[發(fā)明專利]基于CIVA仿真及分析接管角焊縫缺陷的方法

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• 申請日: 2021-09-16
• 公開（公告）號: CN113834874A
• 公開（公告）日: 2021-12-24
• 發(fā)明（設計）人: 梁國安;王海濤;鄭凱;許倩;范正;姚葉子
• 申請（專利權）人: 江蘇省特種設備安全監(jiān)督檢驗研究院;南京航空航天大學
• 主分類號: G01N29/06
• 分類號: G01N29/06;G01N29/26;G01N29/44
• 代理公司: 南京千語知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 32394
• 代理人: 尚于杰;祁文彥

1.一種基于CIVA仿真及分析接管角焊縫缺陷的方法，其特征在于：包括如下步驟：

S0：設計接管角連接件試件，該試件包括支管和主管，所述支管和主管之間的接管角焊縫包含典型缺陷，對每個缺陷進行標號，并測量每個缺陷的參數(shù)；

S1：根據(jù)步驟S0中試件的尺寸、參數(shù)和材質(zhì)，在CIVA仿真軟件中試件的仿真三維模型；

S2：分析超聲波換能器參數(shù)對角焊縫聲場聚焦性能的影響，獲得優(yōu)質(zhì)的角焊縫無損檢測聲場，確定檢測探頭最優(yōu)參數(shù)；

S3：根據(jù)步驟S2確定的探頭參數(shù)，確定檢測探頭固定位置，設置閘門寬度和步進角度，在常規(guī)扇掃以及全聚焦兩種模式下，得到典型缺陷的B掃描檢測結果，分別分析兩種模式下的結果圖像中缺陷位置及缺陷特征；

S4：依據(jù)探頭固定位置的缺陷成像坐標，重新設置常規(guī)扇掃以及全聚焦兩種模式下閘門寬度和步進角度，使得檢測探頭環(huán)繞接管角一周進行掃查，獲得兩種檢測模式下的缺陷C掃描檢測結果，獲取兩種模式下的缺陷響應圖像；

S5：基于步驟S4中C掃描檢測結果獲得的缺陷分布特征及能量變化，開展缺陷定量檢測工作，獲得兩種模式下的缺陷定量結果，并與試件的實際測量值進行比較評析。

2.根據(jù)權利要求1所述的基于CIVA仿真及分析接管角焊縫缺陷的方法，其特征在于：所述步驟S1中接管角連接件試件，支管的尺寸包括內(nèi)徑、外徑、厚度和長度，主管的尺寸包括內(nèi)徑、外徑、厚度和高度，接管角焊縫缺陷的參數(shù)包括類型、位置、深度和長度。

3.根據(jù)權利要求2所述的基于CIVA仿真及分析接管角焊縫缺陷的方法，其特征在于：所述步驟S2中檢測探頭參數(shù)包括探頭頻率、陣元數(shù)量和陣元間距。

4.根據(jù)權利要求3所述的基于CIVA仿真及分析接管角焊縫缺陷的方法，其特征在于：所述步驟S3中獲取常規(guī)扇掃以及全聚焦兩種模式下缺陷響應結果圖像的具體做法是：

S31，在陣列設置Array settings里選擇unisequential進行全激發(fā)常規(guī)扇形掃查，獲取缺陷響應圖像并記錄下缺陷的聲程或者深度；

S32，在Array settings里重新選擇全矩陣采集Full matrix capture功能，獲得缺陷響應圖像并記錄下缺陷的聲程或者深度；

S33，分別對每個缺陷進行對比和分析評估。

5.根據(jù)權利要求4所述的基于CIVA仿真及分析接管角焊縫缺陷的方法，其特征在于：步驟S5中采用-6dB法定量檢測缺陷長度。

6.根據(jù)權利要求1所述的基于CIVA仿真及分析接管角焊縫缺陷的方法，其特征在于：步驟S1中接管角連接件試件，支管和主管的尺寸、每個缺陷的參數(shù)、探頭參數(shù)及步驟S0中接管角焊縫缺陷標號，如下表1所示：

表1 CIVA仿真模型具體參數(shù)設置表

其中，5#焊縫缺陷參數(shù)為6×6mm的矩形缺陷。

7.根據(jù)權利要求6所述的基于CIVA仿真及分析接管角焊縫缺陷的方法，其特征在于：步驟S2中確定的探頭最優(yōu)參數(shù)：探頭頻率為2.25MHz，陣元數(shù)目為32，陣元間距為1.0mm。

8.根據(jù)權利要求7所述的基于CIVA仿真及分析接管角焊縫缺陷的方法，其特征在于：對比5號缺陷在常規(guī)扇掃和全聚焦兩種模式下的響應結果圖像，得出：全聚焦比常規(guī)相控陣扇掃能量更為集中，缺陷圖像更清晰，分辨力更好，并且各陣元的信號幅值也更高。

9.根據(jù)權利要求8所述的基于CIVA仿真及分析接管角焊縫缺陷的方法，其特征在于：步驟S3中固定探頭位置為80mm和150mm，該距離為探頭與支管表面之間的垂直距離；常規(guī)扇掃時，80mm處檢測5，6號缺陷時選擇閘門寬度為80us-160us，步進為1°；150mm處檢測1、2、3、4號缺陷時，閘門寬度為80us-160us，步進為4°；

使用全聚焦的激發(fā)方式和全矩陣捕獲的采集方式時，80mm處閘門寬度為75us-110us，步進為3°；150mm處閘門寬度為75us-110us，步進為3°。

10.根據(jù)權利要求9所述的基于CIVA仿真及分析接管角焊縫缺陷的方法，其特征在于：所述步驟S4中，再次獲取常規(guī)扇掃以及全聚焦環(huán)繞接管角一周的掃查缺陷成像，比較80mm處常規(guī)扇掃和全聚焦360°的缺陷響應結果圖，得出全聚焦比常規(guī)相控陣扇掃能量更為集中，圖像下方的結構波成像更為清晰，同時對于較小的點狀缺陷也能較為準確地確定其深度位置；然后，采用-6dB法定量檢測缺陷長度，在全聚焦的A掃圖中取得2、3號缺陷最高處幅值，往兩側取得幅值下降6db時探頭所在角度，作差后根據(jù)步驟S0中缺陷所在半徑，求得缺陷長度，再與表1中實際設計長度進行比對，發(fā)現(xiàn)全聚焦方法所測數(shù)值更接近于實際設計的長度，依此方法獲得測量的全部缺陷長度如下表2所示：

表2全部缺陷檢測長度和實際長度比對表

缺陷編號	常規(guī)扇掃檢測長度	全聚焦檢測缺陷長度	實際設計長度
1	52.3mm	60.9mm	63mm
2	33.6mm	42.1mm	48mm
3	47.1mm	58.9mm	57mm
4	29.3mm	36.4mm	35mm
5	5.1mm	6.4mm	6mm
6	40.2mm	43.8mm	46mm

；

得出評估結論：采用全聚焦方法不僅對缺陷的成像更為清晰，而且定量缺陷長度也比常規(guī)扇掃更加精確，全聚焦方法在對接管角焊縫缺陷的橫波檢測中具有較為明顯的優(yōu)勢。