一種管板立體結(jié)構(gòu)環(huán)焊縫聲發(fā)射檢測定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及利用聲發(fā)射動態(tài)監(jiān)測技術(shù)對管板立體結(jié)構(gòu)環(huán)焊縫進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測和聲 發(fā)射源準(zhǔn)確定位，是屬于聲學(xué)無損檢測范圍，具體為一種管板立體結(jié)構(gòu)環(huán)焊縫聲發(fā)射檢測 定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 管板焊接結(jié)構(gòu)在日常生活中是一種常見結(jié)構(gòu)，如換熱器、石油管道、壓力容器、起 重機(jī)械和列車轉(zhuǎn)向架等結(jié)構(gòu)，都出現(xiàn)了管板焊接結(jié)構(gòu)。但是目前對這類結(jié)構(gòu)檢測仍然采用 常規(guī)超聲、射線、電磁檢測等方法，需要在設(shè)備停機(jī)或靜止條件下檢測，不僅影響設(shè)備的正 常工作和生產(chǎn)進(jìn)度，而且需要花費(fèi)大量人力、物力和時間，一旦出現(xiàn)漏檢，將會帶來災(zāi)難性 后果。隨著國家對質(zhì)量檢測要求的提高，不僅要在檢測準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性上提高，而且要求能 在設(shè)備使用過程中動態(tài)的對可能發(fā)生的缺陷、故障進(jìn)行預(yù)報，從而能在某一合適時間段內(nèi) 采取相應(yīng)解決措施，保證結(jié)構(gòu)安全使用。聲發(fā)射技術(shù)的發(fā)展使動態(tài)無損檢測技術(shù)成為了可 能。
[0003] 聲發(fā)射是指材料在外力或者內(nèi)力的作用下，其中某一局部源會迅速釋放出能量而 產(chǎn)生瞬態(tài)彈性波的一種現(xiàn)象。這種彈性波會包含該局部源的一些性質(zhì)并傳播到材料表面， 放置在材料表面的聲發(fā)射傳感器能夠撲捉到這些信息。而且根據(jù)所采集到信號的一些特點(diǎn) 以及施加的外部條件，不僅可以了解缺陷現(xiàn)狀，還能夠了解這個缺陷之前的形成狀況，甚至 判斷在之后的使用中發(fā)展的趨勢，這一點(diǎn)也是其它無損檢測方法難以做到的，所以用聲發(fā) 射技術(shù)可以判斷缺陷的活動性和嚴(yán)重性。
[0004] 在材料或結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)了位錯和微裂紋，將會以彈性波形式發(fā)出能量，通常稱為 聲發(fā)射源，因此對于聲發(fā)射源的定位是聲發(fā)射檢測技術(shù)中一個重要內(nèi)容，可以確定缺陷的 發(fā)生部位。目前聲發(fā)射源的定位方法主要有時差法和區(qū)域法，區(qū)域定位雖然處理速度快，但 是定位效果卻比較差，定位出來的是一片區(qū)域，準(zhǔn)確性不夠，而且一般是在要求不高或者時 差法較難應(yīng)用的情況下使用。時差定位相對復(fù)雜，且容易丟失很多比較低能量的信號，定位 的效果也會被波速、波形、衰減以及構(gòu)件的幾何形狀等因素影響，但是通常會采取一定的信 號處理方法提高信噪比，目前該方法還是比區(qū)域定位法精確，應(yīng)用更多。
[0005] 就目前的聲發(fā)射檢測儀器而言，主要還是以規(guī)則形狀的檢測定位為主，如板形、柱 形、球形和錐形等，而由于管板結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，聲發(fā)射檢測在該類結(jié)構(gòu)上的檢測較少，對其定 位更是鮮有報道，大都處于初步研究階段。本發(fā)明結(jié)合了區(qū)域定位和時差定位兩種方法的 特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了管板立體結(jié)構(gòu)聲發(fā)射源的準(zhǔn)確定位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是針對管板立體結(jié)構(gòu)聲發(fā)射動態(tài)監(jiān)測需要，提出一種管板立體結(jié)構(gòu) 環(huán)焊縫聲發(fā)射檢測定位方法，其結(jié)合管板結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和聲發(fā)射動態(tài)監(jiān)測方法對缺陷的敏感 性，先后利用聲發(fā)射區(qū)域定位和時差定位方法，達(dá)到對聲發(fā)射源即缺陷準(zhǔn)確定位的目的，為 實(shí)現(xiàn)管板立體結(jié)構(gòu)環(huán)焊縫聲發(fā)射檢測技術(shù)提供保障。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案：一種管板立體結(jié)構(gòu)環(huán)焊縫聲發(fā)射檢測定位方法，在管板立體 結(jié)構(gòu)上利用布置的傳感器和現(xiàn)有聲發(fā)射檢測儀器平面定位功能，通過弧面轉(zhuǎn)換方法將立體 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成平面結(jié)構(gòu)，根據(jù)各傳感器接收到的聲發(fā)射信號到達(dá)時間，分析聲發(fā)射信號在結(jié) 構(gòu)內(nèi)的傳播過程，判斷出聲發(fā)射源所在區(qū)域，最后采用時差定位法實(shí)現(xiàn)對管板立體結(jié)構(gòu)環(huán) 焊縫聲發(fā)射源的準(zhǔn)確定位；其特征在于具體方法是： 步驟一：使用聲發(fā)射檢測儀器進(jìn)行測試，采集聲發(fā)射源發(fā)出的聲發(fā)射信號；對于管板 立體結(jié)構(gòu)特征，布置三個傳感器，分布是在板上兩端對稱布置兩個傳感器S2，在管上布 置一個傳感器S 3，且三個傳感器位置在空間上為等腰三角形狀；如果以&在環(huán)焊縫上的投 影位置為中心點(diǎn)A (實(shí)際焊縫有一定寬度，那么A點(diǎn)是在焊道中心線上)，則檢測范圍可達(dá) ±90°的焊縫長度。
[0008] 步驟二：由于管板環(huán)焊縫聲波路徑比較復(fù)雜，與聲發(fā)射源位置較遠(yuǎn)的傳感器接收 到的信號路徑很難確定，使板上兩個傳感器不能確定聲發(fā)射源準(zhǔn)確位置，因此將管面以S 3 到A點(diǎn)的直線為對稱軸展開成平面，然后再將該平面以展開后的焊縫線為軸線，向沒有布 置傳感器的一側(cè)轉(zhuǎn)動，達(dá)到與板面重合在同一平面上。
[0009] 步驟三：接下來先根據(jù)板上兩個傳感器31和52接收到的信號情況進(jìn)行聲發(fā)射源區(qū) 域判別，確定聲發(fā)射源離哪個傳感器距離更近，根據(jù)聲發(fā)射源B的位置，可能出現(xiàn)以下兩種 情況： (1)聲發(fā)射源B到達(dá)SJP S 2的時間相同，那么只有一種可能，就是B在焊縫內(nèi)過A點(diǎn) 且與焊道中心線垂直的直線上，然后根據(jù)S3的到達(dá)時間計算出B的準(zhǔn)確位置。
[0010] (2)聲發(fā)射源B到達(dá)SJP S 2的時間不同，那么B可能離S 1近，也可能離S 2近，但 不管離哪個傳感器更近，后續(xù)的計算方法相同。假設(shè)B離51近，那么以S i為圓心，根據(jù)S 4則 量的到達(dá)時間作圓弧，在焊縫區(qū)域內(nèi)與焊縫相交形成一條弧線，即聲發(fā)射源B就在焊道區(qū) 域的弧線上。然后再以S 3為圓心，根據(jù)S3的到達(dá)時間作圓弧，與前面的弧線在焊縫區(qū)域內(nèi) 交叉處為聲發(fā)射源B的準(zhǔn)確位置。
[0011] 步驟四：還需根據(jù)幾何關(guān)系，將獲得的聲發(fā)射源B平面位置還原到實(shí)際位置上，即 聲發(fā)射源B到A的水平距離應(yīng)該與實(shí)際環(huán)焊縫上的聲發(fā)射源S到A的弧長相同，然后根據(jù) 弧長和管徑的關(guān)系式，計算出聲發(fā)射源S的實(shí)際位置坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對管板立體結(jié)構(gòu)環(huán)焊縫的 聲發(fā)射檢測定位方法。
[0012] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的特點(diǎn)是：對管板立體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了平面化處理，利用 現(xiàn)有聲發(fā)射檢測儀器的平面定位功能對環(huán)焊縫進(jìn)行聲發(fā)射源定位監(jiān)測，由于實(shí)際聲波傳播 路徑難確定，采用區(qū)域定位先確定聲發(fā)射源所在區(qū)域；然后根據(jù)時差定位法確定聲發(fā)射源 實(shí)際位置；最后將直線環(huán)焊縫上聲發(fā)射源經(jīng)過幾何校正，計算出聲發(fā)射源在立體結(jié)構(gòu)上的 實(shí)際位置。此發(fā)明提出一種管板立體結(jié)構(gòu)環(huán)焊縫聲發(fā)射監(jiān)測定位方法，可用于不同尺寸、不 同領(lǐng)域內(nèi)的管板結(jié)構(gòu)聲發(fā)射監(jiān)測定位，為該類結(jié)構(gòu)的檢測提供了一個新的檢測手段，也為 聲發(fā)射檢測開辟了新的應(yīng)用領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0013] 圖1本發(fā)明的鋼制管板立體結(jié)構(gòu)與傳感器分布示意圖。
[0014] 圖2本發(fā)明的管弧面展開并轉(zhuǎn)到板平面示意圖。
[0015] 圖3本發(fā)明的聲發(fā)射源實(shí)際位置轉(zhuǎn)換示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 對于此發(fā)明的有效性以及可行性采用以下實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)測試管板結(jié)構(gòu) 為鋼制轉(zhuǎn)向架部件試樣，按照實(shí)際尺寸進(jìn)行了縮小，結(jié)構(gòu)中管材為外徑168mm、壁厚12mm， 板材為350mm長、230mm寬、IOmm厚。實(shí)