一種風塔焊縫缺陷的非線性超聲波無損檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種風塔焊縫缺陷的非線性超聲波無損檢測方法，包括前期準備，具體包括選擇檢測儀、選擇探頭、掃描速度的調(diào)節(jié)以及檢測靈敏度的調(diào)節(jié)，最后進行缺陷大小的測定。本發(fā)明具有檢測方法簡單，可以更好的對缺陷進行定位及定量，在不超標準范圍的缺陷可以不作返修，節(jié)約成本，同時提高工作效率的優(yōu)點。
【專利說明】一種風塔焊縫缺陷的非線性超聲波無損檢測方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種風塔焊縫缺陷的非線性超聲波無損檢測方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有的風塔焊縫缺陷檢測一般采用常規(guī)方法有：滲透探傷、超聲波探傷、射線探 傷、磁粉探傷.但每種方法都有優(yōu)點及局限性。
[0003] 滲透探傷：可檢測各種材料，金屬、非金屬材料；磁性、非磁性材料；焊接、鍛造、軋 制等加工方式；具有較高的靈敏度(可發(fā)現(xiàn)0. 1 μ m寬缺陷）；顯示直觀、操作方便、檢測費用 低，但它只能檢出表面開口的缺陷；不適于檢查多孔性疏松材料制成的工件和表面粗糙的 工件；滲透檢測只能檢出缺陷的表面分布，難以確定缺陷的實際深度，因而很難對缺陷做出 定量評價，檢出結(jié)果受操作者的影響也較大。超聲波探傷：適用于金屬、非金屬和復合材料 等多種制件的無損檢測；穿透能力強，可對較大厚度范圍內(nèi)的試件內(nèi)部缺陷進行檢測，如對 金屬材料，可檢測厚度為1?2_的薄壁管材和板材，也可檢測幾米長的鋼鍛件；缺陷定位 較準確；對面積型缺陷的檢出率較高；靈敏度高，可檢測試件內(nèi)部尺寸很小的缺陷；檢測成 本低、速度快，設(shè)備輕便，對人體及環(huán)境無害，現(xiàn)場使用較方便，但對試件中的缺陷進行精確 的定性、定量仍須作深入研究；對具有復雜形狀或不規(guī)則外形的試件進行超聲檢測有困難； 缺陷的位置、取向和形狀對檢測結(jié)果有一定影響；材質(zhì)、晶粒度等對檢測有較大影響。射線 探傷：可以獲得缺陷的直觀圖像，定性準確，對長度、寬度尺寸的定量也比較準確；檢測結(jié) 果有直接記錄，可長期保存；對體積型缺陷(氣孔、夾渣、夾鎢、燒穿、咬邊、焊瘤、凹坑等）檢 出率很高，對面積型缺陷(未焊透、未熔合、裂紋等)，如果照相角度不適當，容易漏檢；適宜 檢驗厚度較薄的工件而不宜較厚的工件，因為檢驗厚工件需要高能量的射線設(shè)備，而且隨 著厚度的增加，其檢驗靈敏度也會下降；適宜檢驗對接焊縫，不適宜檢驗角焊縫以及板材、 棒材、鍛件等；對缺陷在工件中厚度方向的位置、尺寸(高度）的確定比較困難；檢測成本高、 速度慢；具有輻射生物效應，無損檢測超聲波探傷儀能夠殺傷生物細胞，損害生物組織，危 及生物器官的正常功能，但.磁粉探傷只適用于檢測鐵磁性材料表面和近表面尺寸很小、 間隙極窄(如可檢測出長0. 1mm、寬為微米級的裂紋)，目視難以看出的不連續(xù)性；磁粉檢測 可對原材料、半成品、成品工件和在役的零部件檢測，還可對板材、型材、管材、棒材、焊接 件、鑄鋼件及鍛鋼件進行檢測；可發(fā)現(xiàn)裂紋、夾雜、發(fā)紋、白點、折疊、冷隔和疏松等缺陷；磁 粉檢測不能檢測奧氏體不銹鋼材料和用奧氏體不銹鋼焊條焊接的焊縫，也不能檢測銅、鋁、 鎂、鈦等非磁性材料。對于表面淺的劃傷、埋藏較深的孔洞和與工件表面夾角小于20°的分 層和折疊難以發(fā)現(xiàn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了克服以上的不足，提供一種檢測方法簡單，提高工作效率的 風塔焊縫缺陷的非線性超聲波無損檢測方法。
[0005] 本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：一種風塔焊縫缺陷的非線性超聲波無損 檢測方法，包括以下步驟： A、前期準備： a、選擇檢測儀：對于定位要求高的情況，選擇水平線性誤差小的檢測儀；對于定量要 求高的情況，選擇垂直線性好，衰減器精度高的檢測儀；對于板厚較大的工件的檢測，選擇 靈敏度余量高、信噪比高、功率大的檢測儀；對于為了有效地發(fā)現(xiàn)近表面缺陷和區(qū)分相鄰缺 陷，選擇盲區(qū)辨、分率力好的檢測儀；對于室外現(xiàn)場檢測，選擇重量輕，熒光屏亮度好，抗干 擾能力強的攜帶式檢測器； b、選擇探頭：超聲波檢測中，超聲波的發(fā)射和接收都是通過探頭來實現(xiàn)的，檢測前應根 據(jù)被檢對象的形狀、衰減和技術(shù)要求來選擇探頭，探頭的選擇包括探頭的型式、頻率、晶片 尺寸和斜探頭K值的選擇；探頭型式有縱波直探頭、橫波斜探頭表面波探頭、雙晶探頭、聚 焦探頭，根據(jù)工件的形狀和出現(xiàn)缺陷的部位、方向條件來選擇探頭的型式，使聲束軸線與缺 陷垂直，頻率在0.5?10MHz之間，探頭圓晶片尺寸為Φ10?Φ 30mm，在實際探傷中，當工 件厚度較小時，應選用較大的K值，以便增加一次波的聲程，避免近場區(qū)探傷，當工件厚度 較大時，應選用較小的K值； c、掃描速度的調(diào)節(jié)：儀器示波屏上時基掃描線的水平刻度值τ與實際聲程χ (單程） 的比例關(guān)系，即τ : X=1 : η稱為掃描速度或時基掃描線比例，檢測前根據(jù)探測范圍來調(diào) 節(jié)掃描速度，以便在焊縫及熱影響區(qū)發(fā)現(xiàn)缺陷并對缺陷定位； d、檢測靈敏度的調(diào)節(jié)：檢測靈敏度是指在確定的聲程范圍指探頭兩次接收的范圍內(nèi)， 發(fā)現(xiàn)規(guī)定大小缺陷的能力，通過調(diào)節(jié)儀器上的增益、衰減器、發(fā)射強度靈敏度旋鈕來實現(xiàn)， 對于縱波直探頭檢測的調(diào)節(jié)采用儀器按1 : η調(diào)節(jié)縱波掃描速度，缺陷波前沿所對的水平 刻度值為τ?·、測缺陷至探頭的距隔Xf為：Xf=nTf，探頭波束軸線不偏離，則缺陷正位于探 頭中心軸線上，對于表面波檢測的調(diào)節(jié)，在表面波檢測時，缺陷位置的確定方法同縱波，缺 陷位于工件表面，并正對探頭中心軸線，對于橫波檢測的調(diào)節(jié)，橫波斜探頭檢測平面時，波 束軸線在探測面處發(fā)生折射，工件中缺陷的位置由探頭的折射角和聲程確定或由缺陷的水 平和垂直方向的投影來確定，由于橫波速度可按聲程、水平、深度來調(diào)節(jié)； B、缺陷大小的測定：當缺陷尺寸小于聲速截面的情況下采用當量法和底波高度法。當 量法確定的缺陷尺寸是缺陷的當量尺寸，常用的當量法有當量試塊比較法、當量計算法和 當量AVG曲線法；當工件中缺陷尺寸大于聲束截面時，采用測長法來確定缺陷的長度，測長 法是根據(jù)缺陷波高與探頭移動距離來確定缺陷的尺寸，按規(guī)定的方法測定的缺陷長度稱為 缺陷的指示長度，由于實際工件中缺陷的取向、性質(zhì)、表面狀態(tài)都會影響缺陷回波高，因此 缺陷的指示長度總是小于或等于缺陷的實際長度，根據(jù)測定缺陷長度時的靈敏度基準不同 將測長法分為相對靈敏度法、絕對靈敏度法和端點峰值法；底波高度法是利用缺陷波與底 波的相對波高來衡量缺陷的相對大小，當工件中存在缺陷時，由于缺陷反射，使工件底波下 降，缺陷愈大，缺陷波愈高，底波就愈低，缺陷波高與底波波高之比就愈大；利用非線性共振 技術(shù)實現(xiàn)對焊縫缺陷的檢測，針對塔筒焊縫中已知缺陷類型及位置，在缺陷附近進行寬帶 超聲激勵和多點接收，研究不同接收點的信號譜與焊接完好時的對比，從接收信號中提取 非線性共振頻率偏移信息；以此為基礎(chǔ)，利用共振頻率附近的窄帶超聲信號進行激勵，研究 滋生的非線性諧波成分對不同缺陷類型、大小、方向的敏感性。
[0006] 本發(fā)明的進一步改進在于：所述步驟a中對于板厚大于等于100mm的工件的檢測， 選擇靈敏度余量高、信噪比高、功率大的檢測儀. 本發(fā)明的進一步改進在于：所述步驟b中在實際探傷中，當工件厚度小于等于10_時， 應選用K3的探頭，以便增加一次波的聲程，避免近場區(qū)探傷，當工件厚度在50?100mm時， 應選用K1的探頭。
[0007] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：檢測方法簡單，可以更好的對缺陷進行定 位及定量，在不超標準范圍的缺陷可以不作返修，節(jié)約成本，同時提高工作效率。
[0008]

【具體實施方式】： 為了加深對本發(fā)明的理解，下面將結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳述，該實施例僅用 于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明保護范圍的限定。
[0009] 本發(fā)明示出了一種風塔焊縫缺陷的非線性超聲波無損檢測方法的【具體實施方式】， 包括以下步驟： A、前期準備： a、選擇檢測儀：對于定位要求高的情況，選擇水平線性誤差小的檢測儀；對于定量要 求高的情況，選擇垂直線性好，衰減器精度高的檢測儀；對于板厚較大的工件的檢測，選擇 靈敏度余量高、信噪比高、功率大的檢測儀；對于為了有效地發(fā)現(xiàn)近表面缺陷和區(qū)分相鄰缺 陷，選擇盲區(qū)辨、分率力好的檢測儀；對于室外現(xiàn)場檢測，選擇重量輕，熒光屏亮度好，抗干 擾能力強的攜帶式檢測器； b、選擇探頭：超聲波檢測中，超聲波的發(fā)射和接收都是通過探頭來實現(xiàn)的，檢測前應根 據(jù)被檢對象的形狀、衰減和技術(shù)要求來選擇探頭，探頭的選擇包括探頭的型式、頻率、晶片 尺寸和斜探頭K值的選擇；探頭型式有縱波直探頭、橫波斜探頭表面波探頭、雙晶探頭、聚 焦探頭，根據(jù)工件的形狀和出現(xiàn)缺陷的部位、方向條件來選擇探頭的型式，使聲束軸線與缺 陷垂直，頻率在0.5?10MHz之間，探頭圓晶片尺寸為Φ10?Φ 30mm，在實際探傷中，當工 件厚度較小時，應選用較大的K值，以便增加一次波的聲程，避免近場區(qū)探傷，當工件厚度 較大時，應選用較小的K值； c、掃描速度的調(diào)節(jié)：儀器示波屏上時基掃描線的水平刻度值τ與實際聲程χ (單程） 的比例關(guān)系，即τ : Χ=1 : η稱為掃描速度或時基掃描線比例，檢測前根據(jù)探測范圍來調(diào) 節(jié)掃描速度，以便在焊縫及熱影響區(qū)發(fā)現(xiàn)缺陷并對缺陷定位； d、檢測靈敏度的調(diào)節(jié)：檢測靈敏度是指在確定的聲程范圍指探頭兩次接收的范圍內(nèi)， 發(fā)現(xiàn)規(guī)定大小缺陷的能力，通過調(diào)節(jié)儀器上的增益、衰減器、發(fā)射強度靈敏度旋鈕來實現(xiàn)， 對于縱波直探頭檢測的調(diào)節(jié)采用儀器按1 : η調(diào)節(jié)縱波掃描速度，缺陷波前沿所對的水平 刻度值為τ?·、測缺陷至探頭的距隔Xf為：Xf=nTf，探頭波束軸線不偏離，則缺陷正位于探 頭中心軸線上，對于表面波檢測的調(diào)節(jié)，在表面波檢測時，缺陷位置的確定方法同縱波，缺 陷位于工件表面，并正對探頭中心軸線，對于橫波檢測的調(diào)節(jié)，橫波斜探頭檢測平面時，波 束軸線在探測面處發(fā)生折射，工件中缺陷的位置由探頭的折射角和聲程確定或由缺陷的水 平和垂直方向的投影來確定，由于橫波速度可按聲程、水平、深度來調(diào)節(jié)； B、缺陷大小的測定：當缺陷尺寸小于聲速截面的情況下采用當量法和底波高度法。當 量法確定的缺陷尺寸是缺陷的當量尺寸，常用的當量法有當量試塊比較法、當量計算法和 當量AVG曲線法；當工件中缺陷尺寸大于聲束截面時，采用測長法來確定缺陷的長度，測長 法是根據(jù)缺陷波高與探頭移動距離來確定缺陷的尺寸，按規(guī)定的方法測定的缺陷長度稱為
【權(quán)利要求】
1. 一種風塔焊縫缺陷的非線性超聲波無損檢測方法，其特征在于，包括以下步驟： A、前期準備： a、選擇檢測儀：對于定位要求高的情況，選擇水平線性誤差小的檢測儀；對于定量要 求高的情況，選擇垂直線性好，衰減器精度高的檢測儀；對于板厚較大的工件的檢測，選擇 靈敏度余量高、信噪比高、功率大的檢測儀；對于為了有效地發(fā)現(xiàn)近表面缺陷和區(qū)分相鄰缺 陷，選擇盲區(qū)辨、分率力好的檢測儀；對于室外現(xiàn)場檢測，選擇重量輕，熒光屏亮度好，抗干 擾能力強的攜帶式檢測器； b、選擇探頭：超聲波檢測中，超聲波的發(fā)射和接收都是通過探頭來實現(xiàn)的，檢測前應根 據(jù)被檢對象的形狀、衰減和技術(shù)要求來選擇探頭，探頭的選擇包括探頭的型式、頻率、晶片 尺寸和斜探頭K值的選擇；探頭型式有縱波直探頭、橫波斜探頭表面波探頭、雙晶探頭、聚 焦探頭，根據(jù)工件的形狀和出現(xiàn)缺陷的部位、方向條件來選擇探頭的型式，使聲束軸線與缺 陷垂直，頻率在0.5?10MHz之間，探頭圓晶片尺寸為Φ10?Φ 30mm，在實際探傷中，當工 件厚度較小時，應選用較大的K值，以便增加一次波的聲程，避免近場區(qū)探傷，當工件厚度 較大時，應選用較小的K值； c、掃描速度的調(diào)節(jié)：儀器示波屏上時基掃描線的水平刻度值τ與實際聲程χ (單程） 的比例關(guān)系，即τ : Χ=1 : η稱為掃描速度或時基掃描線比例，檢測前根據(jù)探測范圍來調(diào) 節(jié)掃描速度，以便在焊縫及熱影響區(qū)發(fā)現(xiàn)缺陷并對缺陷定位； d、檢測靈敏度的調(diào)節(jié)：檢測靈敏度是指在確定的聲程范圍指探頭兩次接收的范圍內(nèi)， 發(fā)現(xiàn)規(guī)定大小缺陷的能力，通過調(diào)節(jié)儀器上的增益、衰減器、發(fā)射強度靈敏度旋鈕來實現(xiàn)， 對于縱波直探頭檢測的調(diào)節(jié)采用儀器按1 : η調(diào)節(jié)縱波掃描速度，缺陷波前沿所對的水平 刻度值為τ?·、測缺陷至探頭的距隔Xf為：Xf=nTf，探頭波束軸線不偏離，則缺陷正位于探 頭中心軸線上，對于表面波檢測的調(diào)節(jié)，在表面波檢測時，缺陷位置的確定方法同縱波，缺 陷位于工件表面，并正對探頭中心軸線，對于橫波檢測的調(diào)節(jié)，橫波斜探頭檢測平面時，波 束軸線在探測面處發(fā)生折射，工件中缺陷的位置由探頭的折射角和聲程確定或由缺陷的水 平和垂直方向的投影來確定，由于橫波速度可按聲程、水平、深度來調(diào)節(jié)； B、缺陷大小的測定：當缺陷尺寸小于聲速截面的情況下采用當量法和底波高度法，當 量法確定的缺陷尺寸是缺陷的當量尺寸，常用的當量法有當量試塊比較法、當量計算法和 當量AVG曲線法；當工件中缺陷尺寸大于聲束截面時，采用測長法來確定缺陷的長度，測長 法是根據(jù)缺陷波高與探頭移動距離來確定缺陷的尺寸，按規(guī)定的方法測定的缺陷長度稱為 缺陷的指示長度，由于實際工件中缺陷的取向、性質(zhì)、表面狀態(tài)都會影響缺陷回波高，因此 缺陷的指示長度總是小于或等于缺陷的實際長度，根據(jù)測定缺陷長度時的靈敏度基準不同 將測長法分為相對靈敏度法、絕對靈敏度法和端點峰值法；底波高度法是利用缺陷波與底 波的相對波高來衡量缺陷的相對大小，當工件中存在缺陷時，由于缺陷反射，使工件底波下 降，缺陷愈大，缺陷波愈高，底波就愈低，缺陷波高與底波波高之比就愈大；利用非線性共振 技術(shù)實現(xiàn)對焊縫缺陷的檢測，針對塔筒焊縫中已知缺陷類型及位置，在缺陷附近進行寬帶 超聲激勵和多點接收，研究不同接收點的信號譜與焊接完好時的對比，從接收信號中提取 非線性共振頻率偏移信息；以此為基礎(chǔ)，利用共振頻率附近的窄帶超聲信號進行激勵，研究 滋生的非線性諧波成分對不同缺陷類型、大小、方向的敏感性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種風塔焊縫缺陷的非線性超聲波無損檢測方法，其特征在 于：所述步驟a中對于板厚大于等于100mm的工件的檢測，選擇靈敏度余量高、信噪比高、功 率大的檢測儀。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種風塔焊縫缺陷的非線性超聲波無損檢測方法，其特征在 于：所述步驟b中在實際探傷中，當工件厚度小于等于10_時，應選用K3的探頭，以便增加 一次波的聲程，避免近場區(qū)探傷，當工件厚度在50?100mm時，應選用K1的探頭。
【文檔編號】G01N29/04GK104049033SQ201410298032
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】楊家軍, 朱軍, 任新建 申請人:中航虹波風電設(shè)備有限公司