[发明专利]基于TOFD周向扫查图像的厚壁管道倾斜裂纹精准定量方法

说明书

一种基于TOFD周向扫查图像的厚壁管道倾斜裂纹精准定量方法，属于无损检测技术领域。该方法采用由TOFD探伤仪、TOFD探头、倾斜有机玻璃楔块和扫查装置组成的TOFD检测系统，沿厚壁管道外壁实施TOFD周向扫查与图像采集。读取扫查图像中一次底面波和裂纹上、下端点衍射波传播声时，计算裂纹上、下端点到管道外壁的径向距离，即端点深度。结合TOFD探头中心间距、管道壁厚及管道外壁曲率半径之间的几何关系，计算得到裂纹长度和倾斜角度。该方法可实现厚壁管道中裂纹深度、长度和倾斜角度的同时测量，且检测效率高、操作简便，具有较高工程应用价值。

技术领域

本发明涉及一种基于TOFD周向扫查图像的厚壁管道倾斜裂纹精准定量方法，其属于无损检测技术领域。

背景技术

厚壁管道广泛应用于核电、石油、化工和电力等行业，且往往长期处于高温、高压、高辐射或强腐蚀等恶劣服役环境，容易产生裂纹等危险性缺陷。准确给出裂纹位置、尺度及取向信息，对管道挖补维修、寿命预测和安全性评估具有重要意义。

目前，管道内部缺陷无损检测方法主要包括射线检测和超声检测。其中，射线检测对裂纹等面积型缺陷不敏感，且难以给出缺陷深度信息。超声检测方法又包括常规超声、导波和超声衍射时差法(Time of Flight Diffraction，TOFD)等。常规超声检测效率低，回波信号受裂纹取向影响显著；导波技术可以实现厚壁管道裂纹检出，但无法对裂纹长度和倾斜角度准确定量。利用常规TOFD沿周向对管道倾斜裂纹实施检测时，存在曲率的管道表面与直通波传播路径不重合，使得裂纹定位、定长及定取向结果均存在偏差；当管道壁厚较大时，需增加探头中心间距实现深层区域裂纹检测，管道曲率引起的检测误差将进一步增大。

发明内容

本发明提供一种基于TOFD周向扫查图像的厚壁管道倾斜裂纹精准定量方法。其目的是针对厚壁管道实施TOFD周向扫查时，管道曲率影响倾斜裂纹定位、定量及定取向精度的问题，利用管道壁厚与曲率半径、探头中心间距和裂纹上、下端点之间的几何关系，基于TOFD周向扫查图像，实现厚壁管道裂纹长度和倾斜角度的精准定量。

本发明采用的技术方案是：一种基于TOFD周向扫查图像的厚壁管道倾斜裂纹精准定量方法，采用由TOFD探伤仪、TOFD探头、倾斜有机玻璃楔块和扫查装置组成的TOFD检测系统，沿厚壁管道外壁实施TOFD周向扫查与图像采集，读取扫查图像中一次底面波和裂纹上、下端点衍射波传播声时，结合裂纹上、下端点深度、TOFD探头中心间距、管道壁厚及管道外壁曲率半径之间的几何关系，计算得到裂纹长度和倾斜角度；所述方法采用如下步骤：

(1)TOFD检测参数确定

根据被检厚壁管道的材料、几何尺寸及待检测范围选取合适的TOFD检测参数，TOFD检测参数包括TOFD探头频率、倾斜有机玻璃楔块角度、探头中心间距、检测增益、采样频率、电子扫查步进；

(2)扫查图像采集

在厚壁管道内部存在沿轴向分布的埋藏型倾斜裂纹，裂纹上端点与下端点分别设为A和B；采用步骤(1)中确定的TOFD检测参数，控制TOFD探头沿管道外壁进行周向扫查，获得扫查图像，并读取一次底面波传播声时t₁，裂纹上端点与下端点衍射波传播声时分别为t_A与t_B；

(3)裂纹端点深度计算

设管道外壁圆周半径为R，壁厚为T，圆心为O，TOFD探头中心间距为2S；当裂纹上端点位于TOFD探头对的连线中垂线上时，周向扫查图像中的显示深度，即与直通波的间距最小；此时，不考虑TOFD楔块带来的超声延迟时间，裂纹上端点到管道外壁的径向距离，即端点深度d_A可由式(1)给出：