一種用于厚壁管全體積檢測的超聲內(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系統(tǒng)；分別設(shè)定激勵(lì)信號、接收信號相應(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、接收信號、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存入計(jì)算機(jī)；通過觀察接收到的掃查信號設(shè)置時(shí)間窗，并根據(jù)掃查范圍設(shè)置成像參數(shù)，對厚壁管進(jìn)行成像，對厚壁管全體積檢測的結(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的內(nèi)掃描成像方法，屬于無損檢測領(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，可能會產(chǎn)生缺陷，如疏松、縮孔等。同時(shí)，由于長期在高溫、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技術(shù)的研究，它對于預(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，國內(nèi)外學(xué)者對厚壁管無損檢測方法開展了大量卓有成效的研究。厚壁管常用的無損檢測方法有:磁粉檢測、滲透檢測、射線檢測、漏磁檢測和超聲檢測。磁粉檢測和滲透檢測主要應(yīng)用于厚壁管的表面檢測，射線檢測、漏磁檢測和超聲檢測的穿透深度較大，可用于厚壁管的整體檢測。但是，射線檢測對人體具有危害性，漏磁檢測則要求被檢管道必須是鐵磁性材料。
[0004]超聲檢測技術(shù)因具有檢測靈活，既能用于結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷檢測又能用于表面缺陷檢測等特點(diǎn)，而備受無損檢測工程技術(shù)人員的青睞。利用不同的檢測模式，國內(nèi)外學(xué)者對厚壁管超聲無損檢測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(超厚壁鋼管內(nèi)壁缺陷的超聲波探傷方法研究，檢測技術(shù)，2010)，但該方法難以實(shí)現(xiàn)厚壁管內(nèi)壁橫向裂紋檢測；蔡紅生將斜探頭產(chǎn)生的周向?qū)Рㄓ糜诤癖诠苋毕輽z測(申請?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。但該方法難以實(shí)現(xiàn)管道中周向裂紋檢測；周世元提出一種大口徑厚壁管超聲組合檢測方法(申請?zhí)?201410083881.8)，利用縱波檢測面積型缺陷，利用橫波檢測內(nèi)外壁橫向缺陷和外壁縱向缺陷檢測，并通過進(jìn)給裝置控制檢測系統(tǒng)的進(jìn)給，實(shí)現(xiàn)對厚壁管道的整體檢測，但該方法難以實(shí)現(xiàn)內(nèi)壁縱向缺陷檢測，且檢測結(jié)果的可視性差。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]針對現(xiàn)有超聲檢測技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)厚壁管道全體積自動(dòng)、高精度損傷檢測問題，本實(shí)用新型提出一種用于厚壁管全體積檢測的超聲內(nèi)掃描成像方法，實(shí)現(xiàn)對厚壁管道全體積中不同類型缺陷的自動(dòng)掃描檢測與成像。
[0006]厚壁管全體積檢測的超聲內(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，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，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，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，利用縱波探頭實(shí)現(xiàn)厚壁管體及外壁較小缺陷檢測。同時(shí)，對五種自動(dòng)掃查方式獲得的檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將缺陷檢測結(jié)果以三維圖形方式顯示。
[0007]本實(shí)用新型的優(yōu)勢在于，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)掃描檢測相結(jié)合，充分利用了各模式超聲波的檢測優(yōu)勢，即，超聲導(dǎo)波技術(shù)的檢測范圍大、效率高，表面波對表面缺陷的高敏感性，高頻縱波的高檢測精度等，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。因此，該方法的檢測效率和缺陷識別精度高。同時(shí)，檢測結(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，同時(shí)對超聲波信號進(jìn)行處理;超聲激勵(lì)接收儀2的信號輸出接收端信號線與超聲波激勵(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，超聲波信號通過超聲激勵(lì)接收儀2處理，再將超聲波信號送入計(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的缺陷無損檢測方法其具體檢測方法步驟如下，
[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)，搭建檢測系統(tǒng)；
[0017](2)信號參數(shù)設(shè)置:包括激勵(lì)信號參數(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；
[0023]步驟四:根據(jù)提取截取時(shí)間窗內(nèi)信號的幅值或時(shí)間特征;對掃查的厚壁管區(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。
[0029]圖6是管道內(nèi)壁典型信號。
[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對本實(shí)用新型中體波檢測作進(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)對厚壁管的信號來設(shè)計(jì)楔塊如附圖:4所示:本文檢測實(shí)驗(yàn)所用鋼質(zhì)厚壁管，管道長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連接檢測系統(tǒng)，并搭載表面波探頭:
[0035](2)信號參數(shù)設(shè)置:包括激勵(lì)信號參數(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)信號的幅值或時(shí)間特征;選擇幅值成像后對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)信號的幅值或時(shí)間特征；選擇幅值成像對掃查的厚壁管內(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，同時(shí)對超聲波信號進(jìn)行處理;超聲激勵(lì)接收儀(2)的信號輸出接收端信號線與超聲波激勵(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，超聲波信號通過超聲激勵(lì)接收儀(2)處理，再將超聲波信號送入計(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】G01N29/04GK205643251SQ201620134119
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年2月22日
【發(fā)明人】焦敬品, 李立, 孫陶陶, 何存富, 李先鋒
【申請人】南京蘭博瑞達(dá)檢測技術(shù)有限公司, 北京工業(yè)大學(xué)