erw钢管焊缝自动超声波检测方法

erw钢管焊缝自动超声波检测方法

erw焊接内部质量的优缺点对于管道的安全运行非常重要。erw焊接内部质量主要由自动超声波检测来保证。本文介绍一种检测ERW钢管焊缝内部质量的自动超声波检测方法—轮式探头自动超声波检测。轮式探头是一种为了提高检测速度,保证检测稳定性而将晶片放置在轮子上(轮子内充满水)的探头。1折射角2:90下轮式探头自动超声波检测的原理同一般接触法自动超声波检测的原理基本一致。不同的是轮式探头自动超声波检测实际是一种局部水浸式超声波检测,轮式探头自动超声波检测在轮部传播的是纵波,而在钢管中传播的是横波,波型转换发生在轮和钢管的界面。当纵波的折射角β2=90°时,钢管中仅有折射横波;当横波的折射角β1=90°时,钢管中无折射波。因此,要实现纯横波检测,入射角必须介于第Ⅰ临界角和第Ⅱ临界角之间,第Ⅰ临界角和第Ⅱ临界角可由折射定律得出:sinα/c水=sinβ1/c钢1=sinβ2/c钢2,式中c水—水中入射波波速,为1500m/s;c钢1—钢管中折射横波波速,为3230m/s;c钢2—钢管中折射纵波波速,为5900m/s;α—水中入射角;β1—钢管中横波折射角;β2—钢管中纵波折射角。计算出的纵波从水入射到钢中的第Ⅰ临界角和第Ⅱ临界角分别为14.5°和27.3°。就是说,轮式探头检测时入射角只能介于14.5°和27.3°之间。试验证实,ERW钢管焊缝自动超声波检测折射角为45°时,在管内激发纯横波,检测灵敏度最佳,如图1所示。2重要参数的确定2.1erw钢管焊缝超声波入射角由于ERW钢管焊缝焊接的特殊性,为了提高分辨率,实现纯横波检测,在钢管内激发折射角为45°的折射横波时检测灵敏度最佳(轮式探头在ERW钢管焊缝中超声波传播如图1),其入射角可由折射定律得出:sinα/c水=sinβ1/c钢1式中c水=1500m/s,c钢1=3230m/s,β1=45°,可计算出轮式探头纵波入射角α为19.2°,介于14.5°和27.3°之间。因此,选择轮式探头入射角为19.2°左右最佳。2.2次界面波反射轮式探头检测ERW钢管焊缝实际上是局部水浸式检测,水浸式检测水层距离是一个非常重要的参数。水层距离的确定主要考虑钢管的一次底面波反射必须出现在二次界面波反射之前。所以,水层距离H由下式计算:H=n1×n2×tcosα⋅cos45°×c水c钢1Η=n1×n2×tcosα⋅cos45°×c水c钢1式中n1≥1,一般选取2～4;n2—横波在钢管中的声程个数,一般选取2～3;t—被检测钢管的壁厚,ERW钢管的壁厚一般为6～20mm;由以上综合计算可得:H=30～50mm,即选择轮式探头时,轮子的半径为30～50mm最佳。3密封件与接头耦合稳定自动超声波检测的速度比较高,这就对检测的耦合技术提出了较高的要求,采用的轮式探头就能满足这种要求。这是由于:①轮式探头与钢管接触部位是一种耐磨橡胶;②轮的内部充满水(轮式探头检测实质上是一种局部水浸检测);③探头与工件之间是滚动磨擦,耦合稳定。这三点就满足了高速运动和稳定耦合要求。4检测区域的划分轮式探头的布置和声程的确定原则是必须能检测到内外毛刺及覆盖整个焊缝厚度。由于ERW钢管焊缝成型的特殊性,不必使用检测横向缺陷的探头,仅使用检测纵向缺陷的轮式探头就能满足要求。检测区域的划分以焊缝中心线为界,分为上下两区域,每个区域都由一组独立的探头进行扫查。每组轮式探头(如图2中A1、A2或B1、B2)晶片直径一般为10～12mm,ERW钢管壁厚一般≤20mm。由于使用两组探头,为了能扫查到焊缝整个厚度和综合考虑近场区域等因素,一组探头(如A1、A2)扫查上半区域,调节探头的位置,使2次最大回波位置对准上表面;一组探头(如B1、B2)扫查下半区域,调节探头的位置,使1次最大回波位置对准下表面。轮式探头的布置和声程的确定如图2所示,这种布局方法一般统称为“Ⅱ”型布局法。5罪犯声波检测常用的质量轮式探头的布置和声程的确定保证了ERW钢管焊缝检测区域的深度,而闸门的设置与调节主要是考虑检测区域的宽度。闸门通常根据焊缝宽度和检测缺陷的需要来设置,检测缺陷区域为焊缝与热影响区。自动超声波检测闸门的设置与调节主要考虑闸门的起点与终点(即闸门的长度)和闸门的高度。闸门的起点设置在距焊缝中心4～6mm刻槽前端(检测热影响区缺陷)至少1mm处,闸门的终点设置在焊缝中心刻槽后端至少1mm处,保证覆盖焊缝中心线。如图3所示为探头A1、A2闸门的设置与调节。探头B1、B2闸门的设置与调节与探头A1、A2的相似,这里就不在一一叙述。这样两组检测纵向缺陷的4个探头就保证了检测焊缝和热影响区宽度(具体宽度由距焊缝中心刻槽的位置决定)。闸门的高度一般设置为满屏幕的60%～80%,若回波幅度低于设置值时,仪器不报警,若回波幅度高于设置值时仪器报警。6超声波检测设备的选择根据APISPEC5L、GB/T9711.1—1997和GB/T9711.2—1999等相关标准或规范的要求,ERW钢管焊缝区域超声波检测的人工缺陷一般采用刻槽(矩形槽或V形槽)或钻竖通孔。一般情况下槽的位置在焊缝中心和距焊缝中心4～6mm的内外表面,内外壁刻槽作用是调节自动检测中报警闸门的位置、宽度和检查上下表面检测灵敏度。槽的长度为50mm,深度为壁厚的5%、10%或12.5%,宽度为1.0mm。竖通孔的直径为1.6mm或3.2mm(焊缝中心位置),其作用是调节检测扫查灵敏度,对比试块及其人工缺陷如图4所示。7项目应用检测工艺(1)ERW钢管焊缝轮式探头自动超声波检测是一种局部水浸式纯横波检测,具有独特的耦合技术。轮子半径一般选用30～50mm、入射角选用19.2°左右。(2)在检测工艺中必须考虑:探头的布置与声程的确定;闸门的设置与调节;对比试块的制作与人工缺陷的选择。探头布置采用“Ⅱ”型