阅读说明：本技术 一种用于直缝焊管水耦合超声波探伤的设备调整方法 (Equipment adjusting method for water coupling ultrasonic flaw detection of straight welded pipe ) 是由 周长忠 眭凌峰 于 2018-05-28 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于直缝焊管水耦合超声波探伤的设备调整方法,本发明选用了尺寸匹配的耐磨块,并通过选用合适的探头尺寸以及检测频率,使探头的声束扩散角降低,而且同组探头的声束水平中心被调整到一条直线上,同时探伤前钢管表面杂质被清洗干净,本发明能解决长期困扰直缝焊管自动超声波探伤耦合监控的问题。(The invention relates to a method for adjusting equipment for water coupling ultrasonic flaw detection of a longitudinal welded pipe, which selects a wear-resistant block with matched size, reduces the sound beam diffusion angle of a probe by selecting proper probe size and detection frequency, adjusts the horizontal centers of sound beams of the same group of probes to be on a straight line, and simultaneously cleans impurities on the surface of a steel pipe before flaw detection.)

一种用于直缝焊管水耦合超声波探伤的设备调整方法

技术领域

本发明涉及一种用于直缝焊管水耦合超声波探伤的设备调整方法。

背景技术

在钢管生产过程中，由于各种偶然性，所以钢管壁上不可避免的会存在这样或那样的缺陷，例如：纵向裂纹、横向裂纹、折叠、分层等等缺陷。钢管使用过程中一般情况下条件都比较苛刻，如果钢管有缺陷，就会在使用中发生破裂，引起事故，甚至造成更严重的后果，例如高温高压水管***，化工厂内输送有毒化工原料的管道泄漏，输送天然气的高压管道***，这些都可能造成重大经济损失，甚至人员伤亡。所以，世界上所有的生产钢管的厂家，都有完善的无损检测设备，对钢管进行在线探伤。

超声波作为一种高频机械波，在空气中传播时能量损失较大，实际探伤时通常是借助水等耦合介质，实现超声波由发射探头到被检钢管表面的传递。

考虑到水耦合效果直接影响到探伤可靠性，部分高端焊管产品用户明确要求对水耦合情况进行监控，并将探伤系统耦合监控增益动态提高值作为合格供应商准入的技术条件。

国内外焊管制造企业配置的焊缝自动超声波探伤设备，采用的探伤方式基本为钢管固定、探头直线扫查焊缝内外表面。与无缝钢管全周向检测要求不同，由于只需对焊缝进行探伤，为避免超声波传播过程中能量损失，探头与钢管表面之间往采用水膜法、而不是局部水浸法进行耦合，耦合效果及稳定性较后者存在明显劣势。

现有直缝焊管自动超声波探伤设备在耦合监控方法存在以下几方面的不足：1)耐磨块结构设计不合理，规格跨度范围大，造成耐磨块与钢管表面贴合紧密度差，探伤时易引起失水致耦合不良。2)探头安装、声束中心确认方法不当，造成同组探头安装后声束中心不在同一水平线上，引起超声波不必要的扩散衰减。3)探头制作尺寸及检测频率不合适，造成声束扩散角过大，声能衰减严重。4)钢管表面质量不佳，设备原始设计未考虑钢管表面清洗功能。5)耦合监控回波形式选择不当，造成耦合监控增益动态提高值过度增加。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于直缝焊管水耦合超声波探伤的设备调整方法，本发明选用了尺寸匹配的耐磨块，通过选用合适的探头尺寸以及检测频率，以使探头的声束扩散角降低，而且同组探头的声束水平中心被调整到一条直线上，同时探伤前钢管表面杂质被清洗干净，用以解决目前探伤设备在耦合监控方面存在的问题。

为实现上述目的，本发明的方案是：一种用于直缝焊管水耦合超声波探伤的设备调整方法，所述的设备调整方法包括：

(1)根据待探伤的钢管外径，选择与其匹配的耐磨块，将钢管安装在耐磨块的中心圆内；

(2)在探头直径以及检测频率符合探伤要求的情况下，选用声束扩散角小的探头，所述声束扩散角与探头的直径以及探头的检测频率成反比；

(3)调整同组探头的声束水平中心，使同组探头的声束水平中心处于同一直线上；

(4)针对不同探头的不同检测功能，选用合适的耦合监控方法，即：对直探头的分层探伤，选用底面波法；对单晶斜探头的纵向探伤，选用表面波法；对斜探头的串列式探伤，选用同组探头发射波法；

(5)设备调整完毕，对钢管进行水耦合超声波探伤。

进一步地，根据本发明所述的设备调整方法，步骤(1)中，所述耐磨块与钢管的匹配原则为：对于中心圆直径为R的耐磨块，与其匹配的钢管的外径为R～(R+50)。

进一步地，根据本发明所述的设备调整方法，步骤(2)中，所述探头的声束扩散角为：

θ＝70×v/Df

其中，θ为探头的声束扩散角，v为超声波传播速度，D为探头的直径，f为探头的检测频率。

进一步地，根据本发明所述的设备调整方法，所述调整方法设置水清洗装置，在探伤前开启水清洗装置，清洗钢管表面的杂质，确保钢管表面的清洁度。

进一步地，根据本发明所述的设备调整方法，步骤(3)中，同组探头的声束水平中心调整方法为：

同组探头包括第一探头和第二探头，将第一探头固定，将第二探头的声束对准第一探头，转动第二探头，当第一探头的回波幅度至最高时，停止第二探头的转动，并将第二探头固定在当前位置；

第二探头固定好之后，将第一探头的声束对准第二探头，转动第一探头，当第二探头的回波幅度至最高时，停止第一探头的转动，并将第一探头固定在当前位

本发明达到的有益效果：本发明选用了尺寸匹配的耐磨块，并通过选用合适的探头尺寸以及检测频率，使探头的声束扩散角降低，而且同组探头的声束水平中心被调整到一条直线上，同时探伤前钢管表面杂质被清洗干净，本发明能解决长期困扰直缝焊管自动超声波探伤耦合监控控制问题。

附图说明

图1是本发明方法流程图；

图2是焊缝超声波自动探伤设备探头分布示意图；

图3是耐磨块俯视图；

图4a和图4b是调整同组探头声束水平中心的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步详细的说明。

图2是焊缝超声波自动探伤设备探头分布，图1中1、2是纵向内伤探头，3、4是纵向外伤探头，5、6是横向探头，7、8是热影响区分层探头，所有探头通过悬挂在龙门架上的驱动小车实现对焊缝的直线扫描。

如图1，本发明方法包括：

(1)加工专用耐磨块，合理分配耐磨块适用范围，提高耐磨块与钢管表面贴合度。

耐磨块的功能主要有：一是保护探头；二是提高钢管表面贴合度，确保水耦合效果。探头置于图3中圆形孔内，发射的超声波经耐磨块与钢管表面之间的水耦合传递入钢管内部。

耐磨块加工完成后，为进一步提高与钢管表面的贴合程度，不同外径范围的钢管使用不同R值的耐磨块，对应原则：适用钢管外径范围＝R～(R+50)。

具体对应关系见表1内容。

表1耐磨块规格及钢管适用范围

序号	耐磨块(R)	适用钢管外径范围(mm)
			1	219	219-269
2	250	250-300
			3	300	300-350
4	350	350-400
			5	400	400-450
6	450	450-500
			7	525	525-575

(2)选用、安装合适的探头，降低探头声束扩散角

探头选用依据：

声束扩散角θ＝70×λ/D

其中λ为超声波波长，D为探头直径。

又因λ＝v/f

其中v为超声波传播速度，f为探头检测频率。

θ＝70×v/Df

在超声波传播速度v(v＝3230m/s)一定的情况下，扩散角θ与探头外径及检测频率成反比。例如：探头相关参数D＝14mm，f＝4MHz，在此情况下，θ＝4°。

在此条件下，声束扩散角仅4°，大大提高降底了声束的发散程度。

(3)调整同组探头声束水平中心，提高同组探头之间传输效率

调整方法如图4a和4b所示，其中9、10分别代表同组的内表或外表检测探头中的第一探头和第二探头。探头声束中心确认方法为：

如图4a所示，第一探头9固定，第二探头10的声束方向朝向第一探头9，转动第二探头10，当第一探头9回波幅度至最高时，停止转动第二探头10，同时固定第二探头10的安装位置。

如图4b所示，第二探头10固定，第一探头9的声束方向朝向第二探头10，转动第一探头9，当第二探头10的回波幅度至最高时，停止转动第一探头9，同时固定第一探头9的安装位置。

(4)根据不同的检测探头及检测功能，选用合适的耦合监控控制方法

按检测功能及使用检测探头的类型不同，耦合监控的控制方法也不尽相同。焊缝检测常见检测功能及探头与耦合监控控制方法对应关系见表2。

表2耦合监控控制方法分类

检测功能	探头类型	耦合控制方法
			分层探伤	直探头	底面波
纵向探伤	单晶斜探头	表面波
			串列式探伤	斜探头	同组探头发射波

(5)开启水清洗装置，去除钢管表面杂质，确保钢管表面清洁度

水管管头部为扁平喷嘴，清洗装置具有高度可调、喷洒面积大且均匀的特点。

开始检测前，打开水管阀门开关，利用水对钢管表面进行预清洗，减少表面杂质对耦合的影响。

以检测355.6×11.13管线管为例，对本发明方法进行说明：

本专利的调整步骤，；

(1)加工耐磨块，并按表1选用R值为350mm的耐磨块；

(2)选用合适的检测探头(D＝14mm，检测频率f＝4MHz，扩散角θ＝4°)；

(3)对安装的探头进行水平中心调整，确保同组探头的一致性；

(4)根据表2中内容，设定合适的耦合监控方法；

(5)开始检测前，开启水清洗装置。