[发明专利]用于检测焊接部的主体的缺陷的超声波方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及应用于工业设施(例如核反应堆)的特定区域的非破坏性超声波缺陷检测的领域。

本发明尤其涉及一种确定焊接部中的缺陷的超声波主体检测方法。

本发明还涉及一种用于确定焊接部中的缺陷的超声波主体检测装置。

背景技术

根据目前技术发展水平已知，上述类型的主体检测方法能探测焊接部中的缺陷，并能例如使用“衍射时差(TOFD，Time Of Flight Diffraction)”类型的技术在特定条件下确定所述缺陷的尺寸。这些方法基于垂直于焊接部的表面且处于波的轨迹上的缺陷引起的超声波波束衍射的原理。

该类型的方法中，将超声波发射器以及超声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开以覆盖所述焊接部的主要(significant)部分。所述接收器则测量由所述发射器发射的超声波在所述焊接部内传播的最短行进时间。所述行进时间即从所述波被所述发射器发射到所述波被所述接收器接收之间的时间。

当所述焊接部内存在二维(planar)缺陷时，部分所发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测量相应于这些波的最短路径的行进时间。通过比较被衍射的波以及未被衍射的波各自的行进时间，能探测到缺陷。接下来应用三角公式，能定位所述焊接部中的缺陷，或表征所述缺陷的部分尺寸，例如所述缺陷的长度或深度。

然而，将这种方法用于由粒度(grain size)与所用波长相当的金属材料制成的焊接部，所得出的结果难于解释这种会打断超声波波束的传播的焊接部的结构。例如对于填充金属为奥氏体不锈钢(austenitic stainless steel)或镍基合金(nickel-based alloy)的焊接部而言，情况就是如此。现有TOFD型方法则不允许对所述焊接部的缺陷进行精细表征(minute characterization)。对于这种焊接部，使用其它检测方法，例如造影(radiography)法，这种方法就确定所述缺陷的尺寸而言更不精确，并且由于使用了电离辐射，需要小心使用。

发明内容

因此，本发明的目的之一是提出一种超声波主体检测方法，能独立于焊接部的金属材料的粒度以足够的精度对所述焊接部的缺陷进行精细探测和表征。

为此，本发明涉及用于一种用于检测焊接部的主体的缺陷的超声波方法，包括：

用于对所述焊接部进行冶金学研究的步骤；

实验步骤，用于基于所述冶金学研究将所述焊接部划分为多个理论块，以及联合确定针对每个理论块的均一弹性虎克张量，所述理论块选择为使得每个块的弹性虎克张量在该块中大致同质且各向异性；

用于通过计算，使用所述理论块以及通过实验确定的所述弹性虎克张量模拟至少一个入射超声波在所述焊接部中的传播的步骤，每个入射超声波穿越所述焊接部后形成衍射超声波；

用于根据在模拟步骤中模拟的传播来确定至少一个参照衍射超声波的步骤；

用于在所述焊接部中发射至少一个入射超声波的步骤；

用于在至少一个预定的点测量每个衍射超声波的步骤；以及

用于将每个参照衍射超声波与每个测得的衍射超声波进行比较，以由此推知所述焊接部是否具有缺陷的步骤。

有利地，根据本发明的主体检测方法能完全确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体防范措施。

根据本发明的其它有益方面，所述主体检测方法包括以下单独的或技术上可能的所有组合形式的一个或多个特点：

在用于通过计算模拟所述入射超声波的传播的步骤中，使用缺陷模型为焊接部缺陷类型建模，每个缺陷模型包括与各自的缺陷类型相关联的特征；

每个缺陷模型被封装在软件容器中，所述软件容器进一步包括与所述缺陷类型相关联的模拟测量印记(simulated measurement imprint)，每个软件容器能够被存储在数据库中；

每个参照衍射超声波与一个软件容器相关联，所述方法进一步包括：用于表征缺陷的步骤，其中对在比较步骤中探测到的缺陷进行表征；以及用于显示结果的步骤，其中，取回的经表征的缺陷的形式为对缺陷类型加以表示的显示数据、以及对有关的存在相关度加以表示的显示数据；

所述实验步骤包括针对每一族理论块发射至少一个声识别波；

每个识别波的频率在发射过程中是变化的；

多个识别声波被发射，所发射的识别波的频率两两不同；

每个理论块的体积大于0.1mm³。