一种钢管自动超声探伤探头振动补偿方法技术

一种钢管自动超声探伤探头振动补偿方法，基于水膜耦合式钢管无损探伤技术；其特征在于：通过自动监测耦合水膜厚度的变化，以此为依据调整钢管自动超声探伤的报警信号闸门值实现对钢管的缺陷检测。本发明专利技术针对探头上下振动影响缺陷检测的情况，提出一种补偿技术，能动态实时补偿由于探头振动引起水膜厚度变化对缺陷检测的不利影响，而且不需增加检测通道的仪器硬件开销。实现了对钢管自动超声探伤时探头振动的缺陷信号进行实时自动补偿和保证缺陷不会漏检。本发明专利技术解决了人们一直以来渴望解决的技术难题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及钢管自动超声探伤技术，特别提供了一种钢管自动超声探伤探头振动 补偿方法。
技术介绍
钢管是一种广泛应用的重要的结构材料，在申请号为200810011490. X的中国专 利申请文件中已指出，在钢管生产过程中由于各种偶然性不可避免，所以钢管壁上常存在 纵向裂纹、横向裂纹、折叠、分层等缺陷。如果钢管有缺陷就会在使用当中破裂引起事故，甚 至造成严重后果，可能造成重大经济损失甚至人员伤亡，为此世界上所有生产钢管的厂家 都需要有完善的无损检测设备，对钢管进行在线探伤。中大口径的钢管(Φ70πιπι以上)，一般采用普通斜探头水膜耦合的方法进行在线 探伤。然而，在对钢管进行自动超声探伤的时候，一般是将探头用一定的机械机构压附于钢 管外表面，通过调整探头架上的滚轮使探头与钢管之间留有一定的间隙，并充水形成耦合 水膜，在钢管自动探伤过程中，常常会出现三种情况影响探伤的可靠性，一种是无水膜，另 两种是探头的振动和翘转。第一种情况是水膜的供水系统出现问题，造成即使有了缺陷也 不会有信号输出；申请号为200810011490.Χ的中国专利申请文件就针对这一问题提出了 一种耦合监控的技术，即用一个通道同时实现耦合监控、探伤和壁厚测量三种功能的钢管 超声探伤方法。另两种情况是在实际自动探伤过程中，即使耦合正常，还会由于钢管在检 测的传动过程中，探头的振动和翘转是不可避免的，也必然会造成水膜厚度的变化，也可能 造成声束扩散和探头入射角的变化，从而造成缺陷信号幅值的变化，造成漏检。如图1是正 常耦合时探头及水膜，图2所示是探头上下振动造成水膜厚度变化的情况，将会引起声束 扩散导致缺陷信号幅值变化，图3所示是探头翘转造成水膜厚度变化及声束入射角变化的 情况，将会导致缺陷信号幅值变化，如图4所示是水膜厚度对缺陷信号幅值的影响。对于探 头振动引起缺陷检测可靠性劣化的问题，通常的做法是在探头机械机构上加大探头振动的 阻尼减小探头振动，然而效果有限，尚未根本解决这一问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种技术效果更好的钢管自动超声探伤探头振动补偿方法。本专利技术是要针对探头上下振动的情况，提出一种补偿技术，能动态实时补偿由于 探头振动引起水膜厚度变化对缺陷检测的不利影响，而且不需增加检测通道的仪器硬件开 销。，基于水膜耦合钢管无损探伤技术；其 特征在于通过自动监测耦合水膜厚度的变化，以此为依据调整钢管自动超声探伤的报警 信号闸门值实现对钢管的缺陷检测。本专利技术所述钢管自动超声探伤探头振动补偿方法，其特征在于根据以下基本原 理探头上、下振动造成耦合水膜厚度变化引起声束扩散导致缺陷信号幅值变化，探头翘转造成耦合水膜厚度变化及声束入射角变化导致缺陷信号幅值变化；在上述两种原因作用下 的缺陷信号幅值可能接近甚至低于无振动或/和翘转的通常情况下所对应的通常的报警 闸门值，所以我们在发生振动或/和翘转时适当降低报警闸门值能很好地检测出实际缺陷 的有无。所述钢管自动超声探伤探头振动补偿方法具体采用专用检测装置进行耦合水膜 厚度变化的实时监测；所述专用检测装置具体结构构成如下有机玻璃楔块1、探伤压电晶片2、测厚压电晶片3、可变电阻4、支撑轮7 ；其中有 机玻璃楔块1主体为厚度均勻的长方体结构，其一端的上部为向下侧面倾斜的斜面结构； 测厚压电晶片3固定在有机玻璃楔块1上方外侧，其与有机玻璃楔块1底面平行布置；探伤 压电晶片2布置在有机玻璃楔块1上方的斜面结构外侧；可变电阻4布置在连接着探伤压 电晶片2和测厚压电晶片3的电路中。所述钢管自动超声探伤探头振动补偿方法中，使用上述的专用检测装置进行操作 的具体要求进一步优选是在支撑轮7的辅助下，使有机玻璃楔块1下底面与被检钢管6之间保持0. 15 0. 8mm的间隙以便形成耦合水膜5 ；探伤压电晶片2的作用和普通斜探头中的压电陶瓷片的作用相同，它向有机玻璃 楔块1发射纵波，经过有机玻璃楔块1与耦合水膜5的界面以及耦合水膜5与被检钢管6 的界面的折射进入被检钢管6的管壁；此时已经转换成横波，横波向前传播时如果遇到了 缺陷，被缺陷反射之后原路返回回到探伤压电晶片2形成缺陷回波；测厚压电晶片3与有机 玻璃楔块1构成了一个有延迟块的直探头，测厚压电晶片3向耦合水膜5及被检钢管6的 管壁发射纵波，并接收来自耦合水膜5及被检钢管6内壁和外壁的反射回波；测厚压电晶片3收到来自有机玻璃楔块1与耦合水膜5界面、耦合水膜5与被检 钢管6以及管内壁的多次反射波，于是可以检测得到始脉冲波T、有机玻璃楔块1与耦合水 膜5界面波el、耦合水膜5与被检钢管6界面波e2、以及被检钢管6管壁厚的1次底波Bi， 2次底波B2，直至η次底波Bn ；当有内壁缺陷时会在W2闸门处出现Fl回波，当有外壁缺陷 时会在W3闸门处出现F3回波，如图7所示。在实际探伤时，可能会有两种情况一种是水 膜较厚，会出现e2回波，另一种情况是水膜较薄，e2回波会淹没在el回波中。第一种情况 可以用一般的超声测厚原理(超声波声程时差法)测量水膜厚度；第二种情况下，由于el 决定于探头的有机玻璃厚度，所以位置是不变的，el与Bl的间距代表了水膜厚度与钢管厚 度之和的信息，Bl和B2的间距只代表壁厚的信息，所以用el与Bl的间距减去Bl和B2的 间距就是水膜的厚度信息。选择Bn次底波其中之一用于监控耦合状况及壁厚是否超限，例如选B2。探伤之前 先用人工标准伤调好该通道的增益，调好伤信号报警间门W2和W3的高度、宽度和位置，使 得当被检钢管6有内外壁缺陷时报警闸门W2和W3发出报警信号；然后调节探头上的可变 电阻4，使得B2之后的各次底波不影响伤波的报警；调好通道的第1个闸门Wl的高度并设置为失波报警，按允许的壁厚范围调好闸门 宽度和位置；当耦合不良或者探头表面与工件表面之间根本没有耦合剂时，B2消失或者大幅度 下跌而低于闸门高度，Wl发出报警信号；如果壁厚超限，B2移动到闸门之外，Wl也发出报警信号。当探头有所振动时，探头与钢管之间的水膜厚度必然有所变化，水膜厚度变化就 会引起同一个缺陷的信号幅度也跟随变化，两者并非线性关系，而是如图4所示，这条曲线 关系可以事先通过实验来确定，再将此变化曲线输入到超声波探伤的检测程序中，超声波 探伤的检测程序根据所测得的水膜厚度再自动调整间门W2和W3的左右位置和上下的高 度，从而实现钢管自动超声探伤时对探头振动的缺陷信号进行实时自动补偿和保证缺陷不 会漏检。所述钢管自动超声探伤探头振动补偿方法，其特征在于所述钢管自动超声探伤 探头振动补偿方法中，使用所述的专用检测装置进行操作的具体要求是所述钢管自动超声探伤探头振动补偿方法要求检测系统能识别和计算el和e2的 回波并计算耦合水膜5的厚度，能识别和计算Bl和B2的回波并计算被检钢管6管壁厚度， 或能识别和计算el、Bl和B2的回波并分别计算耦合水膜5厚度和计算被检钢管6管壁厚 度，能根据事先实验确定的缺陷信号随耦合水膜厚度变化的关系曲线自动调整闸门W2和 W3的左右位置和上下的高度，以及Wl闸门失波报警和W2、W3的进波报警功能。所述钢管自动超声探伤探头振动补偿方法中，还有下述的优选内容要求所述的探伤压电晶片2、测厚压电晶片3与超声探伤仪的接线方式为，测厚压电晶 片3串联一个可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钢管自动超声探伤探头振动补偿方法，基于水膜耦合钢管无损探伤技术；其特征在于：通过自动监测耦合水膜厚度的变化，以此为依据调整钢管自动超声探伤的报警信号闸门值实现对钢管的缺陷检测。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡桂喜，韩晓华，于冰，孟令华，黄绪萍，李庆卓，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]