法：利用参考试块上热焊区坡口面上设置的带角度的平底孔调试，热焊区坡口面上设置的平底孔与通道一一对应，每个通道的调试方法相同，采用固定角度的横波聚焦声束，使用自发自收检测模式，将平底孔的波高调整到满屏高度的80％为基准灵敏度；[0040] ②热焊区设置一个中间通道，利用参考试块上通孔或通槽在热焊区对应位置(或深度)调试，采用固定角度的横波聚焦声束，使用一发一收检测模式，将通孔或通槽的波高调整到满屏高度的80％为基准灵敏度，用于检测热焊区中心线附近的垂直性裂纹、柱孔、针孔及条渣缺陷；[0041] (4)填充区的调试方法[0042] 填充区的调试方法分为熔合区的调试方法和填充区中间通道的调试方法，即：[0043] ①熔合区的调试方法：利用参考试块上填充区坡口面上设置的带角度的平底孔调试，填充区坡口面上设置的平底孔与通道一一对应，每个通道的调试方法相同，采用固定角度的横波聚焦声束，使用一发一收检测模式，将平底孔的波高调整到满屏高度的80％为基准灵敏度；该调试方法不适用最后一个填充分区的调试；最后一个填充分区的调试方法按照表面缺陷的调试方法进行。[0044] ②填充区设置1～5个中间通道，填充区设置的中间通道个数取决于工件厚度，每个通道调试方法相同，即利用参考试块上通孔或通槽在填充区对应位置(或深度)调试，采用固定角度的横波聚焦声束，使用一发一收检测模式，将通孔或通槽的波高调整到满屏高度的80％为基准灵敏度，用于检测填充区中心线附近的垂直性裂纹、柱孔、针孔及条渣缺陷；[0045] (5)表面缺陷的调试方法[0046] 表面缺陷的调试方法也就是最后一个填充分区的调试方法，该区调试属于熔合区调试，该区设置两个通道，其调试方法为：[0047] ①一个通道是利用参考试块上最后一个填充分区中的平底孔调试，采用固定角度的横波聚焦声束，使用自发自收检测模式，将平底孔的波高调整到满屏高度的80％为基准灵敏度，用于检测表面非开口形缺陷；[0048] ②另一个通道是利用参考试块上表面方槽调试，采用固定角度的横波聚焦声束，使用自发自收检测模式，将方槽的波高调整到满屏高度的80％为基准灵敏度，用于检测表面开口形缺陷；[0049] (6)体积通道的调试方法[0050] 体积通道的调试方法分为根部体积通道的调试方法和填充区体积通道的调试方法，即：[0051] ①根部体积通道的调试方法分为两种，因此根部体积通道也设置两个通道，即：[0052] 一种利用参考试块上根部槽调试，采用固定角度的横波非聚焦声束，使用自发自收检测模式，将槽的波高调整到满屏高度的80％时，再提高4dB～14dB为检测灵敏度；[0053] 另一种利用参考试块上根部平底孔调试，采用固定角度的横波非聚焦声束，使用自发自收检测模式，将平底孔的波高调整到满屏高度的80％时，再提高0～14dB为检测灵敏度，用于检测根部气孔类点状缺陷。[0054] ②填充区体积通道的调试方法：利用参考试块模拟焊缝中心线上45°的平底孔调试，平底孔数量与工件厚度有关，平底孔与填充区体积通道一一对应，每个通道调试方法相同，其调试方法为采用固定角度的横波非聚焦声束，使用自发自收检测模式，将平底孔的波高调整到满屏高度的80％时，再提高8dB～14dB为检测灵敏度；[0055] 优选的，还包括TOFD通道的调试方法：在参考试块完好部位(即没有人工反射体的位置)调试TOFD通道，采用固定角度的非聚焦纵波声束，使用双探头配置的一发一收检测模式，将直通波调整到满屏高度的40％～80％为基准灵敏度，TOFD能检测出除了盲区和“透声缺陷”以外的所有缺陷。TOFD声束有两种形成方式，一种是由相控阵技术形成的，另一种是由外挂常规TOFD探头形成的。[0056] 优选的，所述的调试方法适用于不同类型的焊缝坡口形式和不同的焊接方法。[0057] 优选的，所述的调试方法也适用于全自动多探头超声检测设备。[0058] 本发明所述的一种管道环向焊缝全自动相控阵超声检测的调试方法的优点和积极效果是：[0059] 1、本发明在热焊区和填充区设置中间通道，利用参考试块上通孔或通槽在热焊区和填充区对应位置(或深度)调试，采用固定角度的横波聚焦声束，使用一发一收检测模式，增加检测焊缝中心线附近的垂直性裂纹、柱孔、针孔及条渣缺陷。[0060] 2、本发明在根焊区和最后一个填充分区设置两个通道，能够对根焊区和表面的表面开口形缺陷和表面非开口形缺陷进行区分检测。[0061] 3、本发明方法首次提出在参考试块上根焊区设置平底孔反射体，也首次提出在根焊区采用平底孔设置根部带状图通道和根部体积通道。[0062] 4、本发明根部体积通道设置两个通道，增加利用参考试块上根部平底孔调试，对根焊区的气孔类点状缺陷进行有效的检测。[0063] 5、本发明所述的调试方式能够适用于不同类型的焊缝坡口形式和不同的焊接方法，不受焊缝坡口形式和焊接方法的限制，应用更广。并且也适用于全自动多探头超声检测设备中。[0064] 6、本发明方法适用于采用编码器记录扫查位置，实时显示扫查数据，检测结果以图像形式显示，直观易懂，定量精度高，存储的数据具有动态回放功能。[0065] 7、本发明所述的调试方法无辐射、无污染，新颖独特，操作简单实用、易掌握、适用范围广，容易分析评定缺陷，定量精度高，受人为因素影响小，漏检和误判的几率低，检测效率高。[0066] 下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。附图说明[0067] 图1为本发明一种管道环向焊缝全自动相控阵超声检测的调试方法实施例的焊缝分区结构示意图；[0068] 图2为本发明一种管道环向焊缝全自动相控阵超声检测的调试方法实施例的根焊区根部槽检测结构示意图；[0069] 图3为本发明一种管道环向焊缝全自动相控阵超声检测的调试方法实施例的根焊区平底孔检测结构示意图；[0070] 图4为本发明一种管道环向焊缝全自动相控阵超声检测的调试方法实施例的根焊区平底孔根部体积通道检测结构示意图；[0071] 图5为本发明一种管道环向焊缝全自动相控阵超声检测的调试方法实施例的热焊区平底孔检测结构示意图；[0072] 图6为本发明一种管道环向焊缝全自动相控阵超声检测的调试方法实施例的热焊区通槽或通孔检测结构示意图；[0073] 图7为本发明一种管道环向焊缝全自动相控阵超声检测的调试方法实施例的填充区平底孔检测结构示意图；[0074] 图8为本发明一种管道环向焊缝全自动相控阵超声检测的调试方法实施例的填充区通槽或通孔发射角度与接收角度相等检测结构示意图；[0075] 图9为本发明一种管道环向焊缝全自动相控阵超声检测的调试方法实施例的填充区通槽或通孔发射角度与接收角度不相等检测结构示意图；[0076] 图10为本发明一种管道环向焊缝全自动相控阵超声检测的调试方法实施例的表面缺陷平底孔检测结构示意图；[0077] 图11为本发明一种管道环向焊缝全自动相控阵超声检测的调试方法实施例的表面缺陷槽检测结构示意图。[0078] 附图标记[0079] 1、根焊区；2、钝边区；3、热焊一区；4、热焊二区；5、填充一区；6、填充二区；7、填充三区；8、填充四区。具体实施方式[0080] 一种管道环向焊缝全自动相控阵超声检测的调试方法，解决现有的全自动相控阵超声检测很难分辨表面开口缺陷和表面非开口缺陷，焊缝中心线附近垂直性裂纹缺陷、柱孔、针孔、条渣和根部气孔等缺陷易漏检的问题。[0081] 为实现上述目的，本发明提供了一种管道环向焊缝全自动相控阵超声检测的调试方法，包括以下步骤：[0082] S1、将全自动相控阵超声检测设备与相控阵探头连接，产生固定角度的聚焦声束和非聚焦声束；[0083] 所述的全自动相控阵超声检测设备具有多通道和分区扫查的功能，并且能够产生固定角度聚焦声束和非聚焦声束，对不同的焊缝分区进行单独设置、且显示在同一个界面上；[0084] 所述的相控阵探头采用两个一维线形相控阵探头、且每个探头晶片数(或阵元数)大于等于32个晶片；[0085] S2、按照分区的原则，在全自动相控阵超声参考试块上设置人工反射体，包括：[0086] (1)在参考试块上设置根焊区两个带角度的人工反射体，一个人工反射体为根部尖角槽或方槽，槽的形式与焊缝根部坡口形式相同；另一个人工反射体为带角度的根部平底孔，平底孔为与焊缝根部坡口面垂直或平底孔中心线与水平线成10°～60°的夹角；[0087] (2)在参考试块上设置钝边区一个0°或180°的平底孔，且平底孔中心线与钝边区中心的水平线重合；[0088] (3)在参考试块上设置热焊区带角度的平底孔，平底孔中心线垂直于焊缝热焊区坡口面，平底孔数量与热焊区高度有关，平底孔数量为1～3个；[0089] (4)在参考试块上设置填充区带角度的平底孔，平底孔中心线垂直于焊缝填充区坡口面；在最后一个填充分区上还要设置一个方槽，方槽位于外表面的熔合线上，其深度为1mm、宽度为1mm～2mm、长度为10mm～20mm；[0090] (5)在参考试块上设置体积通道的附加反射体，附加反射体包括平底孔和槽，在模拟焊缝中心线上设置45°的平底孔，平底孔数量与工件厚度有关；在根焊区设置槽；[0091] (6)在参考试块上设置垂直于工件厚度方向的通孔或通槽，其中通孔直径为2mm，通槽宽度为1mm、长度为5mm；[0092] S3、采用设置的人工反射体对焊缝的根焊区、钝边区、热焊区、填充区及表面缺陷的调试，包括：[0093] (1)根焊区的调试方法[0094] 根焊区的调试方法属于熔合区的调试方法，在根焊区设置两个通道，其调试方法为：[0095] ①一个通道利用参考试块上根部尖角槽或方槽调试，采用固定角度的横波聚焦声束，使用自发自收检测模式，将尖角槽或方槽的波高调整到满屏高度的80％为基准灵敏度，用于检测根部开口形缺陷；[0096] ②另一个通道利用参考试块上根部带角度的平底孔调试，采用固定角度的横波聚焦声束，使用自发自收检测模式，将平底孔的波高调整到满屏高度的80％为基准灵敏度，用于检测根部非开口形缺陷；[0097] (2)钝边区的调试方法[0098] 钝边区的调试方法属于熔合区的调试方法，在钝边区设置一个通道，其调试方法为：[0099] 利用参考试块上钝边区的平底孔调试，采用固定角度的横波聚焦声束，使用自发自收检测模式，将平底孔的波高调整到满屏高度的80％为基准灵敏度；[0100] (3)热焊区的调试方法[0101] 热焊区的调试方法分为熔合区的调试方法和热焊区中间通道的调试方法，即：[0102] ①熔合区的调试方法：利用参考试块上热焊区坡口面上设置的带角度的平底孔调试，热焊区坡口面上设置的平底孔与通道一一对应，每个通道的调试方法相同，采用固定角度的横波聚焦声束，使用自发自收检测模式，将平底孔的波高调整到满屏高度的80％为基准灵敏度；[0103] ②热焊区设置一个中间通道，利用参考试块上通孔或通槽在热焊区对应位置(或深度)调试，采用固定角度的横波聚焦声束，使用一发一收检测模式，将通孔或通槽的波高调整到满屏高度的80％为基准灵敏度，用于检测热焊区中心线附近的垂直性裂纹、柱孔、针孔及条渣缺陷；[0104] (4)填充区的调试方法[0105] 填充区的调试方法分为熔合区的调试方法和填充区中间通道的调试方法，即：[0106] ①熔合区的调试方法：利用参考试块上填充区坡口面上设置的带角度的平底孔调试，填充区坡口面上设置的平底孔与通道一一对应，每个通道的调试方法相同，采用固定角度的横波聚焦声束，使用一发一收检测模式，将平底孔的波高调整到满屏高度的80％为基准灵敏度；该调试方法不适用最后一个填充分区的调试。最后一个填充分区(填充四区8)的调试方法按照表面缺陷的调试方法进行。[0107] ②填充区设置1～5个中间通道，填充区设置的中间通道个数取决于工件厚度，每个通道调试方法相同，即利用参考试块上通孔或通槽在填充区对应位置(或深度)调试，采用固定角度的横波聚焦声束，使用一发一收检测模式，将通孔或通槽的波高调整到满屏高度的80％为基准灵敏度，用于检测填充区中心线附近的垂直性裂纹、柱孔、针孔及条渣缺陷；[0108] (5)表面缺陷的调试方法[0109] 表面缺陷的调试方法也就是最后一个填充分区的调试方法，该区调试属于熔合区调试，该区设置两个通道，其调试方法为：[0110] ①一个通道是利用参考试块上最后一个填充分区中的平底孔调试，采用固定角度的横波聚焦声束，使用自发自收检测模式，将平底孔的波高调整到满屏高度的80％为基准灵敏度，用于检测表面非开口形缺陷；[0111] ②另一个通道是利用参考试块上表面方槽调试，采用固定角度的横波聚焦声束，使用自发自收检测模式，将方槽的波高调整到满屏高度的80％为基准灵敏度，用于检测表面开口形缺陷；[0112] (6)体积通道的调试方法[0113] 体积通道的调试方法分为根部体积通道的调试方法和填充区体积通道的调试方法，即：[0114] ①根部体积通道的调试方法分为两种，因此根部体积通道也设置两个通道，即：[0115] 一种利用参考试块上根部槽调试，采用固定角度的横波非聚焦声束，使用自发自收检测模式，将槽的波高调整到满屏高度的80％时，再提高4dB～14dB为检测灵敏度；[0116] 另一种利用参考试块上根部平底孔调试，采用固定角度的横波非聚焦声束，使用自发自收检测模式，将平底孔的波高调整到满屏高度的80％时，再提高0～14dB为检测灵敏度，用于检测根部气孔类点状缺陷。[0117] ②填充区体积通道的调试方法：利用参考试块模拟焊缝中心线上45°的平底孔调试，平底孔数量与工件厚度有关，平底孔与填充区体积通道一一对应，每个通道调试方法相同，其调试方法为采用固定角度的横波非聚焦声束，使用自发自收检测模式，将平底孔的波高调整到满屏高度的80％时，再提高8dB～14dB为检测灵敏度；[0118] 管道环向焊缝全自动相控阵超声检测的调试方法，还包括TOFD通道的调试方法：[0119] 在参考试块完好部位(即没有人工反射体的位置)调试TOFD通道，采用固定角度的非聚焦纵波声束，使用双探头配置的一发一收检测模式，将直通波调整到满屏高度的40％～80％为基准灵敏度，TOFD能检测出除了盲区和“透声缺陷”以外的所有缺陷。TOFD声束有两种形成方式，一种是由相控阵技术形成的，另一种是由外挂常规TOFD探头形成的。[0120] 以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。[0121] 实施例[0122] 图1为本发明一种管道环向焊缝全自动相控阵超声检测的调试方法实施例的焊缝分区结构示意图，如图所示，本实施例以检测规格为Φ1016mm×17.2mm的长输管道管子环焊缝，其坡口形式为CRC形，坡口参数及分区如图1所示。对该焊缝采用全自动相控阵超声检测的调试方法。根据图1的参数和分区原则，设置参考试块的人工反射体。[0123] 全自动相控阵超声参考试块上设置或制作的人工反射体包括：[0124] (1)根焊区1：[0125] 根焊区1设置两个人工反射体，一个是深度为1mm、长度为15mm，与根部坡口角度相同的根部尖角槽。另一个是从管子内表面与根焊区1的坡口面垂直的方向设置一个Φ2mm的平底孔(即Φ2mm平底孔的角度为52.5°)，平底孔中心距管子底面深度为1mm。[0126] (2)钝边区2：设置一个Φ2mm的平底孔，平底孔的中心线距管子外表面的深度为15.25mm。[0127] (3)热焊区：在热焊区焊缝坡口面上设置两个45°、φ2mm的平底孔，平底孔中心距管子外表面的深度分别为12.3mm和14mm，即两个平底孔分别设置在热焊一区3和热焊二区4。[0128] (4)填充区：在填充区坡口面上设置四个80°、φ2mm的平底孔，四个平底孔的深度距离管子外表面分别为1.45mm、4.35mm、7.25mm、10.15mm。四个平底孔分别位于填充一区5、填充二区6、填充三区7、填充四区8内。在最后一个填充分区(填充四区8)上还设置一个深度为1mm、宽度为1mm、长度为15mm的方槽，也就是说在填充四区8分区上有两个人工反射体。[0129] (5)在参考试块中间、模拟焊缝中心线上设置一个宽度为1mm、长度为5mm的通槽。[0130] (6)在参考试块上模拟焊缝中心线上设置两个45°、Φ1.5的平底孔，平底孔深度分别为5.5mm和10.5mm。[0131] (7)在参考试块上模拟焊缝中心线上、位于试块上下表面分别设置深度为6mm和3.5mm、60°的尖角槽，用于验证TOFD技术的端点衍射波。[0132] (8)在参考试块上人工反射体之间水平距离一般为15mm。[0133] 全自动相控阵超声检测设备为PipeWIZARD，该设备具有128通道、32个脉冲发生器，也就是具有多通道和分区扫查的功能，并且能够产生固定角度聚焦声束和非聚焦声束，实现对不同的焊缝分区进行单独设置、且显示在同一个界面上。相控阵探头采用两个7.5MHz、60晶片的一维线形相控阵探头，其中相邻两晶片中心线间距为1mm，晶片宽度或阵元宽度为0.9mm，相邻两晶片的间隙为0.1mm，楔块角度为33.7°，楔块声速为2323m/s，第一个晶片距楔块后端水平距离为3.59mm，距楔块底面的高度为9.42mm。[0134] 全自动相控阵超声检测对根焊区、钝边区、热焊区、填充区及表面缺陷的调试包括：[0135] (1)根焊区1的调试方法[0136] 根焊区1设置2个通道，通道名称分别为R1和R1C。[0137] R1C通道调试方法：利用根部尖角槽调试，采用横波52.5°的聚焦声束，一次激发17(9～25)个晶片，采用自发自收检测模式，使根部尖角槽波高调整到满屏高度的80％，以此为基准灵敏度，也是检测灵敏度。[0138] R1通道调试方法：利用根部的Φ2mm的平底孔调试，采用横波52.5°的聚焦声束，一次激发17(10～26)个晶片，采用自发自收检测模式，使根部平底孔波高调整到满屏高度的80％，以此为基准灵敏度，也是检测灵敏度。[0139] R1C通道和R1通道是两个不同灵敏度，R1通道灵敏度远高于R1C通道的。对于根部开口形缺陷在这两个通道上都显示超标状态(一般为红色)，对于根部非开口形缺陷在R1C通道上显示为不超标状态(一般为绿色或不显示)。R1C通道和R1通道采用的横波声束角度可以相同，也可以不相同。对于采用Φ2mm的根部平底孔设置根部体积通道(Map)和R1通道的设置均有利于气孔类点状缺陷的检出。[0140] (2)钝边区2的调试方法[0141] 钝边区2设置一个Φ2mm的平底孔，因此设置一个钝边区通道(LCP)。其调试方法为：利用钝边区的Φ2mm平底孔调试，采用横波70°的聚焦声束，一次激发16(24～39)个晶片，采用自发自收检测模式，使钝边区平底孔波高调整到满屏高度的80％，以此为基准灵敏度，也是检测灵敏度。[0142] (3)热焊区的调试方法[0143] 热焊区设置两个45°、Φ2mm的平底孔，因此设置两个通道，即HP1和HP2。[0144] ①热焊一区3(HP1)的调试方法：利用热焊一区3的Φ2mm平底孔调试，采用横波50°的聚焦声束，一次激发16(43～58)个晶片，采用自发自收检测模式，使热焊一区3平底孔波高调整到满屏高度的80％，以此为基准灵敏度，也是检测灵敏度。[0145] ②热焊二区4(HP2)的调试方法：利用热焊二区4的Φ2mm平底孔调试，采用横波50°的聚焦声束，一次激发16(40～55)个晶片，采用自发自收检测模式，使热焊二区4平底孔波高调整到满屏高度的80％，以此为基准灵敏度，也是检测灵敏度。[0146] ③在热焊区设置1个中间通道(Hz)的调试方法：在深度为13.2mm的位置利用宽度为1㎜、长度为5㎜的通槽设置热焊区中间通道，采用横波55°聚焦声束发射、横波55°聚焦声束接收的检测模式。发射激发晶片数为17(38～54)个，接收激发晶片数为16(48～63)个。使通槽的波高调整到满屏高度的80％，以此为基准灵敏度。[0147] 在热焊区设置1个中间通道，有利于检测焊缝中心线附近的垂直性裂纹缺陷、柱孔、针孔及条渣缺陷。在热焊区坡口面上设置两个热焊区通道，这两个通道对检测坡口未熔合缺陷有利，但不利于检测焊缝中心线附近的垂直性裂纹缺陷、柱孔、针孔及条渣缺陷。[0148] (4)填充区的调试方法：[0149] 填充区设置四个80°、Φ2mm的平底孔，同时在最后一个填充分区填充四区8上还设置一个深度为1mm、宽度为1mm、长度为15mm的方槽，也就是说在填充四区8上有两个人工反射体。因此填充区设置五个通道，即F1、F2、F3、F4及Fz通道。[0150] ①填充一区5(F1)的调试方法：利用填充一区5的Φ2mm平底孔调试，采用一发一收检测模式，使用48°横波聚焦声束发射、一次激发16(40～55)个晶片，使用68°横波聚焦声束接收、一次激发16(34～49)个晶片，使填充一区5平底孔波高调整到满屏高度的80％，以此为基准灵敏度，也是检测灵敏度。[0151] ②填充二区6(F2)的调试方法：利用填充二区6的Φ2mm平底孔调试，采用一发一收检测模式，使用48°横波聚焦声束发射、一次激发17(36～52)个晶片，使用68°横波聚焦声束接收、一次激发16(40～55)个晶片，使填充二区6平底孔波高调整到满屏高度的80％，以此为基准灵敏度，也是检测灵敏度。[0152] ③填充三区7(F3)的调试方法：利用填充三区7的Φ2mm平底孔调试，采用一发一收检测模式，使用48°横波聚焦声束发射、一次激发16(33～48)个晶片，使用68°横波聚焦声束接收、一次激发16(45～60)个晶片，使填充三区7平底孔波高调整到满屏高度的80％，以此为基准灵敏度，也是检测灵敏度。[0153] ④填充四区8(F4)的调试方法见“表面缺陷的调试方法中的F4通道调试”，这两个通道是一个通道，仅调试一个通道即可。[0154] ⑤填充区设置1个中间通道(Fz)的调试方法：在深度为6mm的位置利用宽度为1mm、长度为5mm的通槽设置一个填充区中间通道，采用横波48°聚焦声束发射、横波66°聚焦声束接收的检测模式，发射激发晶片数为17(39～55)个，接收激发晶片数为16(45～60)个；或者采用横波55°聚焦声束发射、横波55°聚焦声束接收的检测模式，发射激发晶片数为17(29～45)个，接收激发晶片数为16(14～29)个；使通槽的波高调整到满屏高度的80％，以此为基准灵敏度，也是检测灵敏度。填充区设置1个中间通道，有利于检测焊缝中心线附近的垂直性裂纹缺陷、柱孔、针孔及条渣缺陷。填充区坡口面上设置4个填充区通道，这4个通道对检测坡口未熔合缺陷有利，但不利于检测焊缝中心线附近的垂直性裂纹缺陷、柱孔、针孔及条渣缺陷。[0155] (5)表面缺陷的调试方法：[0156] 表面缺陷的调试也就是最后一个填充分区通道的设置，该区设置2个通道。通道名称分别为F4C和F4。[0157] F4C通道调试方法：利用表面方槽设置，采用横波55°聚焦声束检测，使用自发自收检测模式，激发晶片数为16(18～33)个，使方槽的波高调整到满屏高度的80％，以此为基准灵敏度，也是检测灵敏度。[0158] F4通道调试方法：利用F4区的Φ2mm的平底孔设置，采用横波55°聚焦声束检测，使用自发自收检测模式，激发晶片数为16(19～34)个，使平底孔的波高调整到满屏高度的80％，以此为基准灵敏度，也是检测灵敏度。[0159] F4C通道和F4通道是两个不同灵敏度，F4通道灵敏度远高于F4C通道的，对于表面开口形缺陷在这两个通道上都显示超标状态(一般为红色)，对于表面非开口形缺陷在F4C通道上显示为不超标状态(一般为绿色或不显示)。F4C通道和F4通道采用的横波声束角度可以相同，也可以不相同。[0160] (6)根部体积通道(Map)的调试方法[0161] 根部体积通道不仅采用根部尖角槽调试，还采用根部平底孔调试，因此根部体积通道也设置两个通道，通道名称分别为Map‑C和Map‑K。[0162] ①利用根焊区的尖角槽调试根部体积通道(Map‑C)，采用横波52.5°的非聚焦声束，一次激发16(45～60)个晶片，采用自发自收检测模式，使根部尖角槽的波高调整到满屏高度的80％，在此基础上再提高10dB，以此为检测灵敏度。[0163] ②利用根焊区的平底孔调试根部体积通道(Map‑K)，采用横波52.5°的非聚焦声束，一次激发16(45～60)个晶片，采用自发自收检测模式，使根部平底孔的波高调整到满屏高度的80％，在此基础上再提高6dB，以此为检测灵敏度。[0164] (6)填充区体积通道(VOL)的调试方法[0165] 在参考试块上模拟焊缝中心线上设置两个45°、Φ1.5的平底孔，因此填充区设置两个体积通道，通道名称分别为VOL1和VOL2。[0166] ①VOL1体积通道的调试方法：利用深度为10.5mm的45°、Φ1.5的平底孔调试VOL1体积通道，采用横波45°非聚焦声束，一次激发16(17～32)个晶片，采用自发自收的检测模式，使45°、Φ1.5的平底孔调整到满屏高度的80％，在此基础上再提高12dB，以此为检测灵敏度。[0167] ②VOL2体积通道的调试方法：利用深度为5.5mm的45°、Φ1.5的平底孔调试VOL2体积通道，采用横波45°非聚焦声束，一次激发16(41～56)个晶片，采用自发自收的检测模式，使45°、Φ1.5的平底孔调整到满屏高度的80％，在此基础上再提高8dB，以此为检测灵敏度。[0168] (7)TOFD通道的调试方法[0169] 在参考试块完好部位(即没有人工反射体的位置)调试TOFD通道，采用70°角度的非聚焦纵波声束，一次激发5(53～57)个晶片，使用双探头配置的一发一收检测模式，将直通波调整到满屏高度的40％～80％为基准灵敏度，也是检测灵敏度。此TOFD声束是由相控阵技术形成的，也可以采用外挂常规TOFD探头进行调试。[0170] 因此，本发明采用上述管道环向焊缝全自动相控阵超声检测的调试方法，能够解决现有的全自动相控阵超声检测很难分辨表面开口缺陷和表面非开口缺陷，焊缝中心线附近垂直性裂纹缺陷、柱孔、针孔、条渣和根部气孔等缺陷易漏检的问题。[0171] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

专利地区：辽宁

专利申请日期：2022-02-28

专利公开日期：2024-07-26

专利公告号：CN114577910B