一種小管徑大壁厚管道設(shè)備的水浸超聲波檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于核電站及其它承壓容器小管徑管道焊縫內(nèi)表面超聲波檢查。
【背景技術(shù)】
[0002]核電站管道中具有焊接在反應(yīng)堆壓力容器上的管段，因該區(qū)域長(zhǎng)期處于高溫高壓狀態(tài)，且有帶高放射性的冷卻介質(zhì)從中流過(guò)，若該區(qū)域發(fā)生泄漏，將發(fā)生嚴(yán)重的安全事故，故必須對(duì)該區(qū)域進(jìn)行定期檢查。該管道結(jié)構(gòu)復(fù)雜而特殊，管徑較小，焊縫壁厚較厚，采用傳統(tǒng)的接觸式超聲檢測(cè)方法實(shí)施的空間非常有限且困難較大。
[0003]例如，針對(duì)管徑范圍在10mm?300mm之間的小管徑大壁厚管道焊縫，傳統(tǒng)接觸式超聲波檢測(cè)方法，需要同時(shí)安裝多種角度探頭進(jìn)行檢查，探頭托盤組件的尺寸必須能夠同時(shí)安裝多個(gè)探頭及電纜，還需要保證探頭掃查過(guò)程中的平穩(wěn)性，需要對(duì)稱布置探頭；另外，探頭托盤組件上還需加裝氣缸裝置，保證檢查工具安裝時(shí)探頭托盤組件處在自然狀態(tài)，掃查狀態(tài)時(shí)探頭托盤組件伸開(kāi)貼緊管道內(nèi)壁。這對(duì)于內(nèi)徑較小的管道而言，檢查工具的研制、安裝及掃查均較困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的是提出專門針對(duì)小管徑大壁厚管道設(shè)備的水浸式超聲波檢測(cè)方法。
[0005]本發(fā)明是如此實(shí)現(xiàn)的:
[0006]一種小管徑大壁厚管道設(shè)備的水浸超聲波檢測(cè)方法，其中，包括如下步驟:
[0007]步驟1、將探測(cè)探頭伸入管中，進(jìn)行探測(cè)，對(duì)于管道焊縫進(jìn)行探測(cè)掃查；
[0008]步驟2、在對(duì)于焊縫進(jìn)行探測(cè)掃查后，在管道焊縫中缺陷的位置，使用定量探頭對(duì)于焊縫進(jìn)行定量檢測(cè)。
[0009]如上所述的一種小管徑大壁厚管道設(shè)備的水浸超聲波檢測(cè)方法，其中，在步驟I中，探測(cè)探頭位置保持固定，掃描過(guò)程由反射鏡實(shí)現(xiàn)；并且，在步驟2中，在檢測(cè)過(guò)程中使用所述反射鏡。
[0010]如上所述的一種小管徑大壁厚管道設(shè)備的水浸超聲波檢測(cè)方法，其中，所述反射鏡鏡面設(shè)計(jì)成指定曲率的柱面使來(lái)自探測(cè)探頭和定量探頭的發(fā)散的超聲波聲束平行入射到管道焊縫，反射鏡曲率半徑計(jì)算公式如下所述:
[0011]r=d/ (l/2*arcsin (d/ (sqrt (R2_2*R*S*cos a +S2)))_l/2*arcsin (R*sin a /(sqrt (R2-2*R*S*cos a +S2))))
[0012]其中，sina/sin β =Cw/Cl
[0013]r—反射鏡曲率半徑；
[0014]d—探頭晶片尺寸的一半；
[0015]R—管道焊縫內(nèi)表面半徑；
[0016]a —超聲波的入射角；
[0017]S—聲波發(fā)生鏡面反射后的水聲程；
[0018]β—超聲波在管道焊縫中的折射角；
[0019]Cff-水中超聲波聲速；
[0020]Cl—管道焊縫中超聲波縱波聲速。
[0021]如上所述的一種小管徑大壁厚管道設(shè)備的水浸超聲波檢測(cè)方法，其中，在步驟I中，將探測(cè)探頭和定量探頭同時(shí)伸入管中；在步驟I中，使用探測(cè)探頭；在步驟2中，將探測(cè)探頭替換為定量探頭。
[0022]本專利提出的小管徑大壁厚管道焊縫超聲檢測(cè)方法，與傳統(tǒng)的檢測(cè)方法相比較:
(I)是一種水浸式超聲波檢測(cè)方法，相對(duì)接觸式而言，能夠在檢驗(yàn)探頭不用接觸管道內(nèi)表面的情況下，實(shí)施小管徑大壁厚管道焊縫檢查，掃查速度快，檢查精度高。應(yīng)用此種方法，使得檢測(cè)裝置更小型輕便化，減少了檢測(cè)探頭數(shù)量及相應(yīng)的超聲電纜，減輕了檢查裝置的重量，降低了檢測(cè)成本及檢查風(fēng)險(xiǎn)；(2)特殊的反射面設(shè)計(jì)，使得超聲波傳播衰減小，傳播距離長(zhǎng)；特殊的反射鏡結(jié)構(gòu)，使得反射的超聲波信噪比高；(3)在不用更換探頭的前提下，實(shí)現(xiàn)管道焊縫多種角度的掃查。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是超聲波聲束傳播路徑示意圖。
[0024]圖2小管徑大壁厚管道焊縫超聲檢查工具探頭托盤組件示意圖。
[0025]圖3反射鏡曲率設(shè)計(jì)。
[0026]其中，1.反射鏡，2.探頭，3.管道焊縫，4.超聲波聲束，11.步進(jìn)電機(jī)，13.探頭架，15.旋轉(zhuǎn)氣缸，16.裝置主體，17.反射鏡支撐座。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述。
[0028]如圖1所示，在本實(shí)施例中，采用了一種可遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)角度的反射鏡結(jié)構(gòu)作為探頭托盤組件的一部分，超聲波聲束從探頭發(fā)出，經(jīng)過(guò)一段水聲程到達(dá)反射鏡結(jié)構(gòu)，大部分聲波在反射鏡表面發(fā)生反射，再經(jīng)過(guò)一段水聲程進(jìn)入管道焊縫，通過(guò)掃查裝置上的軸向和周向步進(jìn)電機(jī)，可使探頭托盤組件在管道內(nèi)進(jìn)行軸向和周向運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)小管徑大壁厚管道焊縫的水浸式超聲檢測(cè)。
[0029]在這一檢驗(yàn)過(guò)程中，水浸式超聲波檢測(cè)方法存在界面波，因大壁厚管道焊縫檢查深度較深，容易產(chǎn)生界面波對(duì)超聲波信號(hào)的干擾。所述的在聲束傳播路徑上使用反射鏡結(jié)構(gòu)裝置，通過(guò)反射鏡對(duì)聲束的反射作用，還能增加聲波在水中傳播距離，有效的防止二次界面波的干擾。同時(shí)，安裝的反射鏡表面呈凹面鏡的形狀，使發(fā)散的超聲波聲束平行入射到管道焊縫中。
[0030]本實(shí)施例中，探頭的晶片尺寸可以根據(jù)壁厚情況選擇合適大小的，保證探頭托盤組件尺寸不要太大以及超聲波在管道焊縫壁厚方向的穿透力。另外，在探頭夾具下方安裝了旋轉(zhuǎn)伸縮氣缸裝置，用作更換不同種類的探頭實(shí)現(xiàn)小管徑大壁厚管道焊縫的探測(cè)與定量掃查。
[0031]本發(fā)明中使用的小管徑大壁厚管道焊縫超聲檢查工具的探頭托盤組件見(jiàn)圖2。
[0032]其中，采用了結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的可調(diào)式反射鏡結(jié)構(gòu)，僅需要兩根超聲電纜和I根控制反射鏡2旋轉(zhuǎn)的電纜。聲波從探頭14發(fā)出，經(jīng)過(guò)一段水聲程到達(dá)反射鏡2，在反射鏡上面發(fā)生鏡面反射，再經(jīng)過(guò)一段水聲程入射到被檢管道焊縫，實(shí)現(xiàn)管道焊縫的水浸式超聲檢驗(yàn)。
[0033]此外，反射鏡結(jié)構(gòu)采用特殊的曲面設(shè)計(jì)，如圖3所示，反射鏡鏡面設(shè)計(jì)成一定曲率的柱面使發(fā)散的超聲波聲束平行入射到管道焊縫。下面給出反射鏡曲率半徑為計(jì)算公式:
[0034]r=d/ (l/2*arcsin (d/ (sqrt (R2_2*R*S*cos a +S2)))_l/2*arcsin (R*sin a /(sqrt (R2-2*R*S*cos a +S2))))
[0035]其中，sina/sin β =Cw/Cl
[0036]r—反射鏡曲率半徑；
[0037]R—管道焊縫內(nèi)表面半徑；
[0038]a —超聲波的入射角；
[0039]β 一超聲波在管道焊縫中的折射角；
[0040]S—聲波發(fā)生鏡面反射后的水聲程；
[0041]d—探頭晶片尺寸的一半；
[0042]Cff-水中超聲波聲速；
[0043]Cl-管道焊縫中超聲波縱波聲速。
[0044]在所述的探頭托盤組件上僅安裝了 2種不同類型探頭，一種為探測(cè)探頭、另一種為定量探頭，能夠?qū)崿F(xiàn)多種角度檢測(cè)管道焊縫。當(dāng)完成I種角度探頭檢測(cè)后，通過(guò)旋轉(zhuǎn)編碼器使電機(jī)I順時(shí)針(或逆時(shí)針)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)反射鏡2偏轉(zhuǎn)，改變超聲波聲束傳播路徑從而實(shí)現(xiàn)多角度檢驗(yàn)安注管焊縫的目的。當(dāng)探測(cè)探頭完成探測(cè)掃查，發(fā)現(xiàn)可記錄缺陷時(shí)，讓旋轉(zhuǎn)氣缸5通氣產(chǎn)生推力，探頭架作逆時(shí)針90°旋轉(zhuǎn)，更換為定量探頭實(shí)現(xiàn)缺陷的定量檢查。
[0045]在調(diào)試完成后，掃查裝置具備水下工作狀態(tài)，此時(shí)反射鏡2的偏轉(zhuǎn)角為45°，使超聲波聲束垂直入射到管道焊縫中，掃查裝置先用探測(cè)探頭進(jìn)行掃查。
[0046]在實(shí)施完探測(cè)探頭的檢驗(yàn)后，控制人員通過(guò)調(diào)整電機(jī)輸出脈沖個(gè)數(shù)，改變反射鏡偏轉(zhuǎn)角達(dá)到改變檢驗(yàn)角度的目的，實(shí)施另一個(gè)檢驗(yàn)探頭對(duì)管道焊縫的水浸式超聲檢驗(yàn)；當(dāng)所有探測(cè)探頭水浸式檢驗(yàn)完畢后，發(fā)現(xiàn)有需要定量的缺陷顯示，此時(shí)讓旋轉(zhuǎn)氣缸通氣產(chǎn)生推力，使探頭架發(fā)生90°旋轉(zhuǎn)，更換為定量探頭，再次旋轉(zhuǎn)反射鏡，采用定量所需角度，對(duì)缺陷顯示進(jìn)行定量掃查直到定量工作結(jié)束。
[0047]上面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作了詳細(xì)說(shuō)明，上述實(shí)施方式僅為本發(fā)明的最優(yōu)實(shí)施例，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施例，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種小管徑大壁厚管道設(shè)備的水浸超聲波檢測(cè)方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1、將探測(cè)探頭伸入管中，進(jìn)行掃描探測(cè)，對(duì)于管道的焊縫進(jìn)行探測(cè)掃查； 步驟2、在對(duì)于焊縫進(jìn)行探測(cè)掃查后，在探測(cè)管道焊縫有缺陷的探測(cè)位置，使用定量探頭對(duì)于焊縫進(jìn)行檢測(cè)。
2.如權(quán)利要求1所述的小管徑大壁厚管道設(shè)備的水浸超聲波檢測(cè)方法，其特征在于，在步驟I中，探測(cè)探頭位置保持固定，掃描過(guò)程由反射鏡實(shí)現(xiàn)；并且，在步驟2中，在檢測(cè)過(guò)程中使用所述反射鏡。
3.如權(quán)利要求2所述的小管徑大壁厚管道設(shè)備的水浸超聲波檢測(cè)方法，其特征在于，所述反射鏡鏡面設(shè)計(jì)成指定曲率的柱面使來(lái)自探測(cè)探頭和定量探頭的發(fā)散的超聲波聲束平行入射到管道焊縫，反射鏡曲率半徑計(jì)算公式如下所述:r = d/ (I/2*ar cs in (d/ (sqrt(R2_2*R*S*cosa +S2)))_l/2*arcsin(R*sina /(sqrt (R2-2*R*S*cos a +S2))))其中，sin a /sin β =Cff/Clr—反射鏡曲率半徑；d —探頭晶片尺寸的一半； R-管道焊縫內(nèi)表面半徑； a —超聲波的入射角； S—聲波發(fā)生鏡面反射后的水聲程； β—超聲波在管道焊縫中的折射角； Cw-水中超聲波聲速； Cl-管道焊縫中超聲波縱波聲速。
4.如權(quán)利要求1所述的小管徑大壁厚管道設(shè)備的水浸超聲波檢測(cè)方法，其特征在于，在步驟I中，將探測(cè)探頭和定量探頭同時(shí)伸入管中；在步驟I中，使用探測(cè)探頭；在步驟2中，將探測(cè)探頭替換為定量探頭。
【專利摘要】本發(fā)明屬于核電站及其它承壓容器小管徑管道焊縫內(nèi)表面超聲波檢查，具體是一種小管徑大壁厚管道設(shè)備的水浸超聲波檢測(cè)方法。包括如下步驟：步驟1、將探測(cè)探頭伸入管中，進(jìn)行掃描探測(cè)，對(duì)于管道的焊縫進(jìn)行探測(cè)掃查；步驟2、在對(duì)于焊縫進(jìn)行探測(cè)掃查后，在探測(cè)管道焊縫有缺陷的探測(cè)位置，使用定量探頭對(duì)于焊縫進(jìn)行檢測(cè)。相對(duì)接觸式而言，能夠在檢驗(yàn)探頭不用接觸管道內(nèi)表面的情況下，實(shí)施小管徑大壁厚管道焊縫檢查，掃查速度快，檢查精度高。應(yīng)用此種方法，使得檢測(cè)裝置更小型輕便化，減少了檢測(cè)探頭數(shù)量及相應(yīng)的超聲電纜，減輕了檢查裝置的重量，降低了檢測(cè)成本及檢查風(fēng)險(xiǎn)。
【IPC分類】G01N29-22, G01N29-04
【公開(kāi)號(hào)】CN104749245
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310752701
【發(fā)明人】付千發(fā), 許遠(yuǎn)歡, 蔡家藩, 聶勇
【申請(qǐng)人】中核武漢核電運(yùn)行技術(shù)股份有限公司, 核動(dòng)力運(yùn)行研究所
【公開(kāi)日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2013年12月31日