[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

摘要

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。

主权项

1.一种基于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；其特征是：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、楔块斜楔角、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tA与tB；(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；以裂纹上端点为例，当其位于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dA可由式(1)给出：dA＝T‑[(cLt1/2)‑S2]1/2+[(cLtA/2)‑S2]1/2  (1)，式中，cL为材料纵波声速；重复上述步骤给出裂纹下端点到管道外壁的径向距离dB：dB＝T‑[(cLt1/2)‑S2]1/2+[(cLtB/2)‑S2]1/2  (2)；(4)裂纹长度定量由式(1)与式(2)得裂纹上端点与下端点到管道圆心的距离dAO和dBO分别为：dAO＝R‑T+[(cLt1/2)‑S2]1/2‑[(cLtA/2)‑S2]1/2  (3)dBO＝R‑T+[(cLt1/2)‑S2]1/2‑[(cLtA/2)‑S2]1/2  (4)定义裂纹上、下端点到圆心的夹角，即∠AOB为β，其对应管道外壁弧长为L；根据TOFD周向扫查图像知，裂纹上、下端点显示深度最小时对应位置的横向间距就是TOFD探头沿管道外壁的扫查位移L，则β由式(5)给出：进一步利用式(3)、式(4)与式(5)，得倾斜裂纹长度H为：(5)裂纹取向定量定义裂纹上端点到圆心的线段AO与裂纹面所成夹角为裂纹取向角α，利用式(6)给出的裂纹长度H，根据三角函数关系计算得到α：