一種建筑鋼結(jié)構(gòu)焊縫超聲相控陣檢測(cè)工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及超聲波相控陣檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鋼焊縫超聲波相控陣檢測(cè) 工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋼結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用在建筑、公路、鐵路、橋梁和石油化工等方面，為了保證結(jié)構(gòu)的安 全性能，焊接質(zhì)量相當(dāng)關(guān)鍵，特別是對(duì)于大型的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的焊縫檢測(cè)異常重要。隨著鋼結(jié) 構(gòu)行業(yè)的快速發(fā)展，設(shè)計(jì)、業(yè)主和制造單位對(duì)鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量的重視程度越來越高，對(duì)焊接 缺陷的檢出率、缺陷當(dāng)量精度和缺陷性質(zhì)判斷的要求也越來越高。常規(guī)的超聲波檢測(cè)只能 夠通過缺陷波形和探傷人員的經(jīng)驗(yàn)來判斷缺陷的性質(zhì)，且作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，因而通過常規(guī)的超 聲波探傷儀對(duì)焊縫進(jìn)行安全檢測(cè)已越來越難滿足建筑鋼結(jié)構(gòu)工程中的實(shí)際需求。
[0003] 超聲相控陣（Phased Array)檢測(cè)技術(shù)是一項(xiàng)新技術(shù)，早期主要應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域， 醫(yī)學(xué)超聲成像中。其檢測(cè)系統(tǒng)的復(fù)雜性、固體中波動(dòng)傳播的復(fù)雜性以及成本費(fèi)用較高等原 因，使得該技術(shù)在工業(yè)無損檢測(cè)中的應(yīng)用受到很多限制。近年來，超聲相控陣技術(shù)以其靈活 的聲束偏轉(zhuǎn)及聚焦性能越來越引起人們的重視。由于壓電復(fù)合材料、納秒級(jí)脈沖信號(hào)控制、 數(shù)據(jù)處理分析、軟件技術(shù)和計(jì)算機(jī)模擬等多種高新技術(shù)在超聲相控陣成像領(lǐng)域中的綜合應(yīng) 用，使得超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)得以快速發(fā)展，逐漸應(yīng)用于無損檢測(cè)。
[0004] 超聲相控陣檢測(cè)系統(tǒng)是通過電子技術(shù)來實(shí)現(xiàn)聲束的掃查方向和聚焦深度的控制， 可以以同一探頭來實(shí)現(xiàn)不同壁厚、不同材質(zhì)構(gòu)件的焊縫檢測(cè)任務(wù)，克服了常規(guī)過探頭自動(dòng) 超聲檢測(cè)系統(tǒng)調(diào)整難度大和探頭適應(yīng)范圍窄以及設(shè)備沉重的缺陷。以這種方法對(duì)焊縫進(jìn) 行檢測(cè)有很多優(yōu)點(diǎn)，主要有5個(gè)：一是減少了所需的探頭數(shù)量和掃描次數(shù)，從而減少檢測(cè)時(shí) 間；二是對(duì)于有限可接近的部位增加了覆蓋面；三是采用不同的波型和聲束的聚焦方法可 實(shí)現(xiàn)優(yōu)化檢測(cè)；四是對(duì)被測(cè)件圖像的解讀更加容易；五是缺陷的檢出率和檢測(cè)靈敏度高。 目前，相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)在石油管道、海洋平臺(tái)等結(jié)構(gòu)中得到了應(yīng)用，在建筑鋼結(jié)構(gòu)工程 檢測(cè)中尚無應(yīng)用。鑒于超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)的上述優(yōu)點(diǎn)，研究出適用于建筑鋼結(jié)構(gòu)焊縫檢 測(cè)的超聲相控陣檢測(cè)工藝，對(duì)于建筑鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服鋼結(jié)構(gòu)焊縫檢測(cè)中采用常規(guī)的超聲波檢測(cè)工藝的缺點(diǎn)和 不足，提供一種建筑鋼結(jié)構(gòu)焊縫超聲相控陣檢測(cè)工藝，豐富了建筑鋼結(jié)構(gòu)焊縫無損檢測(cè)方 法，提高工作效率及質(zhì)量。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0007] -種建筑鋼結(jié)構(gòu)焊縫超聲相控陣檢測(cè)工藝，該工藝使用超聲相控陣檢測(cè)儀（1)和 超聲相控陣探頭（2)對(duì)焊接件的焊縫（6)中的焊接缺陷（7)進(jìn)行檢測(cè)；利用CSK-ID標(biāo)準(zhǔn)試 塊校準(zhǔn)超聲相控陣檢測(cè)儀，利用RB-IA對(duì)比試塊校準(zhǔn)檢測(cè)靈敏度，利用RB-IB對(duì)比試塊校準(zhǔn) 豎向未焊透、未融合缺陷的大小，該工藝包括以下步驟：
[0008] 步驟I、儀器設(shè)置：
[0009] 根據(jù)檢測(cè)對(duì)象的規(guī)格選擇相應(yīng)的探頭，鋼板厚度小于等于50mm選擇頻率為5~ 10MHz，16晶片的探頭；鋼板厚度大于50mm選擇頻率為2. 25~5MHz，32晶片的探頭；焦距 設(shè)置為N = Α2/4 λ _，其中：N表示焦距，A表示探頭晶片孔徑，λ聲波波長(zhǎng)；超聲波聲速設(shè) 置為3230m/s，角度設(shè)置為最小角為40°、最大角為70° ;
[0010] 步驟2、儀器校準(zhǔn)：
[0011] 制作TCG曲線，探頭前后移動(dòng)，找到一次波顯示Φ 3橫孔的信號(hào)，調(diào)整閘門A位置 與寬度，使閘門內(nèi)只有Φ 3的信號(hào)，調(diào)整閘門A閾值，將其設(shè)為偏差為5 % ;前后移動(dòng)探頭， 找到P% A顯示值最大的位置，調(diào)整模擬增益dBA，使dBA為1，調(diào)整數(shù)字增益dB，使最大P% A值約為80 %，開始記錄橫孔信號(hào)，前后移動(dòng)探頭，記錄每個(gè)角度最大幅值，直到左邊TCG曲 線穩(wěn)定不變，點(diǎn)擊"點(diǎn)1"，當(dāng)"點(diǎn)1"變?yōu)?點(diǎn)2"時(shí)，點(diǎn)1記錄完成；隨后找到2次波顯示Φ 3 橫孔的信號(hào)，記錄其TCG曲線，點(diǎn)擊功能鍵DAC，使上述制作的TCG曲線轉(zhuǎn)化為DAC缺陷并設(shè) 置掃查靈敏度Φ 3-16dB ;
[0012] 步驟3、掃查檢測(cè)：
[0013] 對(duì)待檢測(cè)表面進(jìn)行打磨，清除焊接飛濺、鐵肩、污垢及其他雜質(zhì)，根據(jù)鋼板的材質(zhì) 等級(jí)確定檢測(cè)時(shí)機(jī)，在檢測(cè)試件上標(biāo)注檢測(cè)起點(diǎn)，即零點(diǎn)，在焊接試件掃查區(qū)域刷校準(zhǔn)儀器 所使用的耦合劑，掃查發(fā)現(xiàn)缺陷時(shí)結(jié)合B-掃描、S-掃描及A-掃描顯示，對(duì)缺陷的位置、波 幅、長(zhǎng)度及高度進(jìn)行測(cè)量，對(duì)缺陷進(jìn)行分級(jí)評(píng)定并報(bào)告檢測(cè)結(jié)果。
[0014] 該工藝中對(duì)儀器要求如下：
[0015] 相控陣儀器至少應(yīng)有A、S、B、C型顯示的功能，且具有在掃描圖像上對(duì)缺陷定位、 定量及分析功能；其放大器的增益調(diào)節(jié)步進(jìn)不應(yīng)大于IdB ;-3dB帶寬下限不高于IMHz上限 不低于15MHz ;數(shù)字化頻率不應(yīng)小于探頭中心頻率的5倍；波幅數(shù)字化應(yīng)不小于8位；所有 激勵(lì)通道的發(fā)射脈沖電壓具有一致性，最大偏移量應(yīng)不大于設(shè)置值的5% ;各通道的發(fā)射脈 沖延遲精度應(yīng)不大于5ns ;
[0016] 儀器校準(zhǔn)具體為：
[0017] 1.在試塊上對(duì)儀器水平線性、垂直線性、動(dòng)態(tài)范圍、靈敏度余量、分辨力進(jìn)行校準(zhǔn)。
[0018] 2.靈敏度校準(zhǔn)設(shè)置
[0019] (a)制作 TCG 曲線；
[0020] (b)將TCG曲線轉(zhuǎn)化為DAC曲線；
[0021] (c)設(shè)置掃查靈敏度；
[0022] (d)檢測(cè)橫向缺陷時(shí)，應(yīng)將檢測(cè)靈敏度提高。
[0023] 建筑鋼結(jié)構(gòu)鋼板厚度角度，尤其是高層鋼結(jié)構(gòu)建筑中鋼板厚度基本上都大于 40mm，對(duì)焊縫內(nèi)部質(zhì)量檢測(cè)采用X射線基本上不現(xiàn)實(shí)，而常規(guī)超聲波檢測(cè)按照現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)檢 測(cè)次數(shù)較多（檢測(cè)掃查次數(shù)多達(dá)12次），檢測(cè)耗時(shí)長(zhǎng)，對(duì)缺陷的大小沒有直觀的概念。
[0024] 本發(fā)明的有益效果是：本檢測(cè)工藝?yán)贸曄嗫仃囍恍鑼?duì)焊縫進(jìn)行1至2次掃查 就檢測(cè)完成，且對(duì)檢測(cè)的結(jié)果及圖像儲(chǔ)存，可以有效縮短檢測(cè)周期，能夠?yàn)楸ＷC建筑鋼結(jié)構(gòu) 的安全評(píng)估提供有利的參考依據(jù)，減少安全事故的發(fā)生，并為設(shè)計(jì)提供參考，以減小保守設(shè) 計(jì)，豐富了建筑鋼結(jié)構(gòu)焊縫無損檢測(cè)方法，提高工作效率及質(zhì)量，為建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量保 駕護(hù)航。
【附圖說明】
[0025] 圖1為本發(fā)明的檢測(cè)裝置示意圖。
[0026] 圖2為本發(fā)明的校準(zhǔn)試塊CSK-ID試塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027] 圖3為本發(fā)明的對(duì)比試塊RB-IA試塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028] 圖4為本發(fā)明的對(duì)比試塊RB-IB試塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029] 圖5為本發(fā)明的對(duì)比試塊RB-IB試塊人工缺陷放大示意圖。
[0030] 附圖標(biāo)號(hào)：
[0031] 1、超聲相控陣檢測(cè)儀；
[0032] 2、超聲相控陣探頭；
[0033] 3、5、立腹板；
[0034] 4、橫腹板；
[0035] 6、焊縫；
[0036] 7、焊接缺陷；
[0037] 8、CSK-ID 試塊；
[0038] 10、RB-IA 對(duì)比試塊；
[0039] 9、RB-IB 對(duì)比試塊；
[0040] 9. 1、豎向線切割槽。
【具體實(shí)施方式】
[0041] 參見圖1~圖5所示：一種建筑鋼結(jié)構(gòu)焊縫超聲相控陣檢測(cè)工藝，該工藝使用超 聲相控陣檢測(cè)儀1和超聲相控陣探頭2對(duì)焊接件的焊縫6中的焊接缺陷7進(jìn)行檢測(cè)；利用 CSK-ID標(biāo)準(zhǔn)試塊校準(zhǔn)超聲相控陣檢測(cè)儀，利用RB-IA對(duì)比試塊校準(zhǔn)檢測(cè)靈敏度，利用RB-IB 對(duì)比試塊校準(zhǔn)豎向未焊透、未融合缺陷的大小。
[0042] 其中相控陣儀器至少應(yīng)有A、S、B、C型顯示的功能，且具有在掃描圖像上對(duì)缺陷 定位、定量及分析功能；能夠存儲(chǔ)、調(diào)出A、S、B、C圖像，并能將存儲(chǔ)的檢測(cè)數(shù)據(jù)拷貝到外部 存儲(chǔ)空間中；儀器軟件應(yīng)具有聚焦法則計(jì)算功能、角度增益校準(zhǔn)功能，以及TCG(或DAC)校 準(zhǔn)功能；儀器的數(shù)據(jù)采集和掃查裝置的移動(dòng)同步，掃查步進(jìn)值應(yīng)可調(diào)，其最小值應(yīng)不大于 0. 5_ ;儀器應(yīng)能存儲(chǔ)和分辨各A掃描信號(hào)之間相對(duì)位置的信息，如編碼器位置；離線分析 軟件中應(yīng)能對(duì)檢測(cè)時(shí)關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置進(jìn)行查看。
[0043] 相控陣儀器應(yīng)為電腦控制的含有多個(gè)獨(dú)立的脈沖發(fā)射/接收通道的脈沖反射 型儀器，其放大器的增益調(diào)節(jié)步進(jìn)不應(yīng)大于IdB ;-3dB帶寬下限不高于IMHz上限不低于 15MHz ;數(shù)字化頻率不應(yīng)小于探頭中心頻率的5倍；波幅數(shù)字化應(yīng)不小于8位；所有激勵(lì)通 道的發(fā)射脈沖電壓具有一致性，最大偏移量應(yīng)不大于設(shè)置值的5% ;各通道的發(fā)射脈沖延遲 精度應(yīng)不大于5ns。
[0044] 該工藝包括如下步驟：
[0045] 1、儀器設(shè)置：
[0046] 根據(jù)檢測(cè)對(duì)象的規(guī)格選擇相應(yīng)的探頭，鋼板厚度小于等于50mm選擇頻率為5~ IOMHz，16晶片的探頭；鋼板厚度大于50mm選擇頻率為2. 25~5MHz，32晶片的探頭。焦距 設(shè)置為Ν = Α2/4λ_(Ν表示焦距，A表示探頭晶片孔徑，λ聲波波長(zhǎng)），超聲波聲速設(shè)置為 3230m/s，角度設(shè)置為最小角為40°、最大角為70°。
[0047] 2、儀器校準(zhǔn)：
[0048] 2. 1在CSK-ID試塊上對(duì)儀器水平線性、垂直線性、動(dòng)態(tài)范圍、靈敏度余量、分辨力 進(jìn)行校準(zhǔn)。相控陣儀器校準(zhǔn)結(jié)果應(yīng)符合以下要求：<