一种不等厚对接焊缝TOFD检测的缺陷深度计算方法技术

本发明专利技术涉及一种不等厚对接焊缝TOFD检测的缺陷深度计算方法，包括如下步骤：(1)对焊缝进行厚度方向分区；(2)求算探头中心间距PCS；(3)求算分区虚拟中心间距PCS；(4)制作对比试块，对比试块沿厚度方向分区；(5)应用等效声程法则计算对比试块上特定信号在TOFD图像上深度显示；(6)应用等效声程法则计算确定图像虚拟深度和缺陷实际深度的关系。本发明专利技术的优点在于：本发明专利技术对不等厚对接焊缝TOFD检测，基于现行TOFD仪器模块的前提下，提出了科学的设置方法，特别是提出了该设置下深度校准，并提出了“等效声程法则”的概念，应用于缺陷深度计算；此方法可有效应用于工程实践，解决了不等厚对接焊缝TOFD不能推广应用的难题。

【技术实现步骤摘要】
一种不等厚对接焊缝TOFD检测的缺陷深度计算方法
本专利技术涉及一种不等厚板对接检测缺陷深度计算方法，特别涉及一种不等厚对接焊缝TOFD检测的缺陷深度计算方法。
技术介绍
时差衍射法，也称TOFD法，是一种基于超声波与缺陷端部的相互作用，此相互作用的结果：在相当大的角度范围发射衍射波。检出衍射波就能确定缺陷的存在以及缺陷的埋深和长度等。在具体检测过程中，设定直通波(即近表面爬波)和一次底面回波为检测范围，以保证检测区域完全覆盖工件，适用于一定厚度的平板焊缝工件检测。现有TOFD技术(衍射时差法超声检测)主要针对等厚对接缝结构。很少介绍不等厚对接焊缝的检测设置，更没有资料详细介绍深度校准及基于某设置下的缺陷深度计算方法。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种不等厚对接焊缝TOFD检测的缺陷深度计算方法，通过TOFD技术详细介绍不等厚对接焊缝的检测设置、深度校准并提出了“等效声程法则”的概念，基于TOFD检测设置下应用等效声程法则进行深度计算。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案为：一种不等厚对接焊缝TOFD检测的缺陷深度计算方法，其创新点在于：包括如下步骤：(1)按照ASME规范要求，对工件母材厚度50mm＜T＜100mm厚度方向分为第一分区和第二分区；(2)第一分区选用频率5MHZ—7.5MHZ、晶片尺寸φ3mm--φ6mm和折射角60°-70°的探头楔块组合进行检测，且每组的左、右两个探头楔块各自放置位置根据主声束折射角度、聚焦深度以及厚板削薄角度及宽度应用几何知识计算获得；波束中心聚焦在焊缝中心d1深度，计算得焊缝中心线至厚板侧斜面上探头楔块实际入射点的水平距离L1和焊缝中心线至薄板侧探头楔块实际入射点的水平距离L2，则探头中心间距PCS＝L1+L2；(3)对于不等厚结构第一分区，扫查架上探头中心距按上述计算装配，但在仪器设置时，引入虚拟角度和虚拟PCS来描述输入到仪器的楔块角度和PCS值；假设左侧探头需放置在削薄斜边上，计算该削薄角度为a,第一分区左侧虚拟角度，即焊缝中心线与实际主声束角度应为b＝70°-a，右侧虚拟角度为70°和实际一致，计算得L3＝d1tan(70°-a)，则第一分区虚拟PCS＝L2+L3；(4)根据ASME标准要求制作对比试块，对比试块沿厚度方向分两个分区，每个分区有两个孔，且分别在每个分区的1/4、3/4深度处电火花加工制作该横孔，第一分区的1/4深度记为H1，分区的3/4深度记为H2，用于校准；(5)分析直通波H0＝0在图像上显示深度H1的值，将左侧声束虚拟入射点记为点A，波束中心聚焦点记为点O，所述点O作竖直直线与点A所在水平直线相互垂直，且两相互垂直线相交的点记为点D，右侧探头声束入射点记为点B，左侧探头声束实际入射点记为点C；设置直通波的声程是ADB＝L3+L2，实际直通波的声程是CDB＝CD+L2，显然CDB＞ADB，则直通波在图像上显示深度大于0，实际直通波声程的1/2为CDB/2，分别以A、B为圆心，以CDB/2为半径画圆，两圆交点记为E，实测得E点深度为d2，那么虚拟设置中E点的声程和实际直通波声程等效，即AE+BE＝CD+DB，则虚拟点E点的深度显示值即为直通波H0＝0在图像上显示深度H1的值；同时，通过该方法同理得出H1孔上尖端和H2孔上尖端分别在图像上显示深度值；(6)在图像上得到某缺陷虚拟深度信息时，再确定它的实际深度；将焊缝厚度以每毫米作为步进单位计算到TOFD图像上深度信息，同时利用公式发挥excel电子表格的计算功能，得出各图像显示深度值对应的缺陷实际深度；此外，计算第二分区缺陷实际深度，按(3)～(6)计算步骤计算。进一步地，所述(6)中，excel电子表格中没有所需图像显示深度值时，使用内插法求得所需图像显示深度值对应的实际深度值。进一步地，所述(6)中，excel电子表格中没有所需图像显示深度值时，由1mm的步进值改为0.5mm或者0.25mm或更小的步进值，利用公式发挥excel电子表格的计算功能，得出各图像显示深度值对应的缺陷实际深度。本专利技术的优点在于：本专利技术对不等厚对接焊缝TOFD检测，基于现行TOFD仪器模块的前提下，提出了科学的设置方法，特别是提出了该设置下深度校准，并提出了“等效声程法则”的概念，应用于缺陷深度计算；此方法可有效应用于工程实践，解决了不等厚对接焊缝TOFD不能推广应用的难题，扩大了TOFD检测结构范围。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1为实施例不等厚对接焊缝TOFD检测示意图。图2为实施例中对比试块的结构示意图。图3为实施例不等厚对接焊缝TOFD检测图像图。具体实施方式下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本专利技术，但并不因此将本专利技术限制在所述的实施例范围之中。实施例本实施例不等厚对接焊缝TOFD检测的缺陷深度计算方法，包括如下步骤：(1)建立如图1所示的阶梯型缺陷试块的有限元模型进行不等厚对接焊缝TOFD检测，阶梯型缺陷试块，高平面厚度T1为144mm，底平面厚度T2为78mm，外侧厚度差△T为19mm；(2)按照ASME规范要求，对(1)中阶梯型缺陷试块焊缝进行厚度方向分区，按阶梯型缺陷试块底平面厚度进行分区，第一分区0-30mm，第二分区30-78mm；(3)以第一分区为例，第一分区选用频率5MHZ、晶片尺寸φ6mm和折射角70°的探头楔块组合进行检测，且每组的左、右两个探头楔块各自放置位置根据主声束折射角度、聚焦深度以及厚板削薄角度及宽度应用几何知识计算获得；左侧探头声束入射点记为点C，右侧探头声束入射点记为点B，波束中心聚焦在焊缝中心d1＝25mm深度，并将此深度点记为点O，所述点O作竖直直线与点A所在水平直线相互垂直，且两相互垂直线相交的点记为点D，计算得C点到D点的水平距离L1＝65mm，和B点到D点的水平距离L2＝69mm，则探头中心间距PCS＝65+69＝134mm；(4)对于不等厚结构第一分区，扫查架上探头中心距按上述计算装配，但在仪器设置时，引入虚拟角度和虚拟PCS来描述输入到仪器的楔块角度和PCS值；左侧探头需放置在削薄斜边上，计算该削薄角度为7°,第一分区左侧虚拟角度应为63°，右侧虚拟角度为70°和实际一致，计算得A点到D点的水平距离L3＝49mm，则第一分区虚拟PCS＝69+49＝118mm；(5)根据ASME标准要求制作对比试块，如图2所示，对比试块参照阶梯型缺陷试块沿厚度方向分两个分区，每个分区有两个孔，且分别在每个分区的1/4、3/4深度处电火花加工制作该横孔，第一分区的1/4深度记为H1＝7.5mm，分区的3/4深度记为H2＝22.5mm，用于校准；(6)分析直通波H0＝0在图像上显示深度H1的值，如图3所示，设置直通波的声程是ADB＝L3+L2＝49+69＝118mm，实际直通波的声程是CDB＝CD+L2＝65.5+69＝134.5，显然CDB＞ADB，则直通波在图像上显示深度大于0，实际直通波声程的1/2为67.25mm，分别以A、B为圆心，以67.25mm为半径画圆，两圆交点记为E，实测得E点深度为32mm，那么虚拟设置中E点的声程和实际直通波声程等效，即AE+BE＝CD+DB，则虚拟点E点的深度显示值即为直通波本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种不等厚对接焊缝TOFD检测的缺陷深度计算方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)按照ASME规范要求，对工件母材厚度50mm＜T＜100mm厚度方向分为第一分区和第二分区；(2)第一分区选用频率5MHZ—7.5MHZ、晶片尺寸φ3mm‑‑φ6mm和折射角60°‑70°的探头楔块组合进行检测，且每组的左、右两个探头楔块各自放置位置根据主声束折射角度、聚焦深度以及厚板削薄角度及宽度应用几何知识计算获得；波束中心聚焦在焊缝中心d1深度，计算得焊缝中心线至厚板侧斜面上探头楔块实际入射点的水平距离L1和焊缝中心线至薄板侧探头楔块实际入射点的水平距离L2，则探头中心间距PCS＝L1+L2；(3)对于不等厚结构第一分区，扫查架上探头中心距按上述计算装配，但在仪器设置时，引入虚拟角度和虚拟PCS来描述输入到仪器的楔块角度和PCS值；假设左侧探头需放置在削薄斜边上，计算该削薄角度为a,第一分区左侧虚拟角度，即焊缝中心线与实际主声束角度应为b＝70°‑a，右侧虚拟角度为70°和实际一致，计算得L3＝d1tan(70°‑a)，则第一分区虚拟PCS＝L2+L3；(4)根据ASME标准要求制作对比试块，对比试块沿厚度方向分两个分区，每个分区有两个孔，且分别在每个分区的1/4、3/4深度处电火花加工制作该横孔，第一分区的1/4深度记为H1，分区的3/4深度记为H2，用于校准；(5)分析直通波H0＝0在图像上显示深度H1的值，将左侧声束虚拟入射点记为点A，波束中心聚焦点记为点O，所述点O作竖直直线与点A所在水平直线相互垂直，且两相互垂直线相交的点记为点D，右侧探头声束入射点记为点B，左侧探头声束实际入射点记为点C；设置直通波的声程是ADB＝L3+L2，实际直通波的声程是CDB＝CD+L2，显然CDB＞ADB，则直通波在图像上显示深度大于0，实际直通波声程的1/2为CDB/2，分别以A、B为圆心，以CDB/2为半径画圆，两圆交点记为E，实测得E点深度为d2，那么虚拟设置中E点的声程和实际直通波声程等效，即AE+BE＝CD+DB，则虚拟点E点的深度显示值即为直通波H0＝0在图像上显示深度H1的值；同时，通过该方法同理得出H1孔上尖端和H2孔上尖端分别在图像上显示深度值；(6)在图像上得到某缺陷虚拟深度信息时，再确定它的实际深度；将焊缝厚度以每毫米作为步进单位计算到TOFD图像上深度信息，同时利用公式发挥excel电子表格的计算功能，得出各图像显示深度值对应的缺陷实际深度；此外，计算第二分区缺陷实际深度，按(3)～(6)计算步骤计算。...

【技术特征摘要】
1.一种不等厚对接焊缝TOFD检测的缺陷深度计算方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)按照ASME规范要求，对工件母材厚度50mm＜T＜100mm厚度方向分为第一分区和第二分区；(2)第一分区选用频率5MHZ—7.5MHZ、晶片尺寸φ3mm--φ6mm和折射角60°-70°的探头楔块组合进行检测，且每组的左、右两个探头楔块各自放置位置根据主声束折射角度、聚焦深度以及厚板削薄角度及宽度应用几何知识计算获得；波束中心聚焦在焊缝中心d1深度，计算得焊缝中心线至厚板侧斜面上探头楔块实际入射点的水平距离L1和焊缝中心线至薄板侧探头楔块实际入射点的水平距离L2，则探头中心间距PCS＝L1+L2；(3)对于不等厚结构第一分区，扫查架上探头中心距按上述计算装配，但在仪器设置时，引入虚拟角度和虚拟PCS来描述输入到仪器的楔块角度和PCS值；假设左侧探头需放置在削薄斜边上，计算该削薄角度为a,第一分区左侧虚拟角度，即焊缝中心线与实际主声束角度应为b＝70°-a，右侧虚拟角度为70°和实际一致，计算得L3＝d1tan(70°-a)，则第一分区虚拟PCS＝L2+L3；(4)根据ASME标准要求制作对比试块，对比试块沿厚度方向分两个分区，每个分区有两个孔，且分别在每个分区的1/4、3/4深度处电火花加工制作该横孔，第一分区的1/4深度记为H1，分区的3/4深度记为H2，用于校准；(5)分析直通波H0＝0在图像上显示深度H1的值，将左侧声束虚拟入射点记为点A，波束中心聚焦点记为点O，所述点O作竖直直线与点A所在水平直...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁东明，李宏斌，
申请(专利权)人：森松江苏重工有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32