專利名稱：用于檢查螺旋埋弧焊管(hsaw)的相控陣列系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及一種用于使用相控陣列超聲波系統(tǒng)來(lái)檢查測(cè)試對(duì)象中的裂紋的方法和系統(tǒng)，尤其涉及一種用來(lái)檢查螺旋埋弧焊管(helical submerged arc weld, HSAff)的相控陣列系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
_4] 埋弧焊接工藝埋弧焊接(SAW)工·藝是一種利用隱式弧所進(jìn)行的電熔焊接方法。與具有焊接電極的弧焊接不同的是，這種情況下的弧在視覺(jué)上被隱藏，并且在渣和焊劑的層下燃燒。埋弧焊接(SAW)其中一個(gè)特征是其高沉積速度，這本質(zhì)上是由于結(jié)合有利的熱均衡性而施加的高電流強(qiáng)度所造成的。該沉積物還被稱為焊珠，由于該沉積物形成了造成水楔定位用的機(jī)械約束的突起，因此阻礙了檢查。螺旋埋弧焊接(后文稱為HSAW)是SAW工藝的其中一種，并且通常在鋼鐵業(yè)中用于包括耦合(各種寬度的)熱扎卷材的多種應(yīng)用，由此造成拋光管周圍的螺旋縫。SAW或埋弧焊接是指:將用于耦合卷材邊緣的電極埋入焊劑，以保護(hù)焊池不受污染。HSAW和LSAW(直縫埋弧焊接)管用作油氣傳輸用的線路管。HSAW還通常用于水傳輸。HSAW管的直徑大小較大，其直徑大小的范圍在最大厚度為25mm(l英寸)的情況下為 16” 100”。焊縫角可以改變并且是卷材寬度和管直徑的函數(shù)。焊縫角的范圍大致為51度 75度。還存在需要不同類型的檢查方式的不同類型的焊縫。焊縫角是所建議方式的關(guān)鍵參數(shù)，這是因?yàn)楹缚p角直接限定了縱向缺陷和橫向缺陷的傾斜方向。焊珠寬度和余高的預(yù)測(cè)是金相焊接工藝中的高級(jí)研究課題；不存在用以估計(jì)這些參數(shù)的簡(jiǎn)單公式。SAW焊接線的一體成形可以被視為傳統(tǒng)螺旋管制造設(shè)備的功能的一部分。該類型的制造工藝需要在線檢查結(jié)構(gòu)，其中在該在線檢查結(jié)構(gòu)中，管長(zhǎng)度無(wú)限長(zhǎng)并且檢查數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需要與飛鋸機(jī)相同步。具有單獨(dú)形成的SAW焊接線的設(shè)備利用了需要離線檢查結(jié)構(gòu)的制造工藝，其中在該離線檢查結(jié)構(gòu)中，管長(zhǎng)度有限并且管長(zhǎng)度在檢查之前是已知的。焊接管的超聲波檢杳的現(xiàn)有測(cè)試方法對(duì)于管的焊接檢查，將要測(cè)試的截面縮小至焊縫本身以及縮小至與焊接部位鄰接的熱影響區(qū)(Heat-Affected Zone,HAZ)。焊接工藝已實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,從而使自動(dòng)化的測(cè)試系統(tǒng)具有價(jià)值。
按照如下說(shuō)明了利用用于檢查缺陷的單元件或雙元件探頭的超聲波探測(cè)器(UT探測(cè)器)的組或陣列所進(jìn)行的一般現(xiàn)有檢查和測(cè)量任務(wù)。1.包括內(nèi)部(LID)和外部(LOD)凹槽的縱向缺陷，通孔缺陷(TDH)；i1.中縫中壁平底孔(MWFBH)的縱向缺陷；ii1.橫向缺陷(內(nèi)部和外部凹槽，分別簡(jiǎn)寫為“TID”和“T0D”)；iv.熱影響區(qū)(HAZ)內(nèi)的層壓測(cè)試；V.HAZ內(nèi)的壁厚度測(cè)量。檢查標(biāo)準(zhǔn)通常需要來(lái)自多個(gè)方向中的基準(zhǔn)缺陷的檢測(cè)。如檢查標(biāo)準(zhǔn)“DNV-0S0F101APPENDIX D”(第1311、1312和1313段，以下稱為“標(biāo)準(zhǔn)”)所定義那樣，需要使用(位于焊接部位的各側(cè)的)相對(duì)探測(cè)器結(jié)構(gòu)。將針對(duì)HSAW焊接縱向缺陷的相對(duì)探測(cè)器結(jié)構(gòu)稱為前向(FW)和后向(BW)，而將針對(duì)HSAW焊接橫向缺陷的相對(duì)探測(cè)器結(jié)構(gòu)稱為順時(shí)針(CW)和逆時(shí)針(CCW)。
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利用使用用于檢查HSAW的UT的傳統(tǒng)現(xiàn)有技術(shù)，以上所列舉的各測(cè)試需要各自大致精確的入射角。提供了縱向探測(cè)器對(duì)(有時(shí)為串列探測(cè)器)、橫向和層壓探測(cè)器。這使得快速地得到具有多個(gè)電子通道和探測(cè)器的測(cè)試系統(tǒng)。已知地，為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，在使用用于進(jìn)行檢查的UT探測(cè)器的現(xiàn)有操作中，需要總數(shù)至少為18的至少四組。應(yīng)當(dāng)多加注意的是，不僅僅現(xiàn)有操作中所涉及的大量探測(cè)器，這些探測(cè)器對(duì)各自也需要進(jìn)行相對(duì)于管直徑和厚度的精確機(jī)械調(diào)整以進(jìn)行可靠的檢查。這種持續(xù)調(diào)整的需求極大阻礙了生產(chǎn)率。另外，使檢查的可靠性變差。由于測(cè)試人員可能需要根據(jù)焊接角進(jìn)行調(diào)整并且空間在需要四個(gè)以上的探測(cè)器對(duì)時(shí)受到限制，因而常常需要第二輪的焊接測(cè)試人員以及第二機(jī)臺(tái)。另外，使用以焊接部位為中心的UT探測(cè)器對(duì)，這使得允許在焊接部位內(nèi)檢測(cè)典型缺陷并且還使得能夠使用透射傳輸信號(hào)來(lái)在兩個(gè)探測(cè)器之間進(jìn)行持續(xù)的耦合檢查。如果V傳輸信號(hào)丟失或變差，則錯(cuò)誤是由于耦合、未正確工作的探測(cè)器或整個(gè)系統(tǒng)其中任一所引起的。因此，對(duì)傳輸信號(hào)持續(xù)地進(jìn)行監(jiān)視，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定工作。如果典型超聲波束無(wú)法覆蓋整個(gè)壁厚度，則不得不使用一個(gè)以上的探測(cè)器對(duì)?，F(xiàn)有成果已在專利US3，552，191、US3, 868，847和US4，131，026中得以體現(xiàn)，其中這些專利各自提供了對(duì)使用傳統(tǒng)單元件或雙元件的UT探測(cè)器的系統(tǒng)或方法的改進(jìn)以進(jìn)行上述美國(guó)專利所述的檢查。US3, 552，191使用超聲波探測(cè)器以通過(guò)以機(jī)械方式移動(dòng)這些探測(cè)器來(lái)檢查具有平坦(非曲面)布局的HSAW的部分區(qū)域。US3，868，847和US4，131，026這兩者在不同的工作模式下使用一系列固定轉(zhuǎn)換器(UT)來(lái)掃描縱向焊接線。US5, 583292教導(dǎo)了使用相控陣列技術(shù)來(lái)進(jìn)行焊接線檢查。然而，其通過(guò)測(cè)量焊接線的壁厚度來(lái)進(jìn)行焊接線檢查。并未解決如上述標(biāo)準(zhǔn)中所需的針對(duì)沿著螺旋焊接線的裂紋的整個(gè)范圍的全焊接寬度檢查。上述美國(guó)專利的內(nèi)容通過(guò)引用包含于此。焊接檢查需要相對(duì)于探測(cè)器的平滑的螺旋管移動(dòng)，由此使得縫跟蹤成為必要但困難的任務(wù)
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一般目的是提供了一種以非傳統(tǒng)方式進(jìn)行配置的相控陣列系統(tǒng)和檢查方法，其中利用該非傳統(tǒng)方式，針對(duì)位于管道內(nèi)部和外部表面這兩者附近的所有標(biāo)準(zhǔn)類型的裂紋，可以通過(guò)一遍掃描來(lái)檢查HSAW的焊縫，由此不需要在一遍掃描期間針對(duì)探測(cè)器進(jìn)行機(jī)械調(diào)整。根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種進(jìn)行超聲波檢查的方法，該方法利用具有相控陣列探測(cè)器組的超聲波相控陣列系統(tǒng)檢查管道的螺旋焊縫，所述管道具有內(nèi)表面和外表面，每個(gè)探測(cè)器具有兩個(gè)端部和探測(cè)器主動(dòng)軸，每個(gè)探測(cè)器位于所述管道的外表面上，每個(gè)探測(cè)器以各自的主動(dòng)軸與所述管道的縱向軸線對(duì)準(zhǔn)的方式布置，且每個(gè)探測(cè)器具有多個(gè)隙縫，所述探測(cè)器組沿著所述螺旋焊縫并緊鄰著所述螺旋焊縫協(xié)同地進(jìn)行掃描移動(dòng)，其中所述探測(cè)器的位置相對(duì)于彼此基本保持固定，該方法包括以下步驟:至少使用放置在焊縫上方且與管道的軸線重疊的第一探測(cè)器來(lái)檢查位于焊縫處的層壓缺陷；至少使用第二線性探測(cè)器對(duì)來(lái)充分檢查位于焊縫處的標(biāo)準(zhǔn)已知類型的縱向缺陷，其中該第二線性探測(cè)器對(duì)以允許在彼此面對(duì)的情況下應(yīng)用其聚焦規(guī)則的方式放置在焊縫的相對(duì)側(cè)，并且同時(shí)聚焦在焊縫的相同的一般區(qū)域上；以及至少使用第三線性探測(cè)器對(duì)和第四線性探測(cè)器對(duì)來(lái)檢查位于焊縫處的標(biāo)準(zhǔn)已知橫向缺陷，其中該第三線性探測(cè)器對(duì)和第四線性探測(cè)器對(duì)分別以允許在彼此面對(duì)的情況下應(yīng)用其各自的聚焦規(guī)則的方式放置在焊縫的相對(duì)側(cè)，并且分別同時(shí)聚焦在焊縫的相同的一般區(qū)域上，其中利用在所述螺旋焊縫上的掃描移動(dòng)的單次通過(guò)來(lái)進(jìn)行檢查。上述目的優(yōu)選通過(guò)使用按照以下方式與管母線對(duì)準(zhǔn)的7個(gè)線性PA探測(cè)器來(lái)實(shí)現(xiàn): 其中一個(gè)PA探測(cè)器位于熱影響區(qū)(HAZ)正上方以進(jìn)行層壓檢查。HAZ通常是已知的并且在本發(fā)明的附圖中沒(méi)有具體示出；.其中兩對(duì)用于縱向缺陷檢查和孔檢測(cè)的PA探測(cè)器是通過(guò)使用進(jìn)行前向(FW)和后向(BW)檢查的UT探測(cè)器而·以傳統(tǒng)方式實(shí)現(xiàn)的；.其中兩對(duì)用于橫向缺陷檢查的PA探測(cè)器是通過(guò)使用進(jìn)行順時(shí)針(CW)和逆時(shí)針(CCW)方向檢測(cè)的UT探測(cè)器而以傳統(tǒng)方式實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的另一目的是提供一種用于在HSAW中檢查所有典型裂紋的PA系統(tǒng)，由此在適用于較大范圍的管壁厚度的同時(shí)不需要進(jìn)行機(jī)械探測(cè)器調(diào)整。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種相控陣列系統(tǒng)，用于執(zhí)行檢查管道的螺旋焊縫的超聲波檢查，所述管道具有內(nèi)表面和外表面，所述系統(tǒng)包括并電耦合至相控陣列探測(cè)器組，其中每個(gè)探測(cè)器具有兩個(gè)端部和探測(cè)器主動(dòng)軸，每個(gè)探測(cè)器位于所述管道的外表面上，每個(gè)探測(cè)器以各自的主動(dòng)軸與所述管道的縱向軸線對(duì)準(zhǔn)的方式布置，且每個(gè)探測(cè)器具有多個(gè)隙縫，所述探測(cè)器組沿著所述螺旋焊縫并緊鄰著所述螺旋焊縫協(xié)同地進(jìn)行掃描移動(dòng)，其中所述探測(cè)器的位置相對(duì)于彼此基本保持固定，所述探測(cè)器組至少包括:第一線性探測(cè)器，其放置在焊縫上方且與管道的軸線重疊，用于檢查位于焊縫處的層壓；第二線性探測(cè)器對(duì)，其以允許在彼此面對(duì)的情況下應(yīng)用其聚焦規(guī)則的方式放置在焊縫的相對(duì)側(cè)，并且同時(shí)聚焦在焊縫的相同的一般區(qū)域上，用于充分檢查位于焊縫處的標(biāo)準(zhǔn)已知類型的縱向缺陷；以及第三線性探測(cè)器對(duì)和第四線性探測(cè)器對(duì)，其分別以允許在彼此面對(duì)的情況下應(yīng)用其各自的聚焦規(guī)則的方式放置在焊縫的相對(duì)側(cè)，并且分別同時(shí)聚焦在焊縫的相同的一般區(qū)域上，用于檢查位于焊縫處的標(biāo)準(zhǔn)已知橫向缺陷，所述相控陣列系統(tǒng)進(jìn)一步至少包括縱向操作參數(shù)模塊和橫向操作參數(shù)模塊，用于將所述系統(tǒng)配置為利用掃描移動(dòng)的一次通過(guò)在內(nèi)表面和外表面兩者上檢查焊縫的整個(gè)寬度。本發(fā)明的另一目的是提供一種用于通過(guò)使用PA探測(cè)器的機(jī)械角、聚焦規(guī)則、專用聲程和近似技術(shù)的新穎組合來(lái)在H SAff中檢查所有典型裂紋的PA系統(tǒng)。在檢查方法中，所使用的使水楔適應(yīng)于管直徑的耐磨板僅具有一個(gè)曲率半徑。本發(fā)明的又一目的是提供一種用于檢查縱向裂紋的PA系統(tǒng)，其中可以僅利用一個(gè)探測(cè)器而僅從裂紋的一側(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)內(nèi)部和外部凹槽檢查。本發(fā)明的另一目的是提供一種用于檢查縱向裂紋的PA系統(tǒng)，其中在單個(gè)PA探測(cè)器的兩個(gè)不同隙縫內(nèi)采用可以獨(dú)立于在線和離線檢查這兩者而使用的串列方法。本發(fā)明的另一目的是提供一種用于檢查橫向裂紋的PA系統(tǒng)，其中可以通過(guò)僅將工作在一發(fā)一收模式下的一對(duì)探測(cè)器放置在外部凹槽側(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)內(nèi)部和外部凹槽檢查。本發(fā)明的又一目的是提供一種PA檢查方法，其中采用在現(xiàn)有操作中沒(méi)有看到用于相控陣列系統(tǒng)的耦合檢查。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的為了一遍實(shí)現(xiàn)全掃描的相控陣列HSAW系統(tǒng)中所采用的全部PA探測(cè)器的結(jié)構(gòu)的示意圖。圖2是圖1所示的縱向裂紋檢測(cè)用的一對(duì)PA探測(cè)器12a或12b的示意圖，其中縱向裂紋包括位于不同焊接寬度位·置的縱向ID凹槽、位于不同焊接寬度位置的縱向OD凹槽、以及位于焊接部位中心的通孔和MW FBH0圖3是利用縱向ID和OD凹槽檢測(cè)用的PA探測(cè)器12a和12b沿整個(gè)焊縫的線性掃描的示意圖，其中探測(cè)器12a和12b的隙縫20a表現(xiàn)為在P_C模式下一起工作以實(shí)現(xiàn)經(jīng)由點(diǎn)301的耦合檢查。圖4是圖1所示的橫向焊縫OD檢測(cè)用的P-C模式下的兩對(duì)PA探測(cè)器14a和14b或者14c和14d的示意圖。圖5是利用橫向OD凹槽檢測(cè)用的P-C模式下的兩對(duì)PA探測(cè)器沿整個(gè)焊縫線性掃描的示意圖。圖6是圖1所示的橫向ID凹槽檢測(cè)用的P-C模式下的兩對(duì)PA探測(cè)器14a和14b或者14c和14d的詳細(xì)示意圖。圖7是利用橫向ID凹槽檢測(cè)用的P-C模式下的兩對(duì)PA探測(cè)器沿整個(gè)焊縫的線性掃描的更詳細(xì)示意圖，其中探測(cè)器14b的隙縫401d和探測(cè)器14d的隙縫401d-2在P-C模式下一起工作以實(shí)現(xiàn)經(jīng)由點(diǎn)701的耦合檢查。圖8是圖1所示的層壓裂紋檢測(cè)用的PA探測(cè)器10的更詳細(xì)示意圖。圖9是圖2和3所示的縱向裂紋檢測(cè)用的光線追蹤的流程圖。圖10是圖2和3所示的縱向裂紋檢測(cè)用的示例性光線追蹤的端部圖，其中示出了OD和ID凹槽檢測(cè)用的一個(gè)波束和MW FBH檢測(cè)用的一個(gè)波束。圖11是圖2和3所示的縱向裂紋檢測(cè)用的示例性光線追蹤的頂視圖。圖12是探測(cè)器的波束面上的接收矢量A和到達(dá)探測(cè)器的返回波束B之間的角錯(cuò)位的圖。
圖13是圖4和5以及圖6和7所示的橫向凹槽檢測(cè)用的光線追蹤的流程圖。圖14是圖4和5以及圖6和7所示的橫向凹槽檢測(cè)用的示例性光線追蹤，其中(a)是端部圖，示出了 OD凹槽檢測(cè)用的一個(gè)波束和ID檢測(cè)用的一個(gè)波束，并且(b)是預(yù)期圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例包括使用一個(gè)或多個(gè)相控陣列探測(cè)系統(tǒng)，該相控陣列探測(cè)系統(tǒng)采用多個(gè)相控陣列探測(cè)器，并利用相控陣列探測(cè)器的布局和相應(yīng)的掃描聚焦規(guī)則以獲得對(duì)HSAW的完全在線檢查。所采用的縮寫形式符合工業(yè)慣例。應(yīng)注意以下名詞以幫助閱讀本發(fā)明。.P-C: 一發(fā)一收模式.P-E:脈沖回波模式.ID和OD:分別表示內(nèi)直徑和外直徑；*MW FBH:中壁平底孔.TDH:通鉆孔·.TOF:飛行時(shí)間.Fff和BW:前向檢查和后向檢查，以覆蓋缺陷(凹槽)的兩側(cè)；.CC和CCW:現(xiàn)有技術(shù)中的順時(shí)針?lè)较蚝湍鏁r(shí)針?lè)较虻臋z查，以覆蓋缺陷的兩側(cè)。參考圖1提出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中采用了 PA系統(tǒng)，該P(yáng)A系統(tǒng)被配置為利用最少數(shù)量的探測(cè)器以及在掃描階段最少量的機(jī)械調(diào)整，在一遍管道掃描中覆蓋上述背景技術(shù)部分所列舉的所有缺陷。應(yīng)注意的是，圖1示出了一種要檢查背景技術(shù)部分所列舉的所有可能的缺陷的示例性的情況。應(yīng)理解，檢查結(jié)構(gòu)可以根據(jù)要覆蓋的不同類型的缺陷而改變，這種改變?cè)诒景l(fā)明的范圍和教示的范圍內(nèi)。仍參考圖1，根據(jù)本發(fā)明的PA探測(cè)器的示例性結(jié)構(gòu)包括如下的三層不同的探測(cè)器:.層I可表示為探測(cè)器10，用于檢查熱影響區(qū)(位于焊縫線上或附近，后文稱為HAZ)以獲得層壓缺陷。在該檢查中，探測(cè)器相對(duì)于管螺旋地移動(dòng)，并總是位于焊縫線的上方，其中無(wú)論焊縫角度如何，探測(cè)器都保持固定。應(yīng)注意，有益的作法是將其它層探測(cè)器放置得盡量靠近頂部母線以降低焊縫角度改變的影響。圖1和8給出了探測(cè)器10的細(xì)節(jié)。 層2可表示為相對(duì)于(靠近頂部母線的)一個(gè)母線對(duì)稱布置的探測(cè)器12a和12b,用于在一遍掃描中沿著如向(后文稱FW)和后向(后文稱BW)這兩者檢測(cè)縱向凹槽、通鉆孔和中壁平底孔(MW FBH)。圖1、2和3給出了細(xì)節(jié)。 層3可表示為第一探測(cè)器對(duì)14a和14b以及第二探測(cè)器對(duì)14c和14d，每個(gè)探測(cè)器對(duì)相對(duì)于(靠近頂部母線的)一個(gè)母線對(duì)稱布置從而沿著CW和CCW方向檢測(cè)橫向凹槽。圖1和4 7給出了細(xì)節(jié)。如圖1所示，該結(jié)構(gòu)僅需要7個(gè)線性相控陣列探測(cè)器就能執(zhí)行利用現(xiàn)有技術(shù)方案原本需要18個(gè)傳統(tǒng)UT探測(cè)器才能執(zhí)行的任務(wù)。更重要的是，由于組合利用了機(jī)械角度、隙縫配對(duì)、隙縫掃描和電角度，本結(jié)構(gòu)自動(dòng)地降低了對(duì)持續(xù)調(diào)整探測(cè)器的需要，后文中將給出相關(guān)的細(xì)節(jié)。還應(yīng)注意，與該示例性PA探測(cè)器結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)，每個(gè)水楔軸線總是平行與管道的一個(gè)母線。以這種方式，需要通常使用的僅具有一個(gè)曲率半徑的耐磨板。按照母線來(lái)放置水楔是有利的，因?yàn)檫@比在傳統(tǒng)檢查結(jié)構(gòu)的情況下采用螺旋焊縫為基準(zhǔn)來(lái)放置水楔要更簡(jiǎn)單且更有效。在傳統(tǒng)檢查結(jié)構(gòu)的情況下，需要具有兩個(gè)曲率半徑的形狀復(fù)雜的耐磨板或者噴水探測(cè)器。如圖1的PA探測(cè)器的示例性結(jié)構(gòu)所示，PA探測(cè)器是線性的，且總是平行于管道母線進(jìn)行安裝的。對(duì)于縱向裂紋檢測(cè)的結(jié)構(gòu)和橫向裂紋檢測(cè)的結(jié)構(gòu)，通過(guò)由探測(cè)器保持器所給出的一個(gè)機(jī)械角度(機(jī)械角如圖2所示)和由檢查期間應(yīng)用于PA探測(cè)器的聚焦規(guī)則所控制的一個(gè)電角度的組合來(lái)獲得針對(duì)每個(gè)基準(zhǔn)缺陷的正確波束角度。對(duì)于縱向裂紋檢測(cè)，電控偏轉(zhuǎn)角度和沿探測(cè)器的電控隙縫平移提供了用于在管道壁厚度或焊縫角度改變的情況下消除探測(cè)器位置的機(jī)械調(diào)整的兩個(gè)可利用的自由度。對(duì)于橫向裂紋檢測(cè)，P-C模式下的探測(cè)器對(duì)使得能夠在不需要頻繁的機(jī)械調(diào)整的情況下線性掃描整個(gè)焊縫寬度。調(diào)整每個(gè)PA探測(cè)器中的聚焦規(guī)則的高效性消除了現(xiàn)有UT操作中所需要的進(jìn)行機(jī)械調(diào)整或采用波束擴(kuò)散探測(cè)器的負(fù)擔(dān)。應(yīng)理解的是，圖1所示的上述布局充分利用了 PA探測(cè)器提供的優(yōu)點(diǎn)，即掃描覆蓋的寬度可適應(yīng)于焊縫位置的小改變，并避免了如背景技術(shù)部分所述的傳統(tǒng)UT技術(shù)所需要的昂貴和復(fù)雜的焊接追蹤系統(tǒng)。針對(duì)縱向凹槽、TDH和顆FBH的檢杳方法如圖2和3所·示，縱向PA探測(cè)器12a和12b分別用于執(zhí)行原本由現(xiàn)有技術(shù)執(zhí)行的FW方向和BW方向的檢查，縱向PA探測(cè)器12a和12b平行于管道軸線安裝，并且探測(cè)器軸線相對(duì)于螺旋焊縫的軸線成角度a。每個(gè)PA探測(cè)器在安裝于探測(cè)器保持器的情況下相對(duì)于管道表面上的固有波束出射點(diǎn)的法線機(jī)械地傾斜角度θρ然后，生成電偏轉(zhuǎn)角度(未示出，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的)以檢測(cè)沿角度α方向的凹槽。檢測(cè)內(nèi)直徑表面和外直徑表面的情況下所用的是同樣的偏轉(zhuǎn)角度βρ如圖2所示，在線性PA探測(cè)器12a上的第一隙縫20a的位置與位于焊縫珠中心的外部(OD)縱向凹槽LOD的檢測(cè)有關(guān)。從第一隙縫20a的第一元件到焊縫中心的距離是管道壁厚度和操作中所應(yīng)用的檢查角度的函數(shù)(該距離與管道直徑相比改變得非常小，因?yàn)楣艿乐睆酵ǔＯ鄬?duì)較大)。隙縫20b與內(nèi)部縱向凹槽L ID的檢測(cè)有關(guān)，該隙縫20b比隙縫20a多米用一條聲波波束。計(jì)算探測(cè)器(或更精確地，水楔側(cè)面)與焊縫中心之間的距離(即圖2中的DL)從而保持可接受的檢測(cè)性能并避免水楔和焊珠之間的機(jī)械干涉。在對(duì)距離DL進(jìn)行最優(yōu)化的過(guò)程中，要考慮焊縫角度α。本發(fā)明所述的方法的目的在于獨(dú)立與焊縫角度且獨(dú)立于壁厚度將水楔保持在固定位置。參考圖2，通過(guò)以下的組合因素來(lái)確定距離DL:.管道的最小壁厚度WTmin，其中WT表示壁厚度；.水楔角度Θ L,.焊縫角度α， 焊縫珠寬度WB。
下面將參考圖9、圖10和圖11來(lái)進(jìn)一步描述用于獲得各批次檢查用的DL的詳細(xì)步驟。應(yīng)注意的是，如背景技術(shù)部分中前面的關(guān)于SAW焊接工藝的部分所述，在焊接中經(jīng)常造成導(dǎo)致大焊珠的沉積。焊珠的寬度是管道的壁厚度的函數(shù)。因此，在檢查之前，必須考慮兩個(gè)或多個(gè)探測(cè)器位置以覆蓋大范圍的壁厚度。在這種情況下，將得到針對(duì)給定范圍的壁厚度的最優(yōu)化的距離DL。如圖2所示的對(duì)通鉆孔(TDH)的檢測(cè)與對(duì)縱向OD凹槽(L 0D)和縱向ID凹槽(LID)的檢查相似。應(yīng)理解，對(duì)于麗FBH，如圖2所示的由隙縫21a (或發(fā)送器T)和隙縫21b (或接收器R)構(gòu)成的串列結(jié)構(gòu)可直接應(yīng)用于縱向裂紋檢測(cè)所用的PA探測(cè)器。在這種情況下，目的是根據(jù)壁厚度和焊縫角度α來(lái)計(jì)算發(fā)射隙縫和接收隙縫位置。更多細(xì)節(jié)參見(jiàn)圖3所示?，F(xiàn)在參考圖3?？梢岳锰綔y(cè)器12a和12b，通過(guò)將波束偏轉(zhuǎn)到管道OD上與兩個(gè)探測(cè)器距離相等的位置處，激勵(lì)探測(cè)器12a和12b中的第一探測(cè)器并且監(jiān)控在第二探測(cè)器的規(guī)定隙縫上接收到的信號(hào)，來(lái)進(jìn)行耦合檢查。該耦合檢查技術(shù)與傳統(tǒng)UT HSAW系統(tǒng)中所使用的X結(jié)構(gòu)的耦合檢查技術(shù)相同。甚至更優(yōu)地，分別處于探測(cè)器12a和12b中的兩個(gè)相對(duì)的隙縫20a-20a的中間跳轉(zhuǎn)點(diǎn)301可以偏離焊接區(qū)，以獲得不依賴焊接幾何特性的信號(hào)。可在獨(dú)立通道中進(jìn)行耦合檢查，在該獨(dú)立通道中，將相對(duì)的探測(cè)器中的發(fā)送器隙縫和接收器隙縫進(jìn)行配對(duì)以一起工·作。選擇PA探測(cè)器上的不同的隙縫(或隙縫位置)，這使得能夠在一遍掃描中進(jìn)行利用從20a-l，20a 20a-2的隙縫掃描對(duì)外部凹槽L OD的檢測(cè)或者利用從20b_l，20b 20b_2的進(jìn)一步隙縫掃描對(duì)內(nèi)部凹槽L ID的檢測(cè)。應(yīng)注意的是，在該結(jié)構(gòu)中，20a組的隙縫比20b組的隙縫更密集。因此，如圖3所示通過(guò)在整個(gè)焊接寬度上的隙縫掃描而獲得了焊縫覆蓋。利用一發(fā)一收模式的橫向裂紋的檢杳方法參考圖4，橫向PA探測(cè)器也平行于管道母線進(jìn)行安裝。探測(cè)器軸線相對(duì)于螺旋焊縫的軸線成角度α。由發(fā)送器14a和接收器14b組成的探測(cè)器對(duì)構(gòu)成了沿著CCW方向掃描焊縫的一發(fā)一收結(jié)構(gòu)。各PA探測(cè)器在安裝于探測(cè)器保持器中的情況下分別相對(duì)于管道表面上的固有波束出射點(diǎn)的法線機(jī)械地成角度傾斜。如圖4所示，針對(duì)探測(cè)器14a和14c，傾斜角度表示為θτ，或者針對(duì)探測(cè)器14b和14d，傾斜角度表示為。這些角度也被稱為機(jī)械角度。應(yīng)注意的是，普通的傳統(tǒng)相控陣列操作中的機(jī)械角度通常保持約為0，這意味著傳統(tǒng)上通常將相控陣列探測(cè)器放置為與該探測(cè)器的檢查表面垂直。然而，這里采用了一致且遠(yuǎn)大于O的機(jī)械角度與偏轉(zhuǎn)角度組合以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所述的檢查任務(wù)。然后，生成分別成角度β t_od和β Tr_0D (未示出但本領(lǐng)域技術(shù)人員公知)的兩個(gè)隙縫401a和401b的電波束偏轉(zhuǎn)，從而以一發(fā)一收模式檢測(cè)外部凹槽T 0D?，F(xiàn)在參考圖6，利用同一對(duì)探測(cè)器，生成分別成角度β T ID和β Tr ID (未示出但本領(lǐng)域技術(shù)人員公知)的兩個(gè)隙縫401c和401d的電波束偏轉(zhuǎn)，從而檢測(cè)內(nèi)部凹槽T ID。如圖4和6所示，外部凹槽和內(nèi)部凹槽都是沿角度α + Ji /2方向的。對(duì)于發(fā)送器探測(cè)器和接收器探測(cè)器，分別將各探測(cè)器的第一元件與焊接中心之間的距離表示為DT*DTK。一對(duì)的兩個(gè)探測(cè)器中心之間的周向間隔表示為H。
如圖4所示，從發(fā)送器隙縫401a開(kāi)始直到接收器隙縫401b的一發(fā)一收聲程檢測(cè)焊縫右邊緣的外部凹槽T OD ;相似地，如圖6所示，利用同一對(duì)探測(cè)器，從發(fā)送器隙縫401c開(kāi)始直到接收器隙縫401d的一發(fā)一收聲程檢測(cè)焊縫右邊緣的內(nèi)部凹槽T ID。通過(guò)不同的聚焦規(guī)則來(lái)控制區(qū)分凹槽T OD的檢測(cè)和凹槽T ID的檢測(cè)，也就是說(shuō)，電偏轉(zhuǎn)角度β T 0D和β TID、β Tr_0D和β TrjD不同，隙縫401a和401c的位置不同，并且隙縫401b和401d的位置也不同。參考圖5，采用探測(cè)器對(duì)14a和14b，從而以P-C模式來(lái)進(jìn)行隙縫掃描。對(duì)于P_C模式來(lái)說(shuō)，采用隙縫對(duì)401a和401b，40Ia-1和40Ib-1，以及401a_2和401b_2來(lái)覆蓋從右邊緣到左邊緣的整個(gè)焊縫。隨著焊縫的前進(jìn)，沿著凹槽長(zhǎng)度來(lái)掃描凹槽T OD (檢查點(diǎn)平行于管道母線)。隙縫掃描使得能夠覆蓋整個(gè)焊接寬度和整個(gè)焊接厚度。與圖7所示相似地，通過(guò)從401c和401d到401c_2和401d_2的隙縫對(duì)來(lái)掃描凹槽T ID。隙縫掃描使得能夠覆蓋整個(gè)焊接寬度和整個(gè)焊接厚度?？梢宰⒁獾?，同樣地，如圖Γ7所示，應(yīng)使用第二探測(cè)器對(duì)14c和14d來(lái)進(jìn)行CW方向的橫向OD和ID凹槽檢查。應(yīng)注意地是，由于使用了 P-C模式，在焊接角度或壁厚度改變的情況下，探測(cè)器對(duì)14a和14b或探測(cè)器對(duì)14c和14d的周向位置需要改變。在被檢查的不同批次的管道之間發(fā)生改變時(shí)會(huì)出現(xiàn)這種情況。在水楔足印和焊縫之間存在幾何干涉的情況下，或者在探測(cè)器與焊接位置距離太遠(yuǎn)的情況下，距離Dt τ和Dt κ應(yīng)該改變。這些值可能會(huì)受到壁厚度和焊接角度的改變的影響，但是·借助于隙縫掃描，只有少量的離散值需要適應(yīng)于這些管道參數(shù)的改變。所公開(kāi)的P-C模式相對(duì)于采用UT或相控陣列技術(shù)的傳統(tǒng)模式的優(yōu)點(diǎn)如下所述。P-C結(jié)構(gòu)的線性掃描極大地覆蓋焊縫的整個(gè)寬度，而不需要機(jī)械調(diào)整；同時(shí)，通過(guò)線性掃描而不是傳統(tǒng)UT中采用的擴(kuò)散波束所實(shí)現(xiàn)的寬度覆蓋改善了信噪比。線性掃描的折射角度是恒定的，這提供了在整個(gè)焊接寬度上一致的回波信號(hào)。利用波束偏轉(zhuǎn)和隙縫掃描的靈活性，通過(guò)一對(duì)探測(cè)器(沿著CW方向或CCW方向)掃描外部橫向凹槽和內(nèi)部橫向凹槽這兩者。該特征縮減了探測(cè)器數(shù)量。參考圖7，相似地，可以通過(guò)利用探測(cè)器對(duì)14a和14c或14b和14d中的第一對(duì)的第一探測(cè)器將波束偏轉(zhuǎn)到管道ID上，以使得反射的波束在第二探測(cè)器的預(yù)定隙縫處被接收，從而利用探測(cè)器對(duì)14a和14c或14b和14d來(lái)進(jìn)行稱合檢查。該稱合檢查技術(shù)與傳統(tǒng)HSAW系統(tǒng)中所用的X結(jié)構(gòu)的技術(shù)相似。更有利地，兩個(gè)相對(duì)隙縫的中間跳轉(zhuǎn)點(diǎn)可與焊接區(qū)偏離從而獲得不依賴焊接幾何特性的信號(hào)。例如，通過(guò)移動(dòng)隙縫位置，探測(cè)器14b中的隙縫401d和探測(cè)器14d中的隙縫401d-2的中間跳轉(zhuǎn)點(diǎn)701可向右偏離其當(dāng)前位置?？稍讵?dú)立通道中進(jìn)行耦合檢查，其中在該獨(dú)立通道中，分別處于一對(duì)相對(duì)的探測(cè)器中的發(fā)送器隙縫和接收器隙縫一起工作。針對(duì)層壓缺陷的檢杳方法參考圖1和圖8，對(duì)熱影響區(qū)(HAZ)設(shè)置層壓檢查，并且線性PA探測(cè)器10位于管道的頂部母線上以使焊縫角度變化的影響最小。距離LMin是耐磨板內(nèi)為了適應(yīng)于該焊縫角度變化所需的最小機(jī)械間隙。此外，需要考慮具有壁厚度的焊珠的寬度的變化以求出距離LMin。針對(duì)管道大小，可能需要具有若干個(gè)LMin距離。
應(yīng)當(dāng)注意，在圖8所示的優(yōu)選實(shí)施例中，僅使用探測(cè)器10的端部隙縫來(lái)進(jìn)行層壓檢查?？蛇x地，對(duì)于HAZ檢查，還可以考慮具有兩個(gè)較短的PA探測(cè)器或兩個(gè)UT探測(cè)器的結(jié)構(gòu)來(lái)代替一個(gè)長(zhǎng)探測(cè)器。在這種情況下，這些探測(cè)器將仍被安裝在同一探測(cè)器保持器內(nèi)但彼此分開(kāi)了小于或等于最小焊珠寬度Lmn的固定距離。然后，使用隙縫掃描來(lái)覆蓋HAZ。設(shè)置操作參數(shù)這里使用示例情況來(lái)提供與設(shè)置操作參數(shù)以使用本發(fā)明所公開(kāi)的PA系統(tǒng)有關(guān)的更多詳細(xì)內(nèi)容。為了在每次對(duì)具有諸如直徑和厚度等的特定幾何參數(shù)的測(cè)試對(duì)象進(jìn)行檢查之前正確地設(shè)置PA系統(tǒng)，優(yōu)選應(yīng)用以下過(guò)程。分別針對(duì)P-E模式和串列模式下的縱向裂紋檢測(cè)的圖1中的12a或12b的探測(cè)器結(jié)構(gòu)以及P-C模式下的橫向裂紋檢測(cè)的圖1中的14a-14d或14c-14d的探測(cè)器結(jié)構(gòu)進(jìn)行該過(guò)程。針對(duì)縱向裂紋檢測(cè)或針對(duì)橫向裂紋檢測(cè)的圖1中的探測(cè)器結(jié)構(gòu)的可行設(shè)置需要水楔、探測(cè)器、波束偏轉(zhuǎn)以及探測(cè)器對(duì)14a-14b或14c-14d之間的相對(duì)位置的一組預(yù)定參數(shù)，其中該組預(yù)定參數(shù)是管道幾何特性、焊縫寬度和焊縫角度的函數(shù)。參數(shù)設(shè)置處理計(jì)算這里被稱為“操作參數(shù)”的該組參數(shù)。線性探測(cè)器提供用于抵消該探測(cè)器的特定機(jī)械運(yùn)動(dòng)的電控制的兩個(gè)軸。其中一個(gè)軸是沿著探測(cè)器的隙縫偏移(aperture displacement)并且另一軸是角度偏轉(zhuǎn)力(anglesteering ability)。需要·通過(guò)參數(shù)設(shè)置處理來(lái)分別分析用于抵消縱向缺陷檢測(cè)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)和橫向裂紋檢測(cè)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)的程度。在P-E模式下檢杳縱向裂紋所用的操作參數(shù)如上所述，圖1所示的探測(cè)器12a或12b被配置為在P_E模式下工作以進(jìn)行ID縱向凹槽檢測(cè)和OD縱向凹槽檢測(cè)。為了減少所使用的探測(cè)器數(shù)量，同一組探測(cè)器在串列模式下工作以進(jìn)行麗FBH檢測(cè)(參見(jiàn)圖2)。對(duì)于諸如12mm或更厚的較大的管道壁厚度，需要該麗FBH檢測(cè)。為了避免使水楔足印和焊縫邊緣之間的空間過(guò)窄，優(yōu)選將ID縱向凹槽檢測(cè)所用的波束跳轉(zhuǎn)數(shù)設(shè)置為1.5，并且將OD縱向凹槽檢測(cè)所用的波束跳轉(zhuǎn)數(shù)設(shè)置為I。圖9說(shuō)明了用于計(jì)算這些檢測(cè)所用的操作參數(shù)的過(guò)程，其中借助于圖10和11可以更好地理解該過(guò)程。能夠定義操作參數(shù)的必需條件是:圖11中的焊縫的角度α并沒(méi)有不合期望地小。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，已知強(qiáng)調(diào)原因如下:在不存在該條件的情況下，焊縫的整個(gè)寬度無(wú)法被與管道軸線平行配置的探測(cè)器有效地覆蓋。由于對(duì)于HSAW管道而言、焊接角度α總是大于50度，因此該條件有效。參考圖9，步驟901描述了包括以下的必需輸入?yún)?shù):〇管道參數(shù):直徑、厚度、橫波速度和焊縫角度；〇探測(cè)器參數(shù):隙縫大小和元件間距；〇水楔參數(shù):通過(guò)使可檢查焊接寬度最大而選擇的機(jī)械角度Θ、以及水柱。對(duì)于涉及期望對(duì)麗FBH進(jìn)行檢查的較厚的壁管道的情形(參見(jiàn)圖10或圖11中的MW FBH,由中壁1007和中縫1107的交點(diǎn)來(lái)定義孔的平底)，還需確定針對(duì)探測(cè)器12a處的返回波束1004f的距離公差。在步驟902中，針對(duì)不存在麗FBH的情況的參數(shù)計(jì)算的詳細(xì)內(nèi)容如下所述。
.計(jì)算使得法線能夠入射到焊接線的偏轉(zhuǎn)角度；.計(jì)算縱向ID凹槽檢查和縱向OD凹槽檢查所用的波束跳轉(zhuǎn)點(diǎn)；如圖10所示，聲程是從12a起、經(jīng)過(guò)1002a 1002d并且返回至12a。.確定ID凹槽檢查和OD凹槽檢查所用的最大可檢查焊接寬度1112WB1 ； 根據(jù)最大可檢查焊接寬度來(lái)確定如圖11所示的起始隙縫位置1103a和結(jié)束隙縫位置1103b ；.確定進(jìn)行檢查所需的探測(cè)器長(zhǎng)度和最小元件數(shù)量。如圖10所示，聲程從探測(cè)器12a內(nèi)的隙縫開(kāi)始，穿過(guò)跳轉(zhuǎn)點(diǎn)1002a 1002d，并且在探測(cè)器12a內(nèi)的同一隙縫處結(jié)束。通過(guò)場(chǎng)角捕獲(corner trap)來(lái)在跳轉(zhuǎn)點(diǎn)1002c處檢測(cè)OD縱向凹槽并且通過(guò)場(chǎng)角捕獲來(lái)在跳轉(zhuǎn)點(diǎn)1002d處檢測(cè)ID縱向凹槽。圖11中示出的由焊接邊緣1108a和1108b所定義的可檢查焊接寬度Wbi是根據(jù)焊珠區(qū)域無(wú)法有效地支持波束跳轉(zhuǎn)的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定的。在(僅針對(duì)厚壁管道)需要麗FBH的檢測(cè)的情況下，該過(guò)程進(jìn)入包括步驟904^906的循環(huán)。在步驟904中，模塊對(duì)圖11的發(fā)送隙縫1005a設(shè)置初始波束偏轉(zhuǎn)角度。然后，在步驟905中，計(jì)算圖10和11中示出的從1105a起、經(jīng)過(guò)1004a 1004f并且結(jié)束于返回隙縫1105b的聲程。在步驟906中，檢查波束在距離公差內(nèi)是否與探測(cè)器12a交叉。在“是”的情況下，該處理移·動(dòng)至步驟907 ;否則該處理返回至步驟904。由于在串列模式下針對(duì)總共使用較少的ID和OD跳轉(zhuǎn)點(diǎn)的碼FBH進(jìn)行檢測(cè)，因此不得不使相關(guān)隙縫接近焊接邊緣或者使ID跳轉(zhuǎn)點(diǎn)和OD跳轉(zhuǎn)點(diǎn)更接近焊接部位，由此縮減可檢查焊接寬度。因此，需要將先前獲得的可檢查焊接寬度Wbi修改或縮減為焊接寬度WB2，其中該焊接寬度Wb2是由圖11所示的焊接邊緣1107a和1107b來(lái)定義的。在步驟907中進(jìn)行該操作。應(yīng)當(dāng)注意以下情況:圖11中從隙縫1105a開(kāi)始并且到達(dá)隙縫1105b的波束可能并非存在于探測(cè)器的相同波束平面中，因此相對(duì)于探測(cè)器12a中以任意偏轉(zhuǎn)角度進(jìn)行接收的任何隙縫可能存在角度未對(duì)準(zhǔn)。在圖12中更加詳細(xì)地說(shuō)明該情況。到達(dá)探測(cè)器12a的波束矢量B與由于該探測(cè)器內(nèi)的任何隙縫而產(chǎn)生的矢量A不平行?？偸谴嬖趯儆谔綔y(cè)器12a的波束平面的、并且方向最接近矢量B的方向的矢量A。為了正確地設(shè)置參數(shù)，選擇矢量A的方向作為用于接收?qǐng)D10中的波束1004f的偏轉(zhuǎn)角度。該角度未對(duì)準(zhǔn)可能會(huì)使接收靈敏度下降。然而，在針對(duì)HSAW管道的16” 100”的全直徑范圍的大量計(jì)算之后，觀察到未對(duì)準(zhǔn)角度決不會(huì)大于2度，甚至是相對(duì)于2.25MHz的探測(cè)器的波束偏離角度非常小的角度。應(yīng)當(dāng)注意，表示本發(fā)明的另一重要新穎方面的利用矢量A近似矢量B的該方法使得諸如12a或12b等的單個(gè)探測(cè)器能夠檢查縱向裂紋，并且在橫向裂紋檢測(cè)時(shí)使得諸如14a和14b或者14c和14d等的一對(duì)探測(cè)器能夠檢查OD凹槽和ID凹槽這兩者。應(yīng)當(dāng)注意，對(duì)于麗FBH檢測(cè)，可以在不會(huì)影響參數(shù)設(shè)置結(jié)果的情況下使圖11中的發(fā)送隙縫1105a和接收隙縫1105b互換。最后，在步驟908中，按照如下設(shè)置針對(duì)圖1中的探測(cè)器12a或12b的結(jié)構(gòu)的參數(shù)以供輸出。.ID和OD凹槽檢查用的波束偏轉(zhuǎn)角度和探測(cè)器110112a上的隙縫位置
.探測(cè)器邊緣和焊鋒的中心之間的距離^ 最大可檢查焊接寬度Wb1B1112.所需最少的探測(cè)器元件數(shù).所有的折射角度在存在要檢測(cè)的麗FBH的情況下，如下給出根據(jù)該方案的例程904 907所得到的
結(jié)果:.MW FBH檢測(cè)用的發(fā)送波束偏轉(zhuǎn)角度以及折射角度；.該FBH檢測(cè)用的接收波束偏轉(zhuǎn)角度以及折射角度；.修改后的最大可檢查焊接寬度Wb2B ；.發(fā)送隙縫位置和接收隙縫位置1105a和1105b。結(jié)果，參考圖10和11中的示例性光線追蹤或操作參數(shù)設(shè)置，如果焊接角度α改變，則在無(wú)需探測(cè)器移動(dòng)的情況下，相控陣列探測(cè)器的波束偏轉(zhuǎn)使得垂直波束能夠入射到角度α的焊縫，同時(shí)對(duì)于ID凹槽檢測(cè)和OD凹槽檢測(cè)這兩者，來(lái)自1103a 1103b的線性掃描隙縫以恒定折射角度充分覆蓋了特定焊接寬度；同樣，MW FBH的覆蓋率可以在結(jié)合兩個(gè)隙縫1105a和1105b的平移的情況下利用這兩個(gè)隙縫的角度偏轉(zhuǎn)。如果壁厚度改變但在水楔足印和焊接邊緣之間仍不存在幾何特性沖突，則在無(wú)需探測(cè)器移動(dòng)的情況下，可以使這些隙縫在探測(cè)器12a中沿著管道軸線平移運(yùn)動(dòng)得更接近焊接部位或者進(jìn)一步遠(yuǎn)離焊接部位(厚度變化并非必須要求偏·轉(zhuǎn)角度改變)。在P-C模式下檢杳橫向裂紋所用的操作參數(shù)設(shè)置如上所述，圖1中作為14a_14b或14c_14d示出的一對(duì)探測(cè)器被配置為在一發(fā)一收模式下工作以分別檢測(cè)圖14(b)中的ID橫向凹槽T ID和OD橫向凹槽T OD這兩者。如圖13所示的用于計(jì)算正確地設(shè)置PA系統(tǒng)所需的操作參數(shù)的過(guò)程如下所述，其中借助于圖14(a)和14(a)可以更好地理解該過(guò)程。參考圖13，在步驟1301中，將以下的測(cè)試條件參數(shù)輸入至PA系統(tǒng):.管道參數(shù):直徑、厚度、橫波速度和焊縫角度；.探測(cè)器參數(shù):隙縫大小和元件間距；.發(fā)送器14a的水楔參數(shù):為了使可檢查焊接寬度最大而選擇的水楔角度θ τ、水柱和水內(nèi)的波速度； 接收器14b的水楔參數(shù):水柱；.0D橫向凹槽檢測(cè)時(shí)入射波束和反射波束之間的波束分離角度，其中該角度是通過(guò)使可檢查焊接寬度最大所選擇的；.限制條件:最大折射角度(例如:〈70度)、最大電偏轉(zhuǎn)角度(例如:〈24度)、以及接收器14b的最大水楔角度Θ (例如:〈22度);.ID凹槽檢測(cè)用的接收器14b處的返回波束的距離公差。通過(guò)使用圖1中的同一對(duì)探測(cè)器14a-14b或14c-14d，對(duì)于OD橫向凹槽檢測(cè)和ID橫向凹槽檢測(cè)分別存在兩個(gè)步驟的參數(shù)設(shè)置處理。步驟1302描述了用于獲得OD橫向凹槽T OD檢測(cè)的參數(shù)的計(jì)算步驟。就光線追蹤而言，在該步驟中不存在近似。特別地，獲得了外部表面上的由示出為1410a和1410b的焊接邊緣所定義的最大可檢查焊接寬度1409。通過(guò)滿足1405a (1405b)和1405c (1405d)之間的P-C模式隙縫的其中一個(gè)的波束跳轉(zhuǎn)點(diǎn)1403c來(lái)檢測(cè)隨著焊縫移動(dòng)的外部橫向凹槽TOD中的任意部分。更具體地，步驟1302包括以下計(jì)算:.通過(guò)使可檢查焊接寬度最大來(lái)計(jì)算一發(fā)一收模式的發(fā)送器隙縫1405a和接收器隙縫1405b的偏轉(zhuǎn)角度、以及發(fā)送器14a的機(jī)械角度(同樣適用于ID和0D)；.在上述計(jì)算之后，在圖14(a)中，獲得接收器14b的位置以及相對(duì)于發(fā)送器14a的位置的可檢查焊接寬度的位置，獲得接收器14b的機(jī)械角度，同時(shí)計(jì)算跳轉(zhuǎn)點(diǎn)1403a 1403e。 確定在發(fā)送器隙縫1405c的位置處結(jié)束的線性掃描范圍，在跳轉(zhuǎn)點(diǎn)1403h處于焊接部位內(nèi)的情況下，最大可檢查焊接寬度1409相應(yīng)地縮短。在步驟1303中，參考圖14(b)，基于如上所獲得的非電子可控參數(shù)、即兩個(gè)探測(cè)器14a、14b和焊接位置之間的相對(duì)位置以及接收器14b的水楔角度，來(lái)計(jì)算從ID橫向凹槽TID返回的波束1404h。通過(guò)在發(fā)送隙縫1406a和接收隙縫1406b這兩者中改變隙縫位置和偏轉(zhuǎn)角度，在ID跳轉(zhuǎn)點(diǎn)1404d處檢測(cè)隨著焊縫移動(dòng)的凹槽(還參見(jiàn)圖14(a)中的聲程14a — 1404a 1404g — 14b)。到達(dá)接收隙縫1406b的返回波束的距離誤差應(yīng)當(dāng)在所輸入的距離公差內(nèi)。然后，根據(jù)最·大可檢查焊接寬度1409來(lái)計(jì)算掃描范圍(即，隙縫1406c和1406d的位置)。應(yīng)當(dāng)注意以下情況:從隙縫1406開(kāi)始并且到達(dá)探測(cè)器14b的波束可能并非處于探測(cè)器14b的波束平面內(nèi)，因此相對(duì)于探測(cè)器14b中以任意偏轉(zhuǎn)角度進(jìn)行接收的任何隙縫可能存在特定角度未對(duì)準(zhǔn)。在圖12中說(shuō)明了該情況。到達(dá)探測(cè)器14b的波束矢量B與由于該探測(cè)器內(nèi)的任意隙縫而產(chǎn)生的矢量A不平行?？偸谴嬖趯儆谔綔y(cè)器14b的波束平面的、并且方向最接近矢量B的方向的矢量A。對(duì)于這里所公開(kāi)的光線追蹤或參數(shù)設(shè)置技術(shù)，選擇該矢量A的方向作為用于接收?qǐng)D14(b)中的波束1404h的偏轉(zhuǎn)角度。該角度未對(duì)準(zhǔn)可能會(huì)使接收靈敏度下降。然而，在針對(duì)HSAW管道的16” 100”的全直徑范圍的大量計(jì)算之后，觀察到未對(duì)準(zhǔn)角度決不會(huì)大于2度，甚至是相對(duì)于2.25MHz的探測(cè)器的波束偏離角度非常小的角度。返回參考圖14(b)，應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)于ID橫向凹槽檢測(cè)，在不會(huì)影響操作參數(shù)結(jié)果的情況下發(fā)送隙縫1406a和接收隙縫1406b是可互換的。還應(yīng)當(dāng)理解，首先，在操作參數(shù)設(shè)置期間就光線追蹤而言不存在近似的情況下，還可以通過(guò)檢測(cè)ID橫向凹槽來(lái)獲得接收用探測(cè)器14b的位置和機(jī)械角度，然后通過(guò)使角度未對(duì)準(zhǔn)最小化來(lái)獲得橫向OD凹槽檢測(cè)所用的探測(cè)器14b的接收偏轉(zhuǎn)角度。按照如下概述步驟S1303。 針對(duì)一發(fā)一收模式，通過(guò)使接收器1402b和穿過(guò)點(diǎn)1404g的接收波束之間的距離最小化來(lái)計(jì)算發(fā)送器隙縫1406a和接收器隙縫1406b的偏轉(zhuǎn)角度，其中該接收波束在跳轉(zhuǎn)點(diǎn)1404d處被凹槽1408T ID的端部所反射并且其聲程為1406a 1406b ；.在誤差處于距離公差內(nèi)的情況下，該計(jì)算停止。最后，在步驟1304中，輸出針對(duì)圖1中的探測(cè)器對(duì)14a_14b或14c_14d的結(jié)構(gòu)的參數(shù)。參考圖14(b)中的示例參數(shù)設(shè)置結(jié)果，在除沿著焊縫以外的方向上不存在探測(cè)器移動(dòng)的情況下，對(duì)于ID凹槽檢測(cè)和OD凹槽檢測(cè)這兩者，線性掃描以恒定折射角度覆蓋了特定焊接寬度。該特征可以補(bǔ)償探測(cè)器沿著管道軸線的特定機(jī)械運(yùn)動(dòng)，只要在水楔足印和OD焊接邊緣之間不存在幾何特性沖突即可。然而，由于P-C模式，焊接角度α的變化或壁厚度的變化會(huì)引起發(fā)送探測(cè)器14a和接收探測(cè)器14b在管道圓周方向上的重新定位。在特別是針對(duì)本發(fā)明所公開(kāi)的探測(cè)器結(jié)構(gòu)的操作參數(shù)設(shè)置過(guò)程的獨(dú)特理解和新穎處理的上述教導(dǎo)的指引下，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)進(jìn)行一組操作參數(shù)的詳細(xì)計(jì)算。為了概述關(guān)于設(shè)置操作參數(shù)的教導(dǎo)，包括了以下:在無(wú)需進(jìn)行探測(cè)器機(jī)械調(diào)整的情況下，通過(guò)組合使用聲程、跳轉(zhuǎn)點(diǎn)、機(jī)械角度和偏轉(zhuǎn)角度以及近似方式，來(lái)理解并實(shí)現(xiàn)焊縫的整個(gè)寬度的針對(duì)ID和OD這兩者的期望覆蓋率和分辨率?？蛇x地，關(guān)于對(duì)探測(cè)器角度進(jìn)行機(jī)械調(diào)整的需求可以通過(guò)使用能夠在所有方向上獲得電子偏轉(zhuǎn)角度的矩陣PA探·測(cè)器來(lái)消除。在其它情況下，將這種探測(cè)器用于HSAW檢查也落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種進(jìn)行超聲波檢查的方法，該方法利用具有相控陣列探測(cè)器組的超聲波相控陣列系統(tǒng)檢查管道的螺旋焊縫，所述管道具有內(nèi)表面和外表面，每個(gè)探測(cè)器具有兩個(gè)端部和探測(cè)器主動(dòng)軸，每個(gè)探測(cè)器位于所述管道的外表面上，每個(gè)探測(cè)器以各自的主動(dòng)軸與所述管道的縱向軸線對(duì)準(zhǔn)的方式布置，且每個(gè)探測(cè)器具有多個(gè)隙縫，所述探測(cè)器組沿著所述螺旋焊縫并緊鄰著所述螺旋焊縫協(xié)同地進(jìn)行掃描移動(dòng)，其中所述探測(cè)器的位置相對(duì)于彼此基本保持固定， 該方法包括以下步驟: 至少使用放置在焊縫上方且與管道的軸線重疊的第一探測(cè)器來(lái)檢查位于焊縫處的層壓缺陷； 至少使用第二線性探測(cè)器對(duì)來(lái)充分檢查位于焊縫處的標(biāo)準(zhǔn)已知類型的縱向缺陷，其中該第二線性探測(cè)器對(duì)以允許在彼此面對(duì)的情況下應(yīng)用其聚焦規(guī)則的方式放置在焊縫的相對(duì)側(cè)，并且同時(shí)聚焦在焊縫的相同的一般區(qū)域上；以及 至少使用第三線性探測(cè)器對(duì)和第四線性探測(cè)器對(duì)來(lái)檢查位于焊縫處的標(biāo)準(zhǔn)已知橫向缺陷，其中該第三線性探測(cè)器對(duì)和第四線性探測(cè)器對(duì)分別以允許在彼此面對(duì)的情況下應(yīng)用其各自的聚焦規(guī)則的方式放置在焊縫的相對(duì)側(cè)，并且分別同時(shí)聚焦在焊縫的相同的一般區(qū)域上， 其中利用在所述螺旋焊縫上的掃描移動(dòng)的單次通過(guò)來(lái)進(jìn)行檢查。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的進(jìn)行超聲波檢查的方法，其中所述探測(cè)器組僅能夠沿著焊縫協(xié)同地移動(dòng)，并且在除了沿著焊縫之外的任何方向上基本固定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的進(jìn)行超聲波檢查的方法，其中對(duì)于相對(duì)應(yīng)地工作的各對(duì)隙縫，各隙縫的第一個(gè)元件和焊縫中心之間的距離相等。
4.根據(jù)權(quán)利要求 1所述的進(jìn)行超聲波檢查的方法，其中在檢查期間，僅所述第一探測(cè)器的接近兩個(gè)端部的隙縫有效。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的進(jìn)行超聲波檢查的方法，其中第二探測(cè)器對(duì)的一部分隙縫以脈沖回波模式操作，并被配置為利用各探測(cè)器的隙縫掃描、機(jī)械角度和偏轉(zhuǎn)角度的組合來(lái)檢查可能位于焊縫的任何位置的縱向凹槽，該任何位置包括靠近內(nèi)表面和外表面兩者的位置、沿著焊縫的整個(gè)寬度的位置、以及沿著焊縫的整個(gè)厚度的位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的進(jìn)行超聲波檢查的方法，其中第二探測(cè)器對(duì)中的各探測(cè)器以脈沖回波模式操作以檢查縱向凹槽的一側(cè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的進(jìn)行超聲波檢查的方法，其中第二探測(cè)器對(duì)的一部分隙縫以串列模式操作，并被配置為檢查管道的中壁中的平底孔的兩側(cè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的進(jìn)行超聲波檢查的方法，其中第三探測(cè)器對(duì)和第四探測(cè)器對(duì)的預(yù)定隙縫組以一發(fā)一收模式操作，從而利用各探測(cè)器的隙縫掃描、機(jī)械角度和偏轉(zhuǎn)角度的組合來(lái)檢查可能出現(xiàn)在焊縫的任何位置的橫向凹槽，所述任何位置包括靠近內(nèi)表面和外表面兩者的位置以及沿著焊縫的整個(gè)寬度的位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的進(jìn)行超聲波檢查的方法，其中同時(shí)使用第三探測(cè)器對(duì)和第四探測(cè)器對(duì)分別同時(shí)順時(shí)針和逆時(shí)針地檢查橫向缺陷。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的進(jìn)行超聲波檢查的方法，其中以如下方式進(jìn)行隙縫掃描:依次將相應(yīng)的探測(cè)器對(duì)中的隙縫進(jìn)行配對(duì)以進(jìn)行一發(fā)一收操作，從而針對(duì)橫向缺陷掃描包括焊縫的內(nèi)表面和外表面兩者的焊縫的整個(gè)寬度和整個(gè)厚度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的進(jìn)行超聲波檢查的方法，進(jìn)一步包括耦合檢查步驟，通過(guò)該耦合檢查步驟，管道上的一個(gè)探測(cè)器對(duì)的一個(gè)隙縫所應(yīng)用的測(cè)試聚焦規(guī)則在所述管道上的所述一個(gè)探測(cè)器對(duì)的相應(yīng)探測(cè)器的期望的接收隙縫上被檢查。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的進(jìn)行超聲波檢查的方法，其中使用第二探測(cè)器對(duì)的步驟進(jìn)一步包括用于設(shè)置操作參數(shù)的第二設(shè)置過(guò)程，該第二設(shè)置過(guò)程包括以下步驟: 分析第二探測(cè)器對(duì)中的一個(gè)探測(cè)器的隙縫的聲程，該聲程從第二探測(cè)器對(duì)中的一個(gè)探測(cè)器的一個(gè)端部的隙縫開(kāi)始、并到達(dá)焊縫的可能出現(xiàn)缺陷之一的最遠(yuǎn)側(cè)，其中返回波束結(jié)束于探測(cè)器的接收隙縫，所述聲程與至少一個(gè)機(jī)械角度和偏轉(zhuǎn)角度的使用有關(guān)； 估計(jì)返回波束是否在預(yù)定距離公差之內(nèi)； 計(jì)算應(yīng)大于需要檢查的預(yù)定焊接寬度的最大能夠檢查的焊接寬度； 確定包括第二探測(cè)器對(duì)的各位置、隙縫的機(jī)械角度和偏轉(zhuǎn)角度的用于檢查縱向缺陷的操作參數(shù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的進(jìn)行超聲波檢查的方法，其中使用第三探測(cè)器對(duì)的步驟進(jìn)一步包括用于設(shè)置操作參數(shù)的第三設(shè)置過(guò)程，所述第三設(shè)置過(guò)程包括以下步驟: 分析從第三探測(cè)器對(duì)或第四探測(cè)器對(duì)中的一個(gè)探測(cè)器的一個(gè)端部上的隙縫開(kāi)始、并到達(dá)焊縫的可能出現(xiàn)橫向缺陷之一的最遠(yuǎn)側(cè)的聲程，其中返回波束結(jié)束于相對(duì)應(yīng)的探測(cè)器對(duì)的相對(duì)應(yīng)的探測(cè)器的接收隙縫，所述聲程與至少一個(gè)機(jī)械角度和偏轉(zhuǎn)角度的使用有關(guān)；估計(jì)所述返回波束是否在預(yù)定的距離公差之內(nèi)； 計(jì)算應(yīng)大于需要檢查的預(yù)定焊接寬度的最大能夠檢查的焊接寬度； 確定包括第三探測(cè)器對(duì)或第四探測(cè)器對(duì)的各位置、隙縫的機(jī)械角度和偏轉(zhuǎn)角度的用于檢查橫向缺陷的操作參數(shù)。
14.一種相控陣列系統(tǒng)，用于執(zhí)行檢查管道的螺旋焊縫的超聲波檢查，所述管道具有內(nèi)表面和外表面，所述系統(tǒng)包括并電耦合至相控陣列探測(cè)器組，其中每個(gè)探測(cè)器具有兩個(gè)端部和探測(cè)器主動(dòng)軸，每個(gè)探測(cè)器位于所述管道的外表面上，每個(gè)探測(cè)器以各自的主動(dòng)軸與所述管道的縱向軸線對(duì)準(zhǔn)的方式布置，且每個(gè)探測(cè)器具有多個(gè)隙縫，所述探測(cè)器組沿著所述螺旋焊縫并緊鄰著所述螺旋焊縫協(xié)同地進(jìn)行掃描移動(dòng)，其中所述探測(cè)器的位置相對(duì)于彼此基本保持固定， 所述探測(cè)器組至少包括: 第一線性探測(cè)器，其放置在焊縫上方且與管道的軸線重疊，用于檢查位于焊縫處的層壓； 第二線性探測(cè)器對(duì)，其以允許在彼此面對(duì)的情況下應(yīng)用其聚焦規(guī)則的方式放置在焊縫的相對(duì)側(cè)，并且同時(shí)聚焦在焊縫的相同的一般區(qū)域上，用于充分檢查位于焊縫處的標(biāo)準(zhǔn)已知類型的縱向缺陷；以及 第三線性探測(cè)器對(duì)和第四線性探測(cè)器對(duì)，其分別以允許在彼此面對(duì)的情況下應(yīng)用其各自的聚焦規(guī)則的方式放置在焊縫的相對(duì)側(cè)，并且分別同時(shí)聚焦在焊縫的相同的一般區(qū)域上，用于檢查位于焊縫處的標(biāo)準(zhǔn)已知橫向缺陷， 所述相控陣列系統(tǒng)進(jìn)一步至少包括縱向操作參數(shù)模塊和橫向操作參數(shù)模塊，用于將所述系統(tǒng)配置為利用掃描移動(dòng)的一次通過(guò)在內(nèi)表面和外表面兩者上檢查焊縫的整個(gè)寬度。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的相控陣列系統(tǒng)，其中所述第一線性探測(cè)器以脈沖回波模式操作，并且在檢查期間，僅所述第一線性探測(cè)器的接近兩個(gè)端部的隙縫有效。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的相控陣列系統(tǒng)，其中第二探測(cè)器對(duì)的一部分隙縫以脈沖回波模式操作，并被配置為利用各探測(cè)器的隙縫掃描、機(jī)械角度和偏轉(zhuǎn)角度的組合來(lái)檢查可能位于焊縫的任何位置的縱向凹槽，該任何位置包括靠近內(nèi)表面和外表面兩者的位置、沿著焊縫的整個(gè)寬度的位置、以及沿著焊縫的整個(gè)厚度的位置； 其中，第二探測(cè)器對(duì)的每個(gè)探測(cè)器被操作以檢查所述縱向凹槽的一側(cè)。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的相控陣列系統(tǒng)，其中第二探測(cè)器對(duì)的一部分隙縫以串列模式操作，并被配置為檢查管道的中壁中的平底孔的兩側(cè)。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的相控陣列系統(tǒng)，其中第三探測(cè)器對(duì)和第四探測(cè)器對(duì)的預(yù)定隙縫組以一發(fā)一收模式操作，從而利用各探測(cè)器的隙縫掃描、機(jī)械角度和偏轉(zhuǎn)角度的組合來(lái)檢查可能出現(xiàn)在焊縫的任何位置的橫向凹槽，所述任何位置包括靠近內(nèi)表面和外表面兩者的位置以及沿著焊縫的整個(gè)寬度的位置。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的相控陣列系統(tǒng)，其中同時(shí)使用第三探測(cè)器對(duì)和第四探測(cè)器對(duì)分別同時(shí)順時(shí)針和逆時(shí)針地檢查橫向缺陷。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的相控陣列系統(tǒng)，其中以如下方式進(jìn)行隙縫掃描:依次將相應(yīng)的探測(cè)器對(duì)中的隙縫進(jìn)行配對(duì)以進(jìn)行一發(fā)一收操作，從而在內(nèi)表面和外表面兩者針對(duì)橫向缺陷來(lái)掃描焊縫的整個(gè)寬度和整個(gè)厚度。
21.根據(jù)權(quán)利要求14所述的相控陣列系統(tǒng)，其中所述縱向操作參數(shù)模塊被配置為執(zhí)行以下任務(wù): 計(jì)算從第二探測(cè)器對(duì)中的一個(gè)探測(cè)器的一個(gè)端部的隙縫開(kāi)始、并到達(dá)焊縫的可能出現(xiàn)缺陷之一的最遠(yuǎn)側(cè)的指定聲程，其中返回波束結(jié)束于探測(cè)器的接收隙縫，所述聲程與至少一個(gè)機(jī)械角度和偏轉(zhuǎn)角度的使用有關(guān)； 估計(jì)返回波束是否在預(yù)定距離公差之內(nèi)； 計(jì)算應(yīng)大于需要檢查的預(yù)定焊接寬度的最大能夠檢查的焊接寬度； 確定包括第二探測(cè)器對(duì)的各位置、隙縫的機(jī)械角度和偏轉(zhuǎn)角度的用于檢查所述縱向缺陷的操作參數(shù)。
22.根據(jù)權(quán)利要求14所述的相控陣列系統(tǒng)，其中所述橫向操作參數(shù)模塊被配置為執(zhí)行以下任務(wù): 計(jì)算從第三探測(cè)器對(duì)中的一個(gè)探測(cè)器的一個(gè)端部上的隙縫開(kāi)始、并到達(dá)焊縫的可能出現(xiàn)橫向缺陷之一的最遠(yuǎn)側(cè)的聲程，其中返回波束結(jié)束于探測(cè)器的接收隙縫，所述聲程與至少一個(gè)機(jī)械角度和偏轉(zhuǎn)角度的使用有關(guān)； 估計(jì)所述返回波束是否在預(yù)定的距離公差之內(nèi)； 計(jì)算應(yīng)大于需要檢查的預(yù)定焊接寬度的最大能夠檢查的焊接寬度； 確定包括第三探測(cè)器對(duì)或第四探測(cè)器對(duì)的各位置、隙縫的機(jī)械角度和偏轉(zhuǎn)角度的用于檢查橫向缺陷的操作參數(shù)。
全文摘要
一種相控陣列系統(tǒng)和檢查方法，用于以一遍掃面針對(duì)位于管道的內(nèi)部面和外部面兩者附近的所有標(biāo)準(zhǔn)類型的裂紋來(lái)檢查HSAW的焊縫，而不需要在一遍掃面期間對(duì)探測(cè)器進(jìn)行機(jī)械調(diào)整。該結(jié)構(gòu)包括利用至少一個(gè)用于在HAZ區(qū)域正上方進(jìn)行層壓檢查的線性PA探測(cè)器、至少一對(duì)用于縱向缺陷檢查和孔檢測(cè)的PA探測(cè)器和至少兩對(duì)用于橫向缺陷檢查的PA探測(cè)器。
文檔編號(hào)G01N29/04GK103226131SQ20131003255
公開(kāi)日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2013年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月26日
發(fā)明者克里斯·依姆博特, 張金馳, B·勒帕格 申請(qǐng)人:奧林巴斯Ndt公司