用于檢測焊接部的主體的缺陷的超聲波方法和裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及應用于工業(yè)設施(例如核反應堆)的特定區(qū)域的非破壞性超聲波缺陷檢測的領域。
[0002]本發(fā)明尤其涉及一種確定焊接部中的缺陷的超聲波主體檢測方法。
[0003]本發(fā)明還涉及一種用于確定焊接部中的缺陷的超聲波主體檢測裝置。
【背景技術】
[0004]根據(jù)目前技術發(fā)展水平已知，上述類型的主體檢測方法能探測焊接部中的缺陷，并能例如使用“衍射時差(TOFD，Time Of Flight Diffract1n) ”類型的技術在特定條件下確定所述缺陷的尺寸。這些方法基于垂直于焊接部的表面且處于波的軌跡上的缺陷引起的超聲波波束衍射的原理。
[0005]該類型的方法中，將超聲波發(fā)射器以及超聲波接收器靠近焊接部放置在所述表面上，使得其各波束充分散開以覆蓋所述焊接部的主要(significant)部分。所述接收器則測量由所述發(fā)射器發(fā)射的超聲波在所述焊接部內(nèi)傳播的最短行進時間。所述行進時間即從所述波被所述發(fā)射器發(fā)射到所述波被所述接收器接收之間的時間。
[0006]當所述焊接部內(nèi)存在二維(planar)缺陷時，部分所發(fā)射的波被所述缺陷衍射。所述接收器接收被所述缺陷衍射的波并測量相應于這些波的最短路徑的行進時間。通過比較被衍射的波以及未被衍射的波各自的行進時間，能探測到缺陷。接下來應用三角公式，能定位所述焊接部中的缺陷，或表征所述缺陷的部分尺寸，例如所述缺陷的長度或深度。
[0007]然而，將這種方法用于由粒度(grain size)與所用波長相當?shù)慕饘俨牧现瞥傻暮附硬浚贸龅慕Y果難于解釋這種會打斷超聲波波束的傳播的焊接部的結構。例如對于填充金屬為奧氏體不銹鋼(austenitic stainless steel)或镲基合金(nickel-basedalloy)的焊接部而言，情況就是如此?，F(xiàn)有TOFD型方法則不允許對所述焊接部的缺陷進行精細表征(minute characterizat1n)。對于這種焊接部，使用其它檢測方法，例如造影(rad1graphy)法，這種方法就確定所述缺陷的尺寸而言更不精確，并且由于使用了電離輻射，需要小心使用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]因此，本發(fā)明的目的之一是提出一種超聲波主體檢測方法，能獨立于焊接部的金屬材料的粒度以足夠的精度對所述焊接部的缺陷進行精細探測和表征。
[0009]為此，本發(fā)明涉及用于一種用于檢測焊接部的主體的缺陷的超聲波方法，包括:
[0010]用于對所述焊接部進行冶金學研宄的步驟；
[0011]實驗步驟，用于基于所述冶金學研宄將所述焊接部劃分為多個理論塊，以及聯(lián)合確定針對每個理論塊的均一彈性虎克張量，所述理論塊選擇為使得每個塊的彈性虎克張量在該塊中大致同質且各向異性；
[0012]用于通過計算，使用所述理論塊以及通過實驗確定的所述彈性虎克張量模擬至少一個入射超聲波在所述焊接部中的傳播的步驟，每個入射超聲波穿越所述焊接部后形成衍射超聲波；
[0013]用于根據(jù)在模擬步驟中模擬的傳播來確定至少一個參照衍射超聲波的步驟；
[0014]用于在所述焊接部中發(fā)射至少一個入射超聲波的步驟；
[0015]用于在至少一個預定的點測量每個衍射超聲波的步驟；以及
[0016]用于將每個參照衍射超聲波與每個測得的衍射超聲波進行比較，以由此推知所述焊接部是否具有缺陷的步驟。
[0017]有利地，根據(jù)本發(fā)明的主體檢測方法能完全確定焊接部中存在的缺陷的尺寸且不需要操作者使用任何具體防范措施。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的其它有益方面，所述主體檢測方法包括以下單獨的或技術上可能的所有組合形式的一個或多個特點:
[0019]在用于通過計算模擬所述入射超聲波的傳播的步驟中，使用缺陷模型為焊接部缺陷類型建模，每個缺陷模型包括與各自的缺陷類型相關聯(lián)的特征；
[0020]每個缺陷模型被封裝在軟件容器中，所述軟件容器進一步包括與所述缺陷類型相關聯(lián)的模擬測量印記(simulated measurement imprint)，每個軟件容器能夠被存儲在數(shù)據(jù)庫中；
[0021]每個參照衍射超聲波與一個軟件容器相關聯(lián)，所述方法進一步包括:用于表征缺陷的步驟，其中對在比較步驟中探測到的缺陷進行表征；以及用于顯示結果的步驟，其中，取回的經(jīng)表征的缺陷的形式為對缺陷類型加以表示的顯示數(shù)據(jù)、以及對有關的存在相關度加以表示的顯示數(shù)據(jù)；
[0022]所述實驗步驟包括針對每一族理論塊發(fā)射至少一個聲識別波；
[0023]每個識別波的頻率在發(fā)射過程中是變化的；
[0024]多個識別聲波被發(fā)射，所發(fā)射的識別波的頻率兩兩不同；
[0025]每個理論塊的體積大于0.1mm3。
[0026]本發(fā)明還涉及一種用于檢測焊接部的主體的缺陷的超聲波裝置，所述焊接部包括多個理論塊，所述裝置包括:
[0027]用于在所述焊接部中發(fā)射至少一個入射超聲波的裝置，每個入射超聲波穿越所述焊接部后形成衍射超聲波；
[0028]用于在至少一個預定的點測量所述衍射超聲波的裝置；
[0029]信息處理單元，與上述發(fā)射裝置相連接，所述處理單元能確定至少一個參照衍射超聲波，將每個參照衍射超聲波與每個測得的衍射超聲波進行比較，并由此推知所述焊接部是否具有缺陷，所述處理單元包括:處理裝置，能通過實驗確定所述焊接部的所述理論塊以及與所述理論塊相關聯(lián)的彈性虎克張量，以使用通過實驗確定的所述彈性虎克張量通過計算來模擬所述入射超聲波的傳播，并由此推知(deduce)每個參照衍射超聲波。
[0030]根據(jù)本發(fā)明其他有益方面，所述主體檢測裝置包括以下單獨的或技術上可能的所有組合形式的一個或多個特點:
[0031]所述處理單元包括:存儲裝置，能存儲包括多個軟件容器的數(shù)據(jù)庫；
[0032]每個軟件容器包括:缺陷模型，所述缺陷模型包括與缺陷類型相關聯(lián)的特征，以及與所述缺陷類型相關聯(lián)的模擬測量印記；以及
[0033]所述超聲波裝置包括:用于表征所探測到的缺陷的裝置；以及用于顯示檢測的結果的裝置。
【附圖說明】
[0034]通過閱讀以下【具體實施方式】可以明了本發(fā)明的特點和優(yōu)點。所述【具體實施方式】參照附圖進行，且僅作為非限制性的示例。其中:
[0035]圖1是根據(jù)本發(fā)明的主體檢測裝置的示意圖；所述主體檢測裝置能探測焊接部中的缺陷；
[0036]圖2是根據(jù)本發(fā)明的主體檢測方法的流程圖；所述主體檢測方法由圖1的主體檢測裝置實施；以及
[0037]圖3是圖1的焊接部的示意圖；所述焊接部在所述主體檢測方法期間被劃分為多個各向異性且大致同質(homogenous)的理論塊。
【具體實施方式】
[0038]以下【具體實施方式】中，術語“右”、“左”、“頂”、“底”、“縱”、“橫”應參照附圖所示正交軸系統(tǒng)進行理解；所述系統(tǒng)具有:
[0039]縱軸X，取向為自底部指向頂部；以及
[0040]橫軸Y，取向為自左向右。
[0041]圖1中示意性示出裝置I，所述裝置I用于檢測焊接部(weld) 10的主體(bulk)的缺陷。
[0042]這種焊接部10例如存在于核反應堆區(qū)域，尤其位于與所述反應堆的堆芯的主冷卻液相接觸的加壓設備中。所述焊接部10由彼此連接的金屬材料晶粒(grain)的三維聚合體(aggregate)形成。所示示例實施例中，所述金屬材料是奧氏體不銹鋼，其晶粒為針粒(needle);各針粒的直徑約為100 μ m，各針粒的長度約為1mm。所述焊接部10大致具有平行六面體(parallelepiped)的形狀。所述焊接部10的高度限定為所述焊接部在平行于所述軸X的方向上的尺寸，所述焊接部10的寬度限定為所述焊接部在平行于所述軸Y的方向上的尺寸。所述焊接部10的高度例如約為10cm，所述焊接部10的寬度例如約為1cm。
[0043]圖1中，所述焊接部10呈現(xiàn)在平面X-Y內(nèi)的剖視圖中；所述焊接部10包括缺陷14(例如裂痕)。自外側僅可見所述焊接部10的外表面12 ;所述表面12垂直于所述軸X在橫向平面中延伸。所述裂痕14例如垂直于所述表面12在所述平面X-Y中延伸。
[0044]根據(jù)本發(fā)明的主體檢測裝置I包括:超聲波發(fā)射器16 ;超聲波接收器18 ;以及信息處理裝置20，所述信息處理裝置20與所述發(fā)射器16以及所述接收器18相連接。
[0045]所述發(fā)射器16例如是以發(fā)射模式操作的縱波變送器(transducer)。所述發(fā)射器16能朝所述焊接部10發(fā)射縱向超聲波。所述發(fā)射器16具體能發(fā)射波長約等于金屬材料晶粒長度的波；換言之，在所述示例實施例中，所述發(fā)射器16發(fā)射的波的頻率例如約為3MHz。
[0046]所述接收器18例如是以接收模式操作的縱波變送器。所述接收器18能在預定的點接收所述焊接部10發(fā)射的超聲波，并將那些波變換為數(shù)字響應信號Sr(t)。所述接收器18具體能在預定的點接收被所述焊接部10的