一種用于厚壁管全體積檢測(cè)的超聲內(nèi)掃描成像系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種用于厚壁管全體積檢測(cè)的超聲內(nèi)掃描成像系統(tǒng)，本系統(tǒng)以厚壁管掃查器為基礎(chǔ)，搭建厚壁管超聲檢測(cè)系統(tǒng)；分別設(shè)定激勵(lì)信號(hào)、接收信號(hào)相應(yīng)參數(shù)，搭載低頻導(dǎo)波探頭進(jìn)行掃查獲取內(nèi)壁大面積缺陷的大概位置與形狀，搭載表面波探頭掃查后對(duì)內(nèi)壁近表面缺陷的大概位置與形狀進(jìn)行判斷；根據(jù)導(dǎo)波與表面波掃查結(jié)果搭載縱波直探頭，分別設(shè)定激勵(lì)信號(hào)、接收信號(hào)、掃查范圍相關(guān)參數(shù)后進(jìn)行掃查，將接收到的掃查信號(hào)存入計(jì)算機(jī)；通過觀察接收到的掃查信號(hào)設(shè)置時(shí)間窗，并根據(jù)掃查范圍設(shè)置成像參數(shù)，對(duì)厚壁管進(jìn)行成像，對(duì)厚壁管全體積檢測(cè)的結(jié)果進(jìn)行直觀的表示。
【專利說明】
一種用于厚壁管全體積檢測(cè)的超聲內(nèi)掃描成像系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種超聲內(nèi)掃描成像系統(tǒng)及方法，特別是一種用于厚壁管全體積檢測(cè)的內(nèi)掃描成像方法，屬于無損檢測(cè)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]作為一種傳輸高溫、高壓液體及氣體的承載工具，厚壁管在電力、石油、化工等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。以火力發(fā)電為例，厚壁管是火電機(jī)組管道系統(tǒng)的核心部件。為提高火力發(fā)電效率，需要提高蒸汽的壓力和溫度，因此，電站蒸汽管道需采用能承受很高蒸汽壓力和溫度的厚壁管。然而，厚壁管在從毛坯到成型的過程中，可能會(huì)產(chǎn)生缺陷，如疏松、縮孔等。同時(shí)，由于長(zhǎng)期在高溫、高壓的環(huán)境中運(yùn)行，因材料產(chǎn)生蠕變、蛻化及應(yīng)力松弛等原因，厚壁管中易出現(xiàn)的熱疲勞損傷、腐蝕和局部減薄等缺陷。在運(yùn)行過程中，這些缺陷極易擴(kuò)大并可能導(dǎo)致管體爆裂、泄漏等嚴(yán)重事故。因此，需要開展厚壁管無損檢測(cè)技術(shù)的研究，它對(duì)于預(yù)防事故、維護(hù)生產(chǎn)安全運(yùn)行具有重要的意義。
[0003]目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)厚壁管無損檢測(cè)方法開展了大量卓有成效的研究。厚壁管常用的無損檢測(cè)方法有:磁粉檢測(cè)、滲透檢測(cè)、射線檢測(cè)、漏磁檢測(cè)和超聲檢測(cè)。磁粉檢測(cè)和滲透檢測(cè)主要應(yīng)用于厚壁管的表面檢測(cè)，射線檢測(cè)、漏磁檢測(cè)和超聲檢測(cè)的穿透深度較大，可用于厚壁管的整體檢測(cè)。但是，射線檢測(cè)對(duì)人體具有危害性，漏磁檢測(cè)則要求被檢管道必須是鐵磁性材料。
[0004]超聲檢測(cè)技術(shù)因具有檢測(cè)靈活，既能用于結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷檢測(cè)又能用于表面缺陷檢測(cè)等特點(diǎn)，而備受無損檢測(cè)工程技術(shù)人員的青睞。利用不同的檢測(cè)模式，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)厚壁管超聲無損檢測(cè)方法開展了大量卓有成效的研究。例如，在探頭入射角小于第一臨界角的范圍內(nèi)，趙仁順將折射縱波斜射到鋼管外壁產(chǎn)生的變型橫波用于厚壁管內(nèi)壁縱向裂紋檢測(cè)(超厚壁鋼管內(nèi)壁缺陷的超聲波探傷方法研究，檢測(cè)技術(shù)，2010)，但該方法難以實(shí)現(xiàn)厚壁管內(nèi)壁橫向裂紋檢測(cè)；蔡紅生將斜探頭產(chǎn)生的周向?qū)Рㄓ糜诤癖诠苋毕輽z測(cè)(申請(qǐng)?zhí)?200910227225.X)，該方法效率較高，可以實(shí)現(xiàn)周向整個(gè)厚度范圍厚壁管檢測(cè)。但該方法難以實(shí)現(xiàn)管道中周向裂紋檢測(cè)；周世元提出一種大口徑厚壁管超聲組合檢測(cè)方法(申請(qǐng)?zhí)?201410083881.8)，利用縱波檢測(cè)面積型缺陷，利用橫波檢測(cè)內(nèi)外壁橫向缺陷和外壁縱向缺陷檢測(cè)，并通過進(jìn)給裝置控制檢測(cè)系統(tǒng)的進(jìn)給，實(shí)現(xiàn)對(duì)厚壁管道的整體檢測(cè)，但該方法難以實(shí)現(xiàn)內(nèi)壁縱向缺陷檢測(cè)，且檢測(cè)結(jié)果的可視性差。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]針對(duì)現(xiàn)有超聲檢測(cè)技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)厚壁管道全體積自動(dòng)、高精度損傷檢測(cè)問題，本實(shí)用新型提出一種用于厚壁管全體積檢測(cè)的超聲內(nèi)掃描成像方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)厚壁管道全體積中不同類型缺陷的自動(dòng)掃描檢測(cè)與成像。
[0006]厚壁管全體積檢測(cè)的超聲內(nèi)掃描成像方法的原理在于，通過自動(dòng)掃描移動(dòng)裝置分別帶動(dòng)沿厚壁管軸向和周向激勵(lì)的超聲導(dǎo)波探頭、沿管內(nèi)壁軸向和周向激勵(lì)的表面波探頭及沿厚壁管徑向激勵(lì)的體波探頭，實(shí)現(xiàn)厚壁管全體積內(nèi)不同缺陷自動(dòng)檢測(cè)成像。即，利用沿厚管道周向傳播的周向?qū)Р▽?shí)現(xiàn)整個(gè)管道厚度的軸向較大缺陷檢測(cè)，利用沿厚管道軸向傳播的縱向?qū)Р▽?shí)現(xiàn)整個(gè)管道厚度的周向較大缺陷檢測(cè)，利用沿管道內(nèi)壁周向傳播的表面波實(shí)現(xiàn)管道內(nèi)壁軸向微小缺陷檢測(cè)，利用沿管道內(nèi)壁軸向傳播的表面波實(shí)現(xiàn)管道內(nèi)壁周向微小缺陷檢測(cè)，利用縱波探頭實(shí)現(xiàn)厚壁管體及外壁較小缺陷檢測(cè)。同時(shí)，對(duì)五種自動(dòng)掃查方式獲得的檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將缺陷檢測(cè)結(jié)果以三維圖形方式顯示。
[0007]本實(shí)用新型的優(yōu)勢(shì)在于，將周向和軸向傳播的超聲導(dǎo)波、周向和軸向傳播的表面波及縱波自動(dòng)掃描檢測(cè)相結(jié)合，充分利用了各模式超聲波的檢測(cè)優(yōu)勢(shì)，即，超聲導(dǎo)波技術(shù)的檢測(cè)范圍大、效率高，表面波對(duì)表面缺陷的高敏感性，高頻縱波的高檢測(cè)精度等，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)厚壁管全體積內(nèi)不同缺陷的自動(dòng)檢測(cè)。因此，該方法的檢測(cè)效率和缺陷識(shí)別精度高。同時(shí)，檢測(cè)結(jié)果以三維圖像形式顯示，結(jié)果直觀。
[0008]本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下:
[0009]本實(shí)用新型所采用的系統(tǒng)參見圖1，一種用于厚壁管全體積檢測(cè)的超聲內(nèi)掃描成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)1、超聲激勵(lì)接收儀2、電氣控制箱3、超聲波激勵(lì)接收探頭4、楔塊
5、厚壁管掃查器6、水栗7;計(jì)算機(jī)I與電氣控制箱3之間通過信號(hào)線相連，氣控制箱3與厚壁管掃查器6相連;計(jì)算機(jī)I通過厚壁管掃查系統(tǒng)控制模塊設(shè)定各種參數(shù)并控制厚壁管掃查器6在厚壁管內(nèi)運(yùn)動(dòng);計(jì)算機(jī)I與超聲激勵(lì)接收儀2之間通過信號(hào)線相連，計(jì)算機(jī)I通過厚壁管掃查系統(tǒng)控制模塊設(shè)定各種參數(shù)并控制超聲激勵(lì)接收儀2的硬件激勵(lì)和接收超聲波信號(hào)，同時(shí)對(duì)超聲波信號(hào)進(jìn)行處理;超聲激勵(lì)接收儀2的信號(hào)輸出接收端信號(hào)線與超聲波激勵(lì)接收探頭4相連;超聲波激勵(lì)接收探頭4通過楔塊5搭載在厚壁管掃查器6上，超聲波激勵(lì)接收探頭4接收自身激勵(lì)反射回來的超聲波信號(hào)，超聲波信號(hào)通過超聲激勵(lì)接收儀2處理，再將超聲波信號(hào)送入計(jì)算機(jī)I的厚壁管掃查系統(tǒng)控制模塊中進(jìn)行存儲(chǔ)與成像。
[0010]水栗7通過管道與厚壁管掃查器6上的楔塊5相連;水栗7提供的水作為耦合劑，通過楔塊5上的水流通道后到達(dá)楔塊5與管道的耦合面。
[0011 ]所述超聲波激勵(lì)接收探頭4安裝在楔塊5的底部，楔塊5與厚壁管掃查器6通過卡頭相連接。
[0012]所述的超聲波激勵(lì)接收探頭4包括低頻導(dǎo)波探頭、表面波探頭、縱波直探頭。
[0013]本實(shí)用新型提出的厚壁管全體積檢測(cè)的缺陷無損檢測(cè)方法其具體檢測(cè)方法步驟如下，
[0014]步驟一:通過厚壁管內(nèi)徑Rl，楔塊寬度p，計(jì)算得出楔塊接觸面弧度α等于α= (43?/360) Xarcsin(p/2R1)，依此設(shè)計(jì)楔塊如附圖3;
[0015]步驟二:檢測(cè)系統(tǒng)搭建及參數(shù)設(shè)置；
[0016](I)以厚壁管掃查系統(tǒng)為基礎(chǔ)，搭建檢測(cè)系統(tǒng)；
[0017](2)信號(hào)參數(shù)設(shè)置:包括激勵(lì)信號(hào)參數(shù):激勵(lì)電壓、激勵(lì)頻率、激勵(lì)周期、重復(fù)頻率。接收信號(hào)參數(shù):采樣頻率、采樣點(diǎn)數(shù)、增益、直流偏置，通過計(jì)算機(jī)軟件控制超聲激勵(lì)接收儀硬件系統(tǒng)將激勵(lì)信號(hào)送入超聲波激勵(lì)接收探頭(4);
[0018](3)搭載低頻導(dǎo)波探頭進(jìn)行周向掃查，獲取管道內(nèi)壁軸向大面積缺陷的大致位置；搭載低頻導(dǎo)波探頭進(jìn)行軸向掃查，獲取管道周向大面積缺陷的大致位置
[0019](4)搭載表面波探頭進(jìn)行軸向、周向掃查獲取管道內(nèi)壁近表面缺陷大致位置；
[0020](5)運(yùn)動(dòng)參數(shù)設(shè)置:根據(jù)導(dǎo)波與表面波探頭掃查結(jié)果設(shè)置包括掃查起始點(diǎn)軸向位置與周向角度、掃查終點(diǎn)軸向位置與周向角度、掃查速度、軸向步進(jìn)參數(shù)；
[0021 ] (6)時(shí)間窗參數(shù)設(shè)定:設(shè)定時(shí)間窗起始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間；
[0022]步驟三:開始掃查，通過設(shè)定不同的運(yùn)動(dòng)參數(shù)以及時(shí)間窗范圍，由厚壁管掃查器
(6)搭載縱波直探頭采集到厚壁管道不同區(qū)域的信號(hào)；
[0023]步驟四:根據(jù)提取截取時(shí)間窗內(nèi)信號(hào)的幅值或時(shí)間特征;對(duì)掃查的厚壁管區(qū)域進(jìn)行缺陷成像。
【附圖說明】
[0024]圖1檢測(cè)裝置原理圖。
[0025]圖2為超聲波激勵(lì)接收探頭與楔塊之間的連接關(guān)系圖。
[0026]圖3是本實(shí)用新型方法的實(shí)施流程圖。
[0027]圖4是楔塊設(shè)計(jì)原則示意圖。
[0028]圖5是管道外壁典型信號(hào)。
[0029]圖6是管道內(nèi)壁典型信號(hào)。
[0030]圖中:1、計(jì)算機(jī)，2、超聲激勵(lì)接收儀，3、電氣控制箱、4、超聲波激勵(lì)接收探頭，5、楔塊、6、厚壁管掃查器、7、水栗。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖1-6對(duì)本實(shí)用新型中體波檢測(cè)作進(jìn)一步說明
[0032]步驟一:通過厚壁管內(nèi)壁弧度以及探頭搭載時(shí)對(duì)厚壁管的信號(hào)來設(shè)計(jì)楔塊如附圖:4所示:本文檢測(cè)實(shí)驗(yàn)所用鋼質(zhì)厚壁管，管道長(zhǎng)630mm，外徑420mm，壁厚34mm。選用探頭中心頻率為5M的超聲縱波直探頭，其壓電片尺寸為24mmX 12mm，根據(jù)探頭加載楔塊后厚壁管回波設(shè)計(jì)楔塊厚度為22.5mm，試件接觸面設(shè)計(jì)為弧形，其弧度與管道內(nèi)壁一致，基于楔塊寬度P = 24mm，設(shè)計(jì)楔塊-厚壁管接觸面α = 0.016rad。
[0033]步驟二:檢測(cè)系統(tǒng)搭建及參數(shù)設(shè)置；
[0034](I)以厚壁管掃查系統(tǒng)為基礎(chǔ)，根據(jù)附圖1-2連接檢測(cè)系統(tǒng)，并搭載表面波探頭:
[0035](2)信號(hào)參數(shù)設(shè)置:包括激勵(lì)信號(hào)參數(shù):本次實(shí)驗(yàn)選用激勵(lì)電壓100V、激勵(lì)頻率4700kHz、激勵(lì)周期1、重復(fù)頻率1Hz。接收信號(hào)參數(shù):采樣頻率50MHz、采樣點(diǎn)數(shù)2000、增益57dB、直流偏置0V。通過計(jì)算機(jī)軟件控制UT350超聲激勵(lì)接收儀硬件系統(tǒng)將激勵(lì)信號(hào)送入超聲波激勵(lì)接收探頭4;
[0036](3)掃查模式選擇精掃，將縱波直探頭搭載于楔塊上，
[0037 ] (4)運(yùn)動(dòng)參數(shù)設(shè)置:包括掃查起始點(diǎn)軸向位置與周向角度、掃查終點(diǎn)軸向位置與周向角度、掃查速度、軸向步進(jìn)，根據(jù)表面波粗掃結(jié)果選擇軸向掃查范圍從180cm到240cm，掃查角度范圍從90°到120°，并設(shè)置直線掃查速度為30mm/s，周向掃查速度為5° /s，直線步進(jìn)為 3mm。
[0038](5)時(shí)間窗參數(shù)設(shè)定:根據(jù)得到的A掃圖如附圖5設(shè)置時(shí)間窗范圍；本次實(shí)驗(yàn)設(shè)定時(shí)間窗起始時(shí)間為0.023ms、結(jié)束時(shí)間為0.026ms ；
[0039]步驟三:掃查結(jié)束后根據(jù)提取截取時(shí)間窗內(nèi)信號(hào)的幅值或時(shí)間特征;選擇幅值成像后對(duì)掃查的厚壁管外壁進(jìn)行缺陷成像;獲取掃查區(qū)域的外壁缺陷成像效果圖。
[0040]步驟四:重復(fù)步驟二，根據(jù)A掃波形外壁缺陷回波位置重新設(shè)定時(shí)間窗;起始時(shí)間為0.0306ms，終點(diǎn)為0.0339ms，掃查結(jié)束后根據(jù)提取截取時(shí)間窗內(nèi)信號(hào)的幅值或時(shí)間特征；選擇幅值成像對(duì)掃查的厚壁管內(nèi)壁進(jìn)行缺陷成像;獲取掃查區(qū)域的外壁缺陷成像效果圖。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于厚壁管全體積檢測(cè)的超聲內(nèi)掃描成像系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)(I)、超聲激勵(lì)接收儀(2)、電氣控制箱(3)、超聲波激勵(lì)接收探頭(4)、楔塊(5)、厚壁管掃查器(6)、水栗(7);計(jì)算機(jī)(I)與電氣控制箱(3)之間通過信號(hào)線相連，氣控制箱(3)與厚壁管掃查器(6)相連;計(jì)算機(jī)(I)通過厚壁管掃查系統(tǒng)控制模塊設(shè)定各種參數(shù)并控制厚壁管掃查器(6)在厚壁管內(nèi)運(yùn)動(dòng);計(jì)算機(jī)(I)與超聲激勵(lì)接收儀(2)之間通過信號(hào)線相連，計(jì)算機(jī)(I)通過厚壁管掃查系統(tǒng)控制模塊設(shè)定各種參數(shù)并控制超聲激勵(lì)接收儀(2)的硬件激勵(lì)和接收超聲波信號(hào)，同時(shí)對(duì)超聲波信號(hào)進(jìn)行處理;超聲激勵(lì)接收儀(2)的信號(hào)輸出接收端信號(hào)線與超聲波激勵(lì)接收探頭(4)相連;超聲波激勵(lì)接收探頭(4)通過楔塊(5)搭載在厚壁管掃查器(6)上，超聲波激勵(lì)接收探頭(4)接收自身激勵(lì)反射回來的超聲波信號(hào)，超聲波信號(hào)通過超聲激勵(lì)接收儀(2)處理，再將超聲波信號(hào)送入計(jì)算機(jī)(I)的厚壁管掃查系統(tǒng)控制模塊中進(jìn)行存儲(chǔ)與成像； 水栗(7)通過管道與厚壁管掃查器(6)上的楔塊(5)相連；水栗(7)提供的水作為耦合劑，通過楔塊(5)上的水流通道后到達(dá)楔塊(5)與管道的耦合面。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于厚壁管全體積檢測(cè)的超聲內(nèi)掃描成像系統(tǒng)，其特征在于:所述超聲波激勵(lì)接收探頭(4)安裝在楔塊(5)的底部，楔塊(5)與厚壁管掃查器(6)通過卡頭相連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于厚壁管全體積檢測(cè)的超聲內(nèi)掃描成像系統(tǒng)，其特征在于:所述的超聲波激勵(lì)接收探頭(4)包括低頻導(dǎo)波探頭、表面波探頭、縱波直探頭。
【文檔編號(hào)】G01N29/04GK205643251SQ201620134119
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年2月22日
【發(fā)明人】焦敬品, 李立, 孫陶陶, 何存富, 李先鋒
【申請(qǐng)人】南京蘭博瑞達(dá)檢測(cè)技術(shù)有限公司, 北京工業(yè)大學(xué)