【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于超声无损检测领域，具体涉及一种接管端的管座角焊缝超声平面波全聚焦检测方法、系统及装置。
技术介绍
1、在电力、核能和油气等行业中，接管角接接头对接焊缝(以下简称管座角焊缝)广泛存在于发电站锅炉及油气输送管道等设施中，被用于连接接管和筒体、接管和封头或支管和主管(以下以接管和主管代指)。因为管座角焊缝几何结构特殊，施焊困难，且一般运行于高温高压等复杂工况下，极易生成裂纹并扩展，产生极大安全引患，因此需要无损检测技术对其质量进行监测。由于在安全性、适用性和自动化能力等方面的优势，超声无损检测技术已成为最常用的手段之一。
2、管座角焊缝有安放式和插入式两种形式，现有的常规超声检测标准对此详细规定了使用一个或多个单/斜探头在不同检测面的检测方法，但尚无使用相控阵或全聚焦技术的方法总结；且标准规定至少要从管道内侧检测，但主管或接管内部空间有限，因此需要研究高覆盖率的外检测方法。针对安放式角焊缝，探头一般置于接管外侧进行检测，但此时主管内壁会反射声波产生伪像，因此需要缺陷识别能力更强的方法；且此时声波需经接管内壁反射才能传播到焊缝区域，声程较长，引起分辨率下降，因此需要高分辨率的成像检测方法。针对插入式角焊缝，探头一般置于主管外侧进行检测，但主管上马鞍面形状复杂，现有方法均使用三轴扫查装置携带探头进行检测，机构复杂且难以实现良好耦合，因此需要机构简单、易于耦合的检测系统；且此时马鞍状焊缝结构会引起声束偏斜，现有方法均使用二维面阵探头以进行声束偏转补偿，检测工艺复杂且对检测设备要求高，因此需要工艺简单，设备要求低的检
3、最后，当探头环绕管道进行检测时，每个检测位置处的声束截面内，焊缝区域轮廓均不相同，为对缺陷进行定位，现有方法均使用编码器记录探头运动信息以计算焊缝轮廓，造成检测机构进一步复杂，且难以避免的误差会降低缺陷定位精度，因此需要机构简单、高定位精度的缺陷检测系统。另外在诸如核电站反应堆的检测场景中，因检测人员允许停留时间短，因此需要高帧率的检测方法。
技术实现思路
1、针对上述现有技术的不足，本专利技术提供一种接管端的管座角焊缝超声平面波全聚焦检测方法、系统及装置。
2、本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
3、根据本说明书的第一方面，提供一种接管端的管座角焊缝超声平面波全聚焦检测方法，包括以下步骤：
4、步骤s1，根据主管、接管几何尺寸及材质，确定线阵探头与楔块参数；
5、步骤s2，根据所述步骤s1中线阵探头与楔块参数，计算不同平面波偏转角度时的线阵探头所产生声束的有效区域，确定平面波偏转角度以及楔块与主管外壁的距离，从而确定主管内壁位置区间、主管内壁最大倾角和成像区域范围；
6、步骤s3，先根据所述步骤s1中线阵探头与楔块参数和所述步骤s2中平面波偏转角度和成像区域范围，进行多模态、多角度平面波全聚焦成像检测的仿真，得到所有模态下的复合平面波全聚焦仿真图像，然后选择特定模态，并确定每个所选模态的加权系数；
7、步骤s4，根据所述步骤s2中楔块与主管外壁的距离，将线阵探头通过楔块与接管耦合，并放置在初始周向检测位置上；
8、步骤s5，使用所述步骤s4中的线阵探头进行多模态、多角度平面波全聚焦成像检测，得到选定模态下的复合平面波全聚焦图像，然后按所述步骤s3中得到的加权系数平均得到融合图像；
9、步骤s6，利用直线检测算法对所述步骤s5中得到的融合图像进行直线检测，若在主管内壁位置区间内存在从底部向上延伸的直线，且直线方向与竖直方向间夹角绝对值不大于主管内壁最大倾角，则记录该直线最底部的横坐标值，作为主管内壁位置；若不存在，则检查耦合情况或返回步骤s1调整检测参数后，重新检测；
10、步骤s7，先根据所述步骤s6中确定的主管内壁位置，计算线阵探头在接管上的周向角度位置、以及此时线阵探头的声束平面内的主管内外壁轮廓和焊缝截面轮廓，然后绘制在图像上，以进行缺陷识别和定位；
11、步骤s8，按扫查步距将线阵探头绕接管旋转至下一检测位置，重复步骤s5-步骤s8进行检测，直至线阵探头绕接管旋转一周，其中，线阵探头运动为绕接管轴线的旋转运动，不在接管轴线方向上产生位移。
12、进一步地，所述步骤s1的具体步骤如下：
13、根据主管壁厚d1、接管壁厚d2和衰减特性，确定线阵探头频率f、阵元数量n和中心距p；
14、根据接管内半径r2和接管壁厚d2，确定楔块底部凹柱面直径等于接管外直径；根据楔块和主管、接管材料声速，确定楔块倾角θ，使楔块倾角θ大于第一临界角以实现横波斜入射检测。
15、进一步地，所述步骤s2的具体步骤如下：
16、步骤s21，过线阵探头最低端阵元位置，向接管轴线作垂线作为v轴，v轴与接管外壁的交点作为原点，沿接管轴线朝向焊缝方向为u轴且为正方向，以定义成像坐标系；
17、步骤s22，基于所述步骤s21定义的成像坐标系，当平面波偏转角度为δ时，计算在各个分界面处平面声束的左右边界横坐标值，作为声束有效区域：
18、楔块-接管界面处平面声束的左、右边界横坐标值分别为：ul1＝htanα，
19、
20、接管底面处平面声束的左、右边界横坐标值分别为：ul2＝ul1+d2tanβ，ur2＝ur1+d2tanβ；
21、接管外表面处平面声束的左、右边界横坐标值分别为：ul3＝ul2+d2tanγ，xr3＝ur2+d2tanγ；
22、其中α,β分别为平面声束在楔块-接管分界面上的入射角和折射角，γ为折射声束在接管底面反射后的反射角，α由平面波偏转角度δ计算得到，β,γ由斯涅耳定律计算得到；h为线阵探头最低端阵元位置到接管外壁的距离；
23、步骤s23，根据接管底面或接管外表面处平面声束的左右边界横坐标值是否能够覆盖焊缝区域，确定q个平面波偏转角度，以及楔块与主管外壁的距离w；
24、步骤s24，根据楔块宽度、楔块与主管外壁的距离w以及可能的检测误差，确定成像平面内主管内壁的位置区间[umin,umax]和最大倾角σmax；
25、步骤s25，设置成像区域范围为：宽度上从楔块靠近主管的边缘覆盖至主管内壁，在高度上从接管内壁覆盖至焊缝顶部。
26、进一步地，所述步骤s3的具体步骤如下：
27、步骤s31，基于所述步骤s2中得到的平面波偏转角度进行q次平面波发射，每次接收n个阵元的回波数据，共获得q×n组数据；
28、步骤s32，将所述步骤s2中得到的成像区域范围内每个像素点预设为成像焦点，在不同模态下分别计算不同角度平面波发射的渡越时间，以此对回波数据进行延时叠加，得到不同模态下不同角度的平面波全聚焦图像；
29、步骤s33，将同一模态下不同角度的平面波全聚焦图像相加取平均，得到该模态下的复合平面波全聚焦图像；
30、步骤s3中特定模态的选择方本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.接管端的管座角焊缝超声平面波全聚焦检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的接管端的管座角焊缝超声平面波全聚焦检测方法，其特征在于，所述步骤S1的具体步骤如下：
3.根据权利要求2所述的接管端的管座角焊缝超声平面波全聚焦检测方法，其特征在于，所述步骤S2的具体步骤如下：
4.根据权利要求3所述的接管端的管座角焊缝超声平面波全聚焦检测方法，其特征在于，所述步骤S3的具体步骤如下：
5.根据权利要求4所述的接管端的管座角焊缝超声平面波全聚焦检测方法，其特征在于：所述步骤S4的线阵探头的阵元排列方向与接管轴线相交；所述步骤S4的楔块底面的凹柱面直径与接管的外径相同；所述步骤S4的初始周向检测位置为接管轴线与主管轴线所构成的平面。
6.根据权利要求5所述的接管端的管座角焊缝超声平面波全聚焦检测方法，其特征在于,所述步骤S7的具体步骤如下：
7.接管端的管座角焊缝超声平面波全聚焦检测系统，其特征在于，包括：
8.接管端的管座角焊缝超声平面波全聚焦检测装置，包括存储器和一个或多个处理器
...【技术特征摘要】
1.接管端的管座角焊缝超声平面波全聚焦检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的接管端的管座角焊缝超声平面波全聚焦检测方法，其特征在于，所述步骤s1的具体步骤如下：
3.根据权利要求2所述的接管端的管座角焊缝超声平面波全聚焦检测方法，其特征在于，所述步骤s2的具体步骤如下：
4.根据权利要求3所述的接管端的管座角焊缝超声平面波全聚焦检测方法，其特征在于，所述步骤s3的具体步骤如下：
5.根据权利要求4所述的接管端的管座角焊缝超声平面波全聚焦检测方法，其特征在于：所述步骤s4的线阵探头的阵元排列方向与接管...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐鑫涛，金浩然，吴施伟，武二永，杨克己，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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