一种筒体纵焊缝TOFD检测缺陷深度修正方法与流程

一种筒体纵焊缝tofd检测缺陷深度修正方法
技术领域
1.本发明涉及特种设备检测领域，具体是涉及一种筒体纵焊缝tofd检测缺陷深度修正方法，用于tofd检测时缺陷深度的修正。


背景技术：

2.tofd(衍射时差法超声检测技术)已经广泛用于锅筒、球罐等特种设备焊接接头的检测。tofd检测时，需要对检测发现的缺陷位置、缺陷长度、缺陷深度、缺陷高度等参数进行测量，以评价缺陷的危害程度。
3.tofd检测的焊接接头有平板对接焊缝、筒体对接环焊缝、筒体对接纵焊缝。现有的tofd检测仪器检测参数的设置和仪器调校都是在基于平板对接焊缝进行设计的，平板对接焊缝和筒体对接环焊缝的工艺参数设置方式相同，但是筒体对接纵焊缝在设置工艺参数以及计算缺陷深度时，会产生比较大的偏差。缺陷深度如果不进行修正，会影响缺陷参数评价的准确性，在对超标缺陷进行返修时也会带来困扰。


技术实现要素：

4.本发明的目的是克服上述背景技术中的不足，提供一种筒体纵焊缝tofd检测缺陷深度修正方法。
5.本发明的技术方案是：
6.一种筒体纵焊缝tofd检测缺陷深度修正方法，按以下步骤进行：
7.1)按照平板对接焊缝计算工艺参数，根据工艺参数采用间隔距离布置的两个探头对筒体纵焊缝进行tofd检测，得到直通波的传播时间t0、缺陷上端点衍射波的传播时间t1、缺陷下端点衍射波的传播时间t2；
8.2)选取参数；选取缺陷深度计算需要的工艺参数：两个探头的中心间距2s、筒体外半径r、筒体内半径r；
9.3)计算缺陷的显示深度；根据步骤1)和步骤2)的数据，计算缺陷上端点的显示深度h1′
与缺陷下端点的显示深度h2′
；
10.4)计算缺陷深度的修正量δh；
11.5)缺陷深度修正；根据步骤4)缺陷深度的修正量，对缺陷上端点的显示深度与缺陷下端点的显示深度进行修正，得到缺陷上端点深度h1和缺陷下端点深度h2。
12.所述步骤3)的测量缺陷的显示深度的计算公式包括：缺陷上端点的显示深度缺陷下端点的显示深度c为工件中超声波传播速度。
13.所述步骤4)的计算缺陷深度的修正量δh包括：
14.①
若在平板试块上调校仪器，且tofd检测采用筒体外表面扫查，则：
15.16.②
若在平板试块上调校仪器，且tofd检测采用筒体内表面扫查，则：δh＝r(1-cosθ)；
17.③
若在筒体上调校仪器，且tofd检测采用筒体外表面扫查，则：δh＝r(1-cosθ)；
18.④
若在筒体上调校仪器，且tofd检测采用筒体内表面扫查，则：δh＝r(1-cosθ)；
19.θ为两个探头中心点的法线夹角的一半。
20.所述步骤5)的缺陷深度修正包括：
21.①
tofd检测采用筒体外表面扫查时，缺陷上端点深度h1＝h1′
δh，缺陷下端点深度h2＝h
′2 δh；
22.②
tofd检测采用筒体内表面扫查时，缺陷上端点深度h1≈h1′‑
δh，缺陷下端点深度h2≈h
′
2-δh。
23.所述步骤1)的工艺参数包括：探头中心间距2s、筒体外半径r、筒体内半径r。
24.所述两个探头分别布置在筒体纵焊缝的两侧进行tofd检测。
25.本发明的有益效果是：
26.本发明为了解决筒体纵焊缝缺陷深度定量误差大的问题，提出了一种筒体纵焊缝tofd检测缺陷深度修正方法，该方法通过对显示深度进行修正，可以显著提高缺陷的深度定位精度，为后续的缺陷返修带来便利。
附图说明
27.图1是平板对接焊缝tofd检测的示意图。
28.图2是筒体纵焊缝tofd检测的示意图(外表面扫查)。
29.图3是筒体纵焊缝tofd检测的示意图(内表面扫查)。
30.图4是本发明缺陷深度修正的流程图。
具体实施方式
31.参见图4，一种筒体纵焊缝tofd检测缺陷深度修正方法，按以下步骤进行：
32.1)按照平板对接焊缝计算工艺参数，根据工艺参数对筒体纵焊缝进行tofd检测，得到直通波的传播时间t0、缺陷上端点衍射波的传播时间t1、缺陷下端点衍射波的传播时间t2；
33.工艺参数包括：探头中心间距2s、筒体外半径r、筒体内半径r。
34.2)选取参数；选取缺陷深度计算需要的工艺参数：探头中心间距(pcs)2s、筒体外半径r、筒体内半径r；
35.3)计算缺陷的显示深度；根据步骤1)和步骤2)的数据，计算缺陷上端点的显示深度h1′
与缺陷下端点的显示深度h2′
；
36.缺陷上端点的显示深度缺陷下端点的显示深度c为工件中超声波传播速度；
37.h1′
和h2′
是基于平板对接焊缝进行计算的；也可以在tofd仪器上计算得到h1′
和h2′
，tofd仪器得到的深度也是基于平板对接焊缝进行计算的；
38.4)计算缺陷深度的修正量δh(如表1所示)
39.①
若在平板试块上调校仪器，且tofd检测采用筒体外表面扫查，则：
40.②
若在平板试块上调校仪器，且tofd检测采用筒体内表面扫查，则：δh＝r(1-cosθ)；
41.③
若在筒体上调校仪器，且tofd检测采用筒体外表面扫查，则：δh＝r(1-cosθ)；
42.④
若在筒体上调校仪器，且tofd检测采用筒体内表面扫查，则：δh＝r(1-cosθ)；表1
[0043][0044]
θ为两个探头中心点的法线夹角的一半；
[0045]
5)缺陷深度修正；缺陷深度的修正量，与tofd检测在筒体内部扫查还是筒体外部扫查，以及tofd检测工艺参数是在平板试块上调校还是在筒体上调校相关(如表2所示)；
[0046]
根据步骤4)缺陷深度的修正量，对缺陷上端点的显示深度与缺陷下端点的显示深度进行修正，得到缺陷上端点深度h1和缺陷下端点深度h2：
[0047]
①
tofd检测采用筒体外表面扫查时，缺陷上端点深度h1＝h1′
δh，缺陷下端点深度h2＝h
′2 δh；
[0048]
②
tofd检测采用筒体内表面扫查时，缺陷上端点深度h1≈h1′‑
δh，缺陷下端点深度h2≈h
′
2-δh；
[0049]
表1
[0050][0051]
修正后的缺陷深度就是缺陷的实际深度，能够准确地评价缺陷的参数，为缺陷返修带来方便。
[0052]
实施例
[0053]
对某锅筒纵焊缝进行tofd检测，该锅筒材质为13mnnimor，规格为φn1600
×
90，按照nb/t 47013.10-2015《承压设备无损检测》进行tofd检测。
[0054]
第一步、检测时进行厚度分区，通道1采用5mh在φ6mm探头，楔块角度为70
°
，检测0
～36mm区域，通道2采用3.5mh在φ10mm探头，楔块角度为60
°
检测36～90mm；每个通道声束聚焦在检测区域2/3位置，按照平板对接焊缝计算得到的工艺参数，通道1探头中心间距(pcs)为132mm，通道2探头中心间距(pcs)为249mm；
[0055]
按照计算得到的工艺参数对筒体纵焊缝进行tofd检测；
[0056]
第二步、选取参数；通道1探头中心间距(pcs)2s＝132mm，通道2探头中心间距(pcs)2s＝249mm，筒体外半径r＝890mm，筒体内半径r＝800mm；
[0057]
第三步、测量缺陷的显示深度；利用tofd仪器上的缺陷深度测量功能，测量缺陷上、下端点的显示深度，测量结果如下：
[0058]
1)在筒体外表面进行扫查，通道1检测结果为:缺陷上端点的显示深度h1′
为28mm，缺陷下端点的显示深度h2′
为31mm；
[0059]
2)在筒体内表面进行扫查，通道2的检测结果为:缺陷上端点显示深度h1′
为66.5mm，缺陷下端点的显示深度h2′
为69.5mm；
[0060]
第四步、计算缺陷深度的修正量
[0061]
1)筒体外表扫查
[0062]
①
如果在平板试块上调节工艺参数，深度修正量代入数值r＝890mm，得δh＝2.45mm；
[0063]
②
如果在筒体上调节工艺参数，深度修正量δh＝r(1-cosθ)，其中(单位：
°
)，代入数值r＝890mm，s＝66mm，计算得到：(单位：
°
)，δh＝890
×
(1-cos4.25)＝2.44mm；
[0064]
2)筒体内表面扫查
[0065]
①
如果在平板上调节工艺参数，(单位：
°
)，δh＝r(1-cosθ)，代入数值r＝800mm，得到：(单位：
°
)，δh＝r(1-cosθ)＝800
×
(1-cos8.953)＝9.75mm；
[0066]
②
如果在筒体上调校工艺参数，(单位：
°
)，δh＝r(1-cosθ)，代入数值得到：
[0067]
(单位：
°
)，
[0068]
δh＝r(1-cosθ)＝800
×
(1-cos8.916)＝9.67mm；
[0069]
第五步、缺陷深度修正；根据缺陷的显示深度和深度修正量，根据计算公式，可以得到缺陷的实际深度。
[0070]
1)筒体外表扫查
[0071]
①
如果在平板试块上调节工艺参数，缺陷上端点的实际深度h1＝28 2.45＝30.45mm，缺陷下端点的实际深度h2＝31 2.45＝33.45mm；
[0072]
②
如果在筒体上调节工艺参数，缺陷上端点的实际深度h1＝28 2.44＝30.44mm，缺陷下端点的实际深度h2＝31 2.44＝33.44mm；
[0073]
2)筒体内表面扫查
[0074]
①
如果在平板上调节工艺参数，缺陷上端点的实际深度h1≈66.5-9.75＝56.75mm，缺陷下端点的实际深度h2≈69.5-9.75＝59.75mm；
[0075]
②
如果在筒体上调校工艺参数，缺陷上端点的实际深度h1≈66.5-9.67＝56.83mm，缺陷下端点的实际深度h2≈69.5-9.67＝59.83mm。
[0076]
tofd检测缺陷深度修正的推导过程
[0077]
一、平板对接焊缝的tofd检测(如图1所示)
[0078]
工件上有一发一收的两个探头组，分别用于激励和接收超声波信号，工件中有个缺陷，缺陷上端点记为1，缺陷下端点记为2。假定探头a作为超声波发射探头，探头b作为超声波接收探头，探头a声束入射点位置为a，探头b声束入射点位置为b。探头b接收到的信号有直通波信号(沿a
→
b路径)、缺陷上端点衍射信号(沿a
→1→
b路径)、缺陷下端点衍射信号(沿a
→2→
b路径)，底面反射波信号(沿a
→k→
b路径)、变形波信号(不用于缺陷定位计算，此处不考虑)。
[0079]
定义探头入射点a、b之间距离(pcs)为2s，缺陷和工件上表面的距离为缺陷深度，缺陷上端点深度记为h1，缺陷下端点深度记为h2，工件中超声波传播速度，记为c。
[0080]
直通波传播时间：
[0081]
缺陷上端点1衍射波传播时间
[0082]
缺陷下端点2衍射波传播时间
[0083]
缺陷端点1深度
[0084]
缺陷端点2深度
[0085]
二、筒体纵焊缝检测(外表面扫查)
[0086]
筒体纵焊缝tofd检测(外表面扫查)如图2所示。筒体纵向对接焊缝tofd检测时，由于表面弧度的存在，直通波并不是沿着圆弧表面进行传播，缺陷深度的计算方式仍是按照平板对接焊缝进行计算，并没有考虑筒体表面弧度的影响。
[0087]
工件上有一发一收的两个探头组，分别用于激励和接收超声波信号，工件中有个缺陷，缺陷上端点记为1，缺陷下端点记为2。假定探头a作为超声波发射探头，探头b作为超声波接收探头，探头a声束入射点位置为a，探头b声束入射点位置为b。探头b接收到的信号有直通波信号(沿a
→n→
b路径)、缺陷上端点衍射信号(沿a
→1→
b路径)、缺陷下端点衍射信号(沿a
→2→
b路径)，底面反射波信号(沿a
→k→
b路径)、变形波信号(不用于缺陷定位计算，此处不考虑)。
[0088]
定义两个探头入射点a、b之间距离(pcs)为2s，缺陷和工件上表面的距离为缺陷深度，缺陷上端点深度记为h1,缺陷下端点深度记为h2，工件中超声波传播速度，记为c。m和n点
之间距离为δh。
[0089]
筒体纵向焊接接头tofd检测，一般有以下两种方式：
[0090]
1、在平板试块上调校仪器。这种调校方式，特征在于弦长等于计算得到的两个探头入射点间距(pcs)，2s。
[0091]
直通波传播时间：
[0092]
缺陷上端点1衍射波传播时间：
[0093]
缺陷上端点2衍射波传播时间：
[0094]
其中深度偏差：
[0095]
仪器按照平板工件计算得到的深度(显示深度)：
[0096][0097]
进行缺陷深度修正：h1＝h1′
δh，h2＝h
′2 δh。
[0098]
2、在筒体上调校仪器。这种调校方式，特征在于弧长等于计算得到的两个探头入射点间距(pcs)，2s。
[0099]
(单位：
°
)；
[0100]
s’＝rsinθ
[0101]
δh＝r(1-cosθ)
[0102]
直通波传播时间：
[0103]
缺陷上端点1衍射波传播时间：
[0104]
缺陷下端点2衍射波传播时间：
[0105]
仪器按照平板工件进行计算，得到的深度(显示深度)：
[0106]
缺陷上端点：缺陷上端点：
[0107]
进行缺陷深度修正：h1＝h1′
δh，h2＝h
′2 δh。
[0108]
三、筒体纵焊缝tofd检测(内表面扫查)
[0109]
筒体纵焊缝tofd检测(内表面扫查)如图3所示。工件上有一发一收的两个探头组，分别激励和接收超声波信号，工件中有个缺陷，缺陷上端点记为1，缺陷下端点记为2。假定探头a作为超声波发射探头，探头b作为超声波接收探头，探头a声束入射点位置为a，探头b声束入射点位置为b。探头b接收到的信号有直通波信号(沿a
→m→
b路径)、缺陷上端点衍射信号(沿a
→1→
b路径)，缺陷下端点衍射信号(沿a
→2→
b路径)，底面反射波信号(沿a
→k→
b路径)，以及变形波信号(不用于缺陷定位计算，此处不考虑)。
[0110]
定义两个探头入射点a、b之间距离(pcs)为2s，缺陷和工件上表面的距离为缺陷深度，缺陷上端点深度记为h1,缺陷下端点深度记为h2，工件中超声波传播速度，记为c。m和n点之间距离为δh。
[0111]
筒体纵向焊接接头tofd检测，一般有以下两种检验方式：
[0112]
1、在平板试块上调校仪器。这种调校方式，特征在于弦长等于计算得到的两个探头入射点间距(pcs)，2s。
[0113]
(单位：
°
)
[0114][0115]
直通波传播时间：
[0116]
缺陷上端点1衍射波传播时间：
[0117]
缺陷上端点2衍射波传播时间：
[0118]
其中深度偏差δh＝r(1-cosθ)
[0119]
仪器按照平板工件计算得到的深度(显示深度)：
[0120]
缺陷上端点
[0121]
缺陷下端点
[0122]
筒体纵缝进行tofd检测时，筒体外径(或内径)一般比较大，s≈s
′
，则
[0123]
缺陷上端点h
′1≈h1 δh，
[0124]
缺陷下端点h
′2≈h2 δh
[0125]
进行缺陷深度修正：h1≈h1′‑
δh，h2≈h
′
2-δh。
[0126]
2、在筒体上调校仪器。这种调校方式，特征在于弧长等于计算得到的两个探头入射点间距(pcs)，2s。
[0127]
(单位：
°
)；
[0128]
δh＝r(1-cosθ)
[0129]s′
＝r
·
sinθ
[0130]
直通波传播时间：
[0131]
缺陷上端点1衍射波传播时间：
[0132]
缺陷上端点2衍射波传播时间：
[0133]
仪器按照平板工件计算得到的深度(显示深度)：
[0134]
缺陷上端点深度：
[0135]
缺陷下端点深度：
[0136]
筒体纵缝进行tofd检测时，筒体外径(或内径)一般比较大，s≈s
′
，则缺陷上端点h
′1≈h1 δh，
[0137]
缺陷下端点h
′2≈h2 δh
[0138]
进行缺陷深度修正：h1≈h1′‑
δh，h2≈h
′
2-δh。