技术领域
[0001] 本
发明涉及海底管道环焊缝缺陷定量方法，尤其涉及一种利用衍射时差超声检验海底管道环焊缝缺陷高度精确定量方法。
背景技术
[0002] 随着现代化工业发展的
进程不断加快，深海油气开发已成必然趋势，输送深海油气的海洋石油管道的重要性也不断凸显，因而，海洋石油管道环焊缝的
焊接质量，也已经成为人们日益关注的焦点。
[0003] 海洋石油管道环焊缝焊接质量评定，也由最初简单的缺陷测长，转变为结合缺陷的高度和长度共同评定，例如：工程临界评价(ECA)验收标准，工程临界评价(ECA)验收标准是指：在特定的管线外部环境及铺管工艺下，缺陷的高度与长度参数综合评价缺陷的危害程度，可有效地提高海底管线的铺设效率。因此，缺陷高度定量
精度尤为重要。
[0004] 目前，海底管道环焊缝全自动
超声波相控阵检测方法(AUT)，通常采用分区法，它是通过带状图中缺陷
信号波幅及显示区域的数量进行缺陷高度定量，由于采用常规分区法进行埋藏缺陷高度定量的尺寸存在较大误差，致使焊缝的不合格率偏高，进而影响到海底管道的正常铺设效率。
发明内容
[0005] 本发明的主要目的在于克服
现有技术存在的上述缺点，而提供一种海底管道环焊缝缺陷高度精确定量方法，其根据惠更斯原理，利用衍射时差超声
对焊缝中，具有明显
相位变化的缺陷高度进行定量检测，使海底管道环焊缝缺陷高度定量精度更为精确，解决了焊缝的合格率偏低的问题；从而，确保了海底管道的焊接质量，提升了海底管道铺设效率。
[0006] 本发明的目的是由以下技术方案实现的：
[0007] 一种海底管道环焊缝缺陷高度精确定量方法，其特征在于：采用以下检验步骤如下：
[0008] 第一步：将衍射时差超声信号采集器的衍射超声发射、接收
探头设置在海底管道环焊缝的两侧，并根据海底管道环焊缝的材质、规格、焊缝坡口形式的参数对海底管道环焊缝进行分区及声束模拟，以确定
超声波声束、激发
角度、激发晶片数的参数，然后，根据参数确定焊缝是否被完整
覆盖，并将衍射超声发射、接收探头聚焦深度设置在焊缝壁厚的2/3T
位置处；
[0009] 第二步：根据海底管线环焊缝的壁厚参数，选择的检测角度参数，并计算衍射超声发射、接收探头的探头中心距离(PCS)；
[0010] 第三步：将声速探头分别放在海底管道声速试
块上进行声速测定，并将测试声速导入超声衍射时差通道进行楔块延迟校准及检测系统校准；
[0011] 第四步：将全自动超声波相控阵检测装置检出的海底管道环焊缝埋藏缺陷位置，导入超声衍射时差通道参数，再将B型扫描数据中的数据
指针移动至埋藏缺陷衍射信号的显著位置；
[0012] 第五步：根据海底管道环焊缝的壁厚参数，在导入的A型扫查信号中，分别找到侧向波信号和底面反射波信号，埋藏缺陷的上尖端衍射信号和下尖端衍射信号；
[0013] 第六步：根据超声衍射时差的特性，将参考指针放置在埋藏缺陷的上尖端衍射信号的第一个波峰处，即：正相位；再将测量指针放置在下尖端衍射信号的第一个波谷处，即：逆向位；对比海底管道环焊缝壁厚参数和超声衍射时差的相位变化，定量埋藏缺陷的上下尖端时间差；
[0014] 第七步：根据海底管道环焊缝壁厚参数，探头中心距离参数，超声波声速参数以及检测角度参数，精确定量埋藏缺陷高度值；
[0015] 第八步：将海底管道环焊缝埋藏缺陷位置部分进行宏观切片后，再将缺陷宏观切片高度数据与超声衍射时差法中的高度定量数据进行对比分析。
[0016] 所述第六步中：超声衍射时差埋藏缺陷尖端深度计算方法采用以下公式：
[0017]
[0018] 其中，d：埋藏缺陷尖端深度；c：超声波声速；t：超声波度越时间；t0：超声波在超声衍射时差法的楔块中度越时间；S：超声衍射时差探头中心距的一半；而埋藏缺陷尖端深度是根据衍射信号上下尖端信号的高度差进行定量。
[0019] 所述第七步中：
[0020] 埋藏缺陷高度值h的公式：h＝d2-d1 (b)
[0021]
[0022]
[0023]
[0024] 其中，d2：埋藏缺陷下尖端衍射信号深度；t2：埋藏缺陷下尖端信号度越时间；d1：埋藏缺陷上尖端衍射信号深度；t1：埋藏缺陷上尖端信号度越时间；c：超声波声速；t0：超声波在超声衍射时差法的楔块中度越时间；S：超声衍射时差探头间距的一半；埋藏缺陷高度是根据衍射信号上下尖端信号的高度差进行定量，由此可知，缺陷的高度h可以根据衍射信号下尖端深度值与上尖端深度值之差求得。
[0025] 在对海底管道环焊缝缺陷高度进行测试前，采用以下安装步骤：
[0026] 1.根据焊缝的壁厚、坡口形式参数在校准试块对应的填充1分区、填充2分区、填充3分区、填充4分区、热焊分区7上设一平底孔，在钝边分区上设一根部槽，在根部分区上设一根部槽；将
导轨紧固在距离校准试块中心线设
定位置上；
[0027] 2.将计算机通过网线和
电缆与全自动超声检查装置电缆连接界面的相应插槽连接；将相控阵超声信号采集器、衍射超声信号采集器、
马达
驱动器的
数据采集器安装在导轨上，并通过同轴电缆与全自动超声检测装置电缆连接界面的相应插槽连接；
[0028] 3.将
水泵控制器与水泵连接，通过耦合水管将耦合纯净水从水槽中传输至数据采集器的相关信号采集探头处进行耦合；在全自动超声检测装置电缆连接界面的相应插槽依次连接
温度控制器、电源控制器、控制杆、应急
开关完成设备各个部件的连接；打开计算机11桌面上的网络—属性选择TCP/IP服务输入数据采集器对应的IP地址、网关，即可实现计算机与数据采集器的匹配。
[0029] 所述第三步中：将声速探头分别放在海底管道声速试块的0°、20°、90°三个位置上。
[0030] 所述导轨紧固在距离校准试块中心线170mm位置上。
[0031] 本发明的有益效果：本发明由于采用上述技术方案，其根据惠更斯原理，利用衍射时差超声对焊缝中，具有明显相位变化的缺陷高度进行定量检测，使海底管道环焊缝缺陷高度定量精度更为精确，解决了焊缝的合格率偏低的问题；从而，确保了海底管道的焊接质量，提升了海底管道铺设效率。
附图说明
[0032] 图1为本发明海底管道环焊缝中衍射声束模拟焊缝覆盖示意图。
[0033] 图2为本发明海底管道环焊缝分区示意图。
[0034] 图3为本发明衍射超声探头中心距离计算示意图。
[0035] 图4为本发明检测系统匹配图。
[0036] 图5为本发明超声波声速测试示意图。
[0037] 图6为本发明通道生成示意图。
[0038] 图7为本发明埋藏缺陷上下尖端衍射信号示意图。
[0039] 图8为本发明衍射信号缺陷深度定量示意图。
[0040] 图9为本发明另一衍射信号缺陷高度定量示意图。
[0041] 图10为本发明宏观切片示意图。
[0042] 图11为本发明全自动超声波相控阵检测装置带状图中埋藏缺陷显示示意图。
[0043] 图中主要标号说明：
[0044] 1.衍射超声发射探头、2.衍射超声接收探头、3.填充1分区、4.填充2分区、5.填充3分区、6.填充4分区、7.热焊分区、8.钝边分区、9.根部分区、10.全自动超声检测装置电缆连接界面、11.计算机、12.同轴电缆、13.数据采集器、14.
温度控制器、15.电源控制器、16.导轨、17.校准试块、18.控制杆、19.应急开关、20.耦合水管、21.水泵、22.耦合水槽、23.耦合纯净水、24.水泵控制器、25.声速探头。
具体实施方式
[0045] 本发明利用衍射时差超声检验方法对海底管道环焊缝缺陷高度进行检测，如图4所示，测试前，采用以下安装步骤：
[0046] 1.根据焊缝的壁厚、坡口形式等参数在校准试块17对应的填充1分区3、填充2分区4、填充3分区5、填充4分区6、热焊分区7上加工直径2mm的平底孔，在钝边分区8上加工高度为2mm的根部槽，在根部分区9上加工高度为1mm的根部槽；将导轨16紧固在距离校准试块17中心线设定位置上；本
实施例为：导轨紧固在距离校准试块中心线170mm位置上。
[0047] 2.将计算机11通过网线和电缆与全自动超声检查装置电缆连接界面10的相应插槽连接；将相控阵超声信号采集器、衍射超声信号采集器、马达驱动器的数据采集器13安装在导轨16上，并通过同轴电缆12与全自动超声检测装置电缆连接界面10的相应插槽连接；
[0048] 3.将水泵控制器24与水泵21连接，通过耦合水管20将耦合纯净水23从水槽22中传输至数据采集器13的相关信号采集探头处进行耦合；在全自动超声检测装置电缆连接界面10的相应插槽依次连接温度控制器14、电源控制器15、控制杆18、应急开关19完成设备各个部件的连接；打开计算机11桌面上的网络—属性选择TCP/IP服务输入数据采集器13对应的IP地址(2.3.4.1)、网关(255.255.0.0)并应用，即可实现计算机11与数据采集器13的匹配。
[0049] 本发明具体检验步骤如下：
[0050] 第一步：如图1，2所示，将衍射时差超声信号采集器的衍射超声发射、接收探头(1、2)设置在海底管道环焊缝的两侧，并根据海底管道环焊缝的材质、规格、焊缝坡口形式的参数对海底管道环焊缝进行分区及声束模拟，以确定超声波声束、激发角度、激发晶片数的参数，然后，根据参数确定焊缝是否被完整覆盖，并将衍射超声发射、接收探头(1、2)聚焦深度设置在焊缝壁厚的2/3T位置处。
[0051] 第二步：如图3所示，根据海底管线环焊缝的壁厚参数，选择的检测角度参数，并计算衍射超声发射、接收探头(1、2)的探头中心距离(PCS)；
[0052] 第三步：如图5所示，将声速探头25分别放在海底管道声速试块的0°、20°、90°三个位置上进行声速测定，并将测试声速导入超声衍射时差通道进行楔块延迟校准及检测系统校准；
[0053] 第四步：如图6所示，将全自动超声波相控阵检测装置检出的海底管道环焊缝的带状图中显示的埋藏缺陷位置导入超声衍射时差通道参数，再将B型扫描数据中的数据指针移动至埋藏缺陷衍射信号的显著位置；
[0054] 第五步：如图7所示，根据海底管道环焊缝的壁厚参数，在导入的A型扫查信号中，分别找到侧向波信号和底面反射波信号，埋藏缺陷的上尖端衍射信号和下尖端衍射信号；
[0055] 第六步：如图8所示，根据超声衍射时差的特性，将参考指针放置在埋藏缺陷的上尖端衍射信号的第一个波峰处，即：正相位；再将测量指针放置在下尖端衍射信号的第一个波谷处，即：逆向位；对比海底管道环焊缝壁厚参数和超声衍射时差的相位变化，定量埋藏缺陷的上下尖端时间差；超声衍射时差埋藏缺陷尖端深度计算方法采用以下公式：
[0056]
[0057] 其中，d：埋藏缺陷尖端深度；c：超声波声速；t：超声波度越时间；t0：超声波在超声衍射时差法的楔块中度越时间；S：超声衍射时差探头中心距的一半。
[0058] 而埋藏缺陷尖端深度是根据衍射信号上下尖端信号的高度差进行定量。
[0059] 第七步：如图9所示，根据海底管道环焊缝壁厚参数，探头中心距离参数，超声波声速参数以及检测角度参数，精确定量埋藏缺陷高度值；
[0060] 埋藏缺陷高度值h的公式：h＝d2-d1 (b)
[0061]
[0062]
[0063]
[0064] 其中，d2：埋藏缺陷下尖端衍射信号深度；t2：埋藏缺陷下尖端信号度越时间；d1：埋藏缺陷上尖端衍射信号深度；t1：埋藏缺陷上尖端信号度越时间；c：超声波声速；t0：超声波在超声衍射时差法的楔块中度越时间；S：超声衍射时差探头间距的一半。
[0065] 埋藏缺陷高度是根据衍射信号上下尖端信号的高度差进行定量，由此可知，缺陷的高度h可以根据衍射信号下尖端深度值与上尖端深度值之差求得。
[0066] 本发明定量的该缺陷高度为：2.31mm。
[0067] 第八步：如图10，11所示，将海底管道环焊缝埋藏缺陷位置部分进行宏观切片后，再将缺陷宏观切片高度数据与超声衍射时差法中的高度定量数据进行对比分析。
[0068] 如图10，该埋藏缺陷宏观切片高度为：2.25mm。
[0069] 如图11所示，常规的全自动超声波相控阵检测装置中，带状图缺陷高度的定量是根据带状图中，缺陷信号所在区域的波幅高度及覆盖分区数量，以分区高度定量缺陷的指示高度；
[0070] 缺陷带状图中，所显示的缺陷F3U波幅为：72％，F2U波幅为：100％，F1U波幅为：100％；按工艺要求，波幅超过40％满屏高度进行定量分析，每个分区高度为：2.6mm；带状图定量的缺陷高度为：h＝2.60*100％+2.60*100％+2.60*72％＝7.07mm。
[0071] 对比分析超声衍射时差法和常规全自动超声波相控阵检测法缺陷测高方法，发现：埋藏缺陷高度为：2.25mm；超声衍射时差法定量该埋藏缺陷高度为：2.31mm，全自动超声波相控阵检测法定量埋藏缺陷高度为：7.07mm；因而，海底管线环焊缝全自动超声波相控阵检测法中，对于埋藏缺陷超声衍射时差法具有更高的高度定量精度。
[0072] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单
修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
