專利名稱：厚壁聯(lián)箱及管道超聲波探傷裝置及探傷方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)損檢測(cè)超聲波探傷領(lǐng)域，特別是一種檢測(cè)大型火力發(fā)電機(jī)組或其它行業(yè)中的厚壁聯(lián)箱及管道上的焊縫缺陷用的裝置及方法。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，熱力發(fā)電廠中的火力發(fā)電機(jī)組的容量越來(lái)越大，目前已有600MW 1000MW機(jī)組在投入運(yùn)行。伴隨著機(jī)組的增大，大型機(jī)組的厚壁聯(lián)箱及管道(汽水分離器、主蒸汽聯(lián)箱及管道)的壁厚也相對(duì)加大，有的已增大到110mm。這些厚壁聯(lián)箱及管道因?yàn)槌叽绾徒Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)，已不能按現(xiàn)有的超聲波檢測(cè)規(guī)程的要求進(jìn)行正常檢測(cè)了。比如現(xiàn)有的超聲波檢測(cè)規(guī)程中要求厚度大于46mm的對(duì)接焊縫需雙面雙側(cè)探傷，這樣才能全面檢測(cè)焊縫，然而由于大型機(jī)組的厚壁聯(lián)箱及管道的直徑相對(duì)較小，又無(wú)較大的人孔門，所以內(nèi)側(cè)已無(wú)法進(jìn)行探傷了，只能在外側(cè)進(jìn)行單面雙側(cè)檢驗(yàn)。 在外側(cè)進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)，對(duì)于較厚的工件一般用K值較小的探頭，比如Kl探頭進(jìn)行檢測(cè)。實(shí)踐證明，采用Kl探頭只能檢測(cè)到焊縫下部，如果采用二次波檢驗(yàn)，則Kl探頭在試塊上只能調(diào)到120mm左右，根本達(dá)不到200mm以上，焊縫上部約40%的面積屬于漏檢(參見圖4)。若采用兩只探頭，即另加K2探頭進(jìn)行二次探傷，焊縫仍然有20% 30%的面積得不到檢測(cè)(參見圖5)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種厚壁聯(lián)箱及管道超聲波探傷裝置及探傷方法，要解決大型機(jī)組的厚壁聯(lián)箱及管道的厚度大于46mm時(shí)，厚壁聯(lián)箱及管道上的焊縫無(wú)法全面檢測(cè)的技術(shù)問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種厚壁聯(lián)箱及管道超聲波探傷裝置，包括脈沖超聲波探傷儀、超聲波探頭和試塊，其中超聲波探頭包括有殼體、透聲楔塊、插座、壓電晶片和吸聲材料，其特征在于所述超聲波探頭是縱波斜入射超聲波探頭，其殼體內(nèi)部的壓電晶片與殼體底面的夾角為9° 11° (針對(duì)有機(jī)玻璃作楔塊，可獲得在鋼中20。 25。折射角)。所述試塊包括一個(gè)長(zhǎng)方體形狀的試塊主體，該試塊主體的寬度為200mm，高度為120mm,厚度為40mm,該試塊主體靠左側(cè)位置豎向間隔設(shè)置有四個(gè)直徑為3mm的橫通孔,相鄰兩橫通孔的圓心之間的距離為30mm，該試塊主體靠右側(cè)偏下位置設(shè)置有一個(gè)試塊通孔，試塊通孔中鑲嵌有一個(gè)直徑為50mm的有機(jī)玻璃圓柱體，該試塊主體的右側(cè)面上部位置突出有一個(gè)圓心角為90°的小扇形試塊和一個(gè)圓心角為90°的大扇形試塊,所述小扇形試塊的半徑為50mm,所述大扇形試塊的半徑為100mm。所述縱向通孔的圓心到試塊主體的左側(cè)面的距離為40mm，位于最高處的縱向通孔的圓心到試塊主體的頂面的距離為10mm。所述有機(jī)玻璃圓柱體的圓心到試塊主體的右側(cè)面的距離為35mm，有機(jī)玻璃圓柱體的圓心到試塊主體的底面的距離為30mm。所述壓電晶片的尺寸為不小于13mmX13mm。所述超聲波探頭的頻率在I. 8MHz 2. 5MHz之間。所述脈沖超聲波探傷儀是模擬脈沖超聲波探傷儀或數(shù)字脈沖超聲波探傷儀。一種應(yīng)用上述厚壁聯(lián)箱及管道超聲波探傷裝置的探傷方法，其特征在于步驟如下步驟一、用試塊和超聲波探頭對(duì)脈沖超聲波探傷儀進(jìn)行調(diào)試；步驟二、用超聲波探頭和超聲波探傷儀和試塊制作距離波幅曲線；步驟三、用超聲波探頭和超聲波探傷儀對(duì)厚壁聯(lián)箱及管道上的焊縫進(jìn)行缺陷的掃查、定量及定位。 所述步驟一中，先將超聲波探頭放在小扇形試塊和大扇形試塊的圓心處，測(cè)試超聲波探頭的入射點(diǎn)，即得出探頭主波束的入射點(diǎn)到探頭前沿的距離L0，接著通過脈沖超聲波探傷儀上的自動(dòng)掃描裝置調(diào)試脈沖超聲波探傷儀的掃描速度，然后后移超聲波探頭，當(dāng)超聲波探頭發(fā)出的主聲束打到有機(jī)玻璃圓柱體時(shí)，測(cè)量探頭主波束的入射點(diǎn)至有機(jī)玻璃圓柱體的圓心處的水平距離L3，利用tg@ =L3 + L4從而得出探頭主波束在鋼中的縱波折射角度@，所述L4為試塊上表面到有機(jī)玻璃圓柱體的圓心處的距離。與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下特點(diǎn)和有益效果本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種縱波大角度斜入射超聲波探頭和一種與該探頭相適應(yīng)的超聲波試塊，以及一種與之相適應(yīng)的超聲波探傷方法，本發(fā)明可以100%的檢測(cè)大型火力發(fā)電機(jī)組中的厚壁聯(lián)箱及管道上的焊縫缺陷。本發(fā)明中的超聲波探頭里的壓電晶片與殼體底面的夾角為9° 11°，該角度是針對(duì)有機(jī)玻璃作為楔塊，按公式sin a/sin 0=L1 / L 2算出來(lái)的，該公式中，a為探頭主波束在有機(jī)玻璃中的入射角度，即超聲波探頭里的壓電晶片與殼體底面的夾角(9° 11° )，所述P為探頭主波束在鋼中的縱波折射角度，即探頭主波束角度(20° 25。)，所述LI為探頭主波束在有機(jī)玻璃中縱波聲速，所述L 2為探頭主波束在鋼中的縱波聲速。采用了這個(gè)角度以后，在檢測(cè)焊縫時(shí)，就可以保證探頭主波束角度在20° 25°之間。本發(fā)明中的超聲波探頭的設(shè)計(jì)依據(jù)是因焊縫根部易出現(xiàn)危害性缺陷，對(duì)于焊縫根部缺陷，檢測(cè)人員是普遍重視的部位，因而設(shè)計(jì)理念是力求一次波能檢測(cè)到焊縫根部，采用二次波檢驗(yàn)焊縫中部和上部缺陷，據(jù)此，通過作圖或計(jì)算法選擇了 20° 25°的縱波探頭，參見圖6，探頭在X位置時(shí)可檢測(cè)到A-D處即根部缺陷，當(dāng)探頭移到Y(jié)位置時(shí)，主聲束二次波開始檢驗(yàn)到D-B處即上部缺陷，當(dāng)探頭移到Z位置時(shí)，主聲束檢驗(yàn)到B-C處即整個(gè)焊縫檢驗(yàn)完畢，這樣就保證了對(duì)接焊縫的100%全面檢驗(yàn)。由于采用了本發(fā)明中的超聲波探頭，現(xiàn)有的試塊在進(jìn)行測(cè)試探頭性能、儀器調(diào)試等工作時(shí)已不能滿足要求了，所以本發(fā)明還設(shè)計(jì)了一種新的試塊，解決了測(cè)試探頭性能和調(diào)整儀器的需要。本發(fā)明中的試塊有兩個(gè)好處I、當(dāng)采用了本發(fā)明中的超聲波探頭以后，現(xiàn)有的試塊已經(jīng)不能滿足要求了，比如原CSK- I型試塊上的半徑為50mm的小扇形試塊和半徑為IOOmm的大扇形試塊均采用的夾角為65° ,本發(fā)明中的超聲波探頭就不能與之配合使用，而本發(fā)明中的試塊上設(shè)有半徑為50mm的小扇形試塊和半徑為IOOmm的大扇形試塊,并且小扇形試塊和大扇形試塊的夾角均為90°，90°的扇形試塊可以與20° 25°的探頭主波束角度相適應(yīng)，所以完全可以滿足本發(fā)明中的超聲波探頭的要求；同時(shí)，考慮到檢測(cè)對(duì)象為厚壁聯(lián)箱，若采用CSK-III中01X6的短孔已顯得靈敏度過高，這會(huì)引起熒光屏上雜波過多影響判傷，所以參考DL/T820-2002標(biāo)準(zhǔn)，并借鑒標(biāo)準(zhǔn)中的RB試塊，采用0 3X40mm的橫通孔，就可以滿足探傷的要求。2、方便調(diào)試，本發(fā)明中的試塊綜合了 CSK- I試塊和RB試塊的功能(將CSK- I試塊和RB試塊中的03X40通孔部分綜合在了一起)，也就是說，采用了本發(fā)明中的一個(gè)試塊，就能完成原來(lái)需要兩個(gè)試塊才能完成的工作。本發(fā)明還包括了用本發(fā)明中的超聲波探頭和試塊來(lái)100%檢查厚壁聯(lián)箱及管道上的焊縫的探傷的方法 ，克服了橫波檢測(cè)漏檢的弊病。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。圖I是本發(fā)明中的超聲波探頭的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明中的試塊的主視示意圖。圖3是圖2的俯視示意圖。圖4是采用Kl探頭檢測(cè)焊縫的示意圖。圖5是采用K2探頭檢測(cè)焊縫的示意圖。圖6是采用本發(fā)明中的超聲波探頭檢測(cè)焊縫的示意圖。附圖標(biāo)記1 一殼體、I. I 一殼體底面、2 —透聲楔塊、3 —插座、4 一壓電晶片、5 —吸聲材料、6 —橫通孔、7 —有機(jī)玻璃圓柱體、8 —大扇形試塊、9 一小扇形試塊、10 —試塊主體。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例參見圖I所示，這種厚壁聯(lián)箱及管道超聲波探傷裝置，包括脈沖超聲波探傷儀、超聲波探頭和試塊，其中超聲波探頭包括有殼體I、透聲楔塊2、插座3、壓電晶片4和吸聲材料5，所述超聲波探頭是縱波斜入射超聲波探頭，其殼體內(nèi)部的壓電晶片4與殼體底面I. I的夾角a為9° 11°，也就是說，所述超聲波探頭是一種大角度超聲縱波探頭，本實(shí)施例中，壓電晶片4的尺寸為不小于13mmX 13mm，超聲波探頭的頻率在I. 8MHz 2. 5MHz之間。參見圖2、圖3，所述試塊包括一個(gè)長(zhǎng)方體形狀的試塊主體10，該試塊主體10的寬度為200mm，高度為120mm，厚度為40mm，該試塊主體10靠左側(cè)位置豎向間隔設(shè)置有四個(gè)直徑為3mm的橫通孔6,相鄰兩橫通孔6的圓心之間的距離為30mm,該試塊主體10靠右側(cè)偏下位置設(shè)置有一個(gè)試塊通孔，試塊通孔中鑲嵌有一個(gè)直徑為50_的有機(jī)玻璃圓柱體7 (有機(jī)玻璃圓柱體7與試塊通孔為緊配合結(jié)構(gòu))，該試塊主體10的右側(cè)面上部位置突出有一個(gè)圓心角為90°的小扇形試塊9和一個(gè)圓心角為90°的大扇形試塊8,所述小扇形試塊9的半徑為50mm,所述大扇形試塊8的半徑為100mm。所述試塊的材質(zhì)按與被探工件相同或聲速相近材質(zhì)選擇，一般為鋼，試塊的外形及尺寸按圖2、圖3加工，所述的四個(gè)橫通孔為反射孔。本實(shí)施例中，橫通孔6的圓心到試塊主體10的左側(cè)面的距離為40mm，位于最高處的橫通孔的圓心到試塊主體10的頂面的距離為10mm。有機(jī)玻璃圓柱體7的圓心到試塊主體10的右側(cè)面的距離為35mm,有機(jī)玻璃圓柱體7的圓心到試塊主體10的底面的距離為30mm。所述脈沖超聲波探傷儀是模擬脈沖超聲波探傷儀或數(shù)字脈沖超聲波探傷儀。這種應(yīng)用上述厚壁聯(lián)箱及管道超聲波探傷裝置的探傷方法，其步驟如下步驟一、用試塊和超聲波探頭對(duì)脈沖超聲波探傷儀進(jìn)行調(diào)試；步驟二、用超聲波探頭和超聲波探傷儀制作距離波幅曲線；步驟三、用超聲波探頭和超聲波探傷儀對(duì)厚壁聯(lián)箱及管道上的焊縫進(jìn)行缺陷的定量及定位。所述步驟一中，先將超聲波探頭放在小扇形試塊9和大扇形試塊8的圓心處(SP在熒光屏上R50-R100mm反射波最強(qiáng)時(shí))，測(cè)試超聲波探頭的入射點(diǎn)，即得出探頭主波束的入射點(diǎn)到探頭前沿的距離L0，接著通過脈沖超聲波探傷儀上的自動(dòng)掃描裝置調(diào)試脈沖超聲波探傷儀的掃描速度，然后后移超聲波探頭，當(dāng)超聲波探頭發(fā)出的主聲束打到有機(jī)玻璃圓柱體7時(shí)，測(cè)量探頭主波束的入射點(diǎn)至有機(jī)玻璃圓柱體的圓心處的水平距離L3，利用tg3=L3 + L4從而得出探頭主波束在鋼中的縱波折射角度P，所述L4為試塊上表面到有機(jī)玻璃圓柱體的圓心處的距離。此外，也可以參照橫波測(cè)探頭K值的辦法得出探頭主波束在鋼中的縱波折射角度。所述步驟二中，如果是用探頭由上側(cè)探試塊，將探頭一次波對(duì)準(zhǔn)深度為IOOmm處的橫通孔(即圖2中最下側(cè)的縱向通孔)設(shè)為第一點(diǎn)，后移探頭分別用二次波分別做出深度 為140mm、170mm、200mm、230mm處的橫通孔的第二、第三、第四、第五點(diǎn)的距離波幅曲線。參照規(guī)程要求繪出評(píng)定線、定量線、判廢線(由于掃描速度按縱波調(diào)整，因而在熒光屏上顯示值并非深度值)。如果是用探頭由下側(cè)探試塊，將探頭一次波對(duì)準(zhǔn)深度為IlOmm處的橫通孔(即圖2中最上側(cè)的橫通孔)設(shè)為第一點(diǎn)，后移探頭分別用二次波分別做出深度為130mm、160mm、190mm、220mm處的橫通孔的第二、第三、第四、第五點(diǎn)的距離波幅曲線。參照規(guī)程要求繪出評(píng)定線、定量線、判廢線(由于掃描速度按縱波調(diào)整，因而在熒光屏上顯示值并非深度值)。所述步驟三中，檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)缺陷時(shí)，缺陷的定量可參考常規(guī)橫波檢驗(yàn)方法進(jìn)行，判傷依據(jù)按DL/T820-2002標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，缺陷的定位可先將實(shí)測(cè)探頭角度折算成K值，再按橫波檢測(cè)方法進(jìn)行定位，也可參照橫波檢驗(yàn)的方法進(jìn)行定位。
權(quán)利要求
1.一種厚壁聯(lián)箱及管道超聲波探傷裝置，包括脈沖超聲波探傷儀、超聲波探頭和試塊，其中超聲波探頭包括有殼體(I)、透聲楔塊(2)、插座(3)、壓電晶片(4)和吸聲材料(5)，其特征在于所述超聲波探頭是縱波斜入射超聲波探頭，其殼體內(nèi)部的壓電晶片(4)與殼體底面(I. I)的夾角(a)為9° 11° ; 所述試塊包括一個(gè)長(zhǎng)方體形狀的試塊主體(10)，該試塊主體(10)的寬度為200_，高度為120mm,厚度為40mm,該試塊主體(10)靠左側(cè)位置豎向間隔設(shè)置有四個(gè)直徑為3mm的橫通孔(6)，相鄰兩橫通孔(6)的圓心之間的距離為30mm，該試塊主體(10)靠右側(cè)偏下位置設(shè)置有一個(gè)試塊通孔，試塊通孔中鑲嵌有一個(gè)直徑為50_的有機(jī)玻璃圓柱體(7)，該試塊主體(10)的右側(cè)面上部位置突出有一個(gè)圓心角為90°的小扇形試塊(9)和一個(gè)圓心角為90°的大扇形試塊(8),所述小扇形試塊(9)的半徑為50mm,所述大扇形試塊(8)的半徑為IOOmm0
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的厚壁聯(lián)箱及管道超聲波探傷裝置，其特征在于所述橫通孔(6)的圓心到試塊主體(10)的左側(cè)面的距離為40mm，位于最高處的橫通孔的圓心到試塊主體(10)的頂面的距離為10mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的厚壁聯(lián)箱及管道超聲波探傷裝置，其特征在于所述有機(jī)玻璃圓柱體(7)的圓心到試塊主體(10)的右側(cè)面的距離為35mm，有機(jī)玻璃圓柱體(7)的圓心到試塊主體(10)的底面的距離為30mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的厚壁聯(lián)箱及管道超聲波探傷裝置，其特征在于所述壓電晶片(4)的尺寸為不小于13mmX 13mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的厚壁聯(lián)箱及管道超聲波探傷裝置，其特征在于所述超聲波探頭的頻率在I. 8MHz 2. 5MHz之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的厚壁聯(lián)箱及管道超聲波探傷裝置，其特征在于所述脈沖超聲波探傷儀是模擬脈沖超聲波探傷儀或數(shù)字脈沖超聲波探傷儀。
7.一種應(yīng)用上述權(quán)利要求I中所述的厚壁聯(lián)箱及管道超聲波探傷裝置的探傷方法，其特征在于步驟如下 步驟一、用試塊和超聲波探頭對(duì)脈沖超聲波探傷儀進(jìn)行調(diào)試； 步驟二、用超聲波探頭和超聲波探傷儀制作距離波幅曲線； 步驟三、用超聲波探頭和超聲波探傷儀對(duì)厚壁聯(lián)箱及管道上的焊縫進(jìn)行缺陷的定量及定位。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的應(yīng)用厚壁聯(lián)箱及管道超聲波探傷裝置的探傷方法，其特征在于所述步驟一中，先將超聲波探頭放在小扇形試塊(9)和大扇形試塊(8)的圓心處，測(cè)試超聲波探頭的入射點(diǎn)，即得出探頭主波束的入射點(diǎn)到探頭前沿的距離L0，接著通過脈沖超聲波探傷儀上的自動(dòng)掃描裝置調(diào)試脈沖超聲波探傷儀的掃描速度，然后后移超聲波探頭，當(dāng)超聲波探頭發(fā)出的主聲束打到有機(jī)玻璃圓柱體(7)時(shí)，測(cè)量探頭主波束的入射點(diǎn)至有機(jī)玻璃圓柱體的圓心處的水平距離L3，利用tg@ =L3 + L4從而得出探頭主波束在鋼中的縱波折射角度β，所述L4為試塊上表面到有機(jī)玻璃圓柱體的圓心處的距離。
全文摘要
一種厚壁聯(lián)箱及管道超聲波探傷裝置及探傷方法，該裝置包括脈沖超聲波探傷儀、超聲波探頭和試塊，所述超聲波探頭是縱波斜入射超聲波探頭，其殼體內(nèi)部的壓電晶片與殼體底面的夾角為9°～11°；所述試塊包括一個(gè)長(zhǎng)方體形狀的試塊主體，該試塊主體靠左側(cè)位置豎向間隔設(shè)置有四個(gè)直徑為3mm的橫通孔，該試塊主體靠右側(cè)偏下位置設(shè)置有一個(gè)試塊通孔，試塊通孔中鑲嵌有一個(gè)直徑為50mm的有機(jī)玻璃圓柱體，該試塊主體的右側(cè)面上部位置突出有一個(gè)圓心角為90°的小扇形試塊和一個(gè)圓心角為90°的大扇形試塊。本發(fā)明可以100%的檢測(cè)大型火力發(fā)電機(jī)組或其它行業(yè)厚壁聯(lián)箱及管道上的焊縫缺陷，保證了對(duì)接焊縫100%全面檢驗(yàn)，克服了按常規(guī)橫波檢測(cè)漏檢的弊病。
文檔編號(hào)G01N29/04GK102706962SQ20121023135
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月5日
發(fā)明者冷波, 喻疆, 姚舜宇, 宋紹河, 洪紹斌, 潘玉平, 田春香, 鄭守忠, 韓振華, 高陽(yáng)峰 申請(qǐng)人:北京中唐電工程咨詢有限公司