王中亞

(中國(guó)大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司華東分公司， 安徽　合肥　230088)

電站鍋爐集箱管座在運(yùn)行和啟停過程中承受結(jié)構(gòu)應(yīng)力和疲勞熱應(yīng)力的作用，受力狀況極為惡劣，隨著運(yùn)行時(shí)間的積累將導(dǎo)致原有焊接缺陷的擴(kuò)展和裂紋的形成及發(fā)展，最終會(huì)引起集箱的爆漏，加強(qiáng)對(duì)集箱管座焊接質(zhì)量的檢測(cè)顯得至關(guān)重要。超聲相控陣技術(shù)具有靈活變角和動(dòng)態(tài)聚焦的特點(diǎn)，近年來在電力行業(yè)管座角焊縫的檢測(cè)中得到較多的應(yīng)用研究[1-5]。由于管座焊縫坡口形狀和結(jié)構(gòu)復(fù)雜，受到管座曲率、壁厚和馬鞍狀焊縫形式等因素的影響，相控陣檢測(cè)時(shí)缺陷信號(hào)識(shí)別難度大，缺陷定位困難，檢測(cè)的可靠性難以得到保證。

為了提高集箱管座相控陣檢測(cè)的可靠性，針對(duì)檢測(cè)管座角焊縫時(shí)無法實(shí)時(shí)觀察缺陷信號(hào)在焊縫中所處位置的問題，需要開展相控陣檢測(cè)界面工件截面圖形載入的技術(shù)研究。筆者以現(xiàn)有的相控陣軟件系統(tǒng)為基礎(chǔ)，對(duì)圖形輔助技術(shù)進(jìn)行了二次開發(fā)，分析了集箱管座的相控陣檢測(cè)工藝，并展示了圖形輔助技術(shù)在管座角焊縫相控陣檢測(cè)中的實(shí)際應(yīng)用效果。

1　圖形輔助技術(shù)

圖形輔助是指通過軟件系統(tǒng)將工件的AutoCAD圖形按實(shí)際尺寸導(dǎo)入儀器，獲得具有工件截面圖形的檢測(cè)界面以輔助檢測(cè)的過程。開發(fā)圖形輔助技術(shù)的基本思路是解析并識(shí)別CAD的某種格式文件，獲取各種曲線、直線或點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息以及坐標(biāo)信息，并通過畫圖工具將此類數(shù)據(jù)信息添加到Phascan源碼中，實(shí)現(xiàn)圖形在S掃描中的顯示。

圖形輔助功能的二次開發(fā)基于以下方案實(shí)現(xiàn)：本方案選擇了dxf格式的文件入手解析。首先從互聯(lián)網(wǎng)下載庫(kù)文件dxflib-3.12的源代碼，該dxf庫(kù)中包含讀取dxf文件、寫dxf保存文件的解析測(cè)試代碼。得到測(cè)試代碼后，將解析方法應(yīng)用到實(shí)際工件CAD文件中，通過dxflib庫(kù)解析dxf文件，獲得點(diǎn)數(shù)據(jù)(DL_PointData)、線數(shù)據(jù)(DL_LineData)、弧線數(shù)據(jù)(DL_ArcData)、橢圓數(shù)據(jù)(DL_EllipseData)、文本數(shù)據(jù)(DL_TextData)、圓數(shù)據(jù)(DL_CircleData)、多邊形數(shù)據(jù)(DL_PolylineData)等原始數(shù)據(jù)信息，每種數(shù)據(jù)類型包含的信息如下：

DL_PointData，該數(shù)據(jù)類型中包含點(diǎn)坐標(biāo)(x,y,z)；

DL_LineData，該數(shù)據(jù)類型中包含起始點(diǎn)(x1,y1,z1)、終止點(diǎn)(x2,y2,z2);

DL_ArcData，該數(shù)據(jù)類型中包含圓心坐標(biāo)(x,y,z)、半徑r、起始角和終點(diǎn)角度；

……

畫圖顯示時(shí)，采用QPainter、QpainterPath或Cairo等畫圖工具，依照原CAD文件，將工件的圖形繪制并加載在S掃描中。

圖形輔助技術(shù)的開發(fā)實(shí)現(xiàn)了在S掃描窗口中添加自定義工件截面圖形的功能，讓檢測(cè)人員能夠自行繪制導(dǎo)入工件圖形，效果見圖1。

2　管座角焊縫相控陣檢測(cè)工藝

2.1　掃查分區(qū)

管座角焊縫是典型的相貫線焊縫，掃查時(shí)隨著探頭移動(dòng)位置的變化，焊縫的坡口角度和余高不變，而焊縫的內(nèi)外焊寬隨之改變。與常規(guī)對(duì)接焊縫不同，由于角焊縫截面的變化，應(yīng)用圖形輔助技術(shù)對(duì)整個(gè)角焊縫進(jìn)行相控陣檢測(cè)時(shí)，無法使用相同的工件CAD圖形。因此，需要采取分區(qū)掃查的方法，對(duì)焊縫進(jìn)行切割分區(qū)，在保證每個(gè)分區(qū)的焊縫截面變化量在可接受范圍內(nèi)的前提下，每個(gè)分區(qū)的檢測(cè)可使用相同的工件CAD圖形，進(jìn)而完成整個(gè)焊縫的檢測(cè)。

以全插入式管座角焊縫為例，首先通過三維仿真軟件獲得管座的三維視圖，研究不同焊縫截面的變化情況，見圖2。

圖1　圖形輔助技術(shù)　　　　圖2　3D示意圖及點(diǎn)位示意圖

把軸向切割點(diǎn)設(shè)為0°點(diǎn)位和180°點(diǎn)位，環(huán)向切割點(diǎn)即為90°點(diǎn)位和270°點(diǎn)位。通過切片研究可知，0°、45°、90°三個(gè)點(diǎn)位的焊縫截面變化量最大，最具代表性，見圖3。

圖3　焊縫截面圖

根據(jù)對(duì)稱原理，可將整個(gè)區(qū)域按照“米”字型切割方法進(jìn)行掃查分區(qū)，見圖4。每個(gè)45°角的分區(qū)內(nèi)，可近似對(duì)應(yīng)使用0°，45°，90°三個(gè)點(diǎn)位的焊縫截面圖，這樣每個(gè)分區(qū)的檢測(cè)即可以使用相同的工件CAD圖形。

圖4　掃查分區(qū)示意圖

2.2　檢測(cè)工藝

集箱管座角焊縫相控陣檢測(cè)的關(guān)鍵工藝參數(shù)見表1。按照表1給出的參數(shù)進(jìn)行工藝設(shè)置，同時(shí)結(jié)合工件特點(diǎn)調(diào)整掃描范圍、激發(fā)孔徑、扇掃描設(shè)置等通用工藝設(shè)置，即可對(duì)管座角焊縫實(shí)施相控陣檢測(cè)。

表1　集箱管座角焊縫相控陣檢測(cè)工藝

3　圖形輔助技術(shù)的應(yīng)用效果

筆者以主管φ273×26mm、支管φ42×5mm焊接而成的全插入式管座角焊縫試樣作為檢測(cè)對(duì)象開展應(yīng)用試驗(yàn)，見圖5。圖中1和2為加工缺陷。1號(hào)缺陷為沿坡口方向刻槽，槽深5mm，槽寬0.5mm，槽長(zhǎng)20mm；2號(hào)缺陷為焊縫根部鉆孔，孔徑2mm，孔高5mm。以上2個(gè)缺陷為一組，分別在0°，90°，225°三個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行刻傷。

圖5　全插入式管座試樣

圖6是探頭置于三個(gè)點(diǎn)位的支管上全插入式管座試樣的檢測(cè)圖像。從圖中可看出，角焊縫處于二次波區(qū)，說明角焊縫內(nèi)的缺陷是由二次波檢測(cè)。三個(gè)點(diǎn)位的1號(hào)缺陷均可檢出，并且檢測(cè)信號(hào)與S掃描窗口中的焊縫截面圖形有準(zhǔn)確的位置對(duì)應(yīng)關(guān)系。2號(hào)缺陷難以檢出，由聲束覆蓋模擬分析可知，對(duì)處于根部的2號(hào)缺陷檢測(cè)時(shí)難以找到較好的聲束入射角度，實(shí)際檢測(cè)與理論分析結(jié)果較一致。

圖6　全插入式管座檢測(cè)圖像(A掃+S掃)

圖形輔助技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了在檢測(cè)界面中顯示工件截面圖形的功能，可以實(shí)時(shí)地觀察缺陷在焊縫中所處的位置，檢測(cè)結(jié)果非常直觀，明顯提升了管座相控陣檢測(cè)的可靠性和適用性。反推，僅靠扇掃描和A掃描進(jìn)行分析，管座相控陣檢測(cè)時(shí)不僅缺陷識(shí)別困難、定位困難，而且易受干擾波的影響，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)容易造成缺陷的漏檢，效率降低，從此方面講更凸顯圖形輔助技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

4　結(jié)論

基于相控陣軟件系統(tǒng)二次開發(fā)的圖形輔助技術(shù)實(shí)現(xiàn)了在檢測(cè)界面中顯示工件截面圖形的功能。圖形輔助技術(shù)的應(yīng)用解決了管座角焊縫檢測(cè)時(shí)無法實(shí)時(shí)觀察缺陷信號(hào)在焊縫中所處位置的問題，明顯提升了集箱管座的相控陣檢測(cè)效果。輔以圖形輔助技術(shù)的相控陣檢測(cè)具有缺陷識(shí)別和定位難度更低、檢測(cè)結(jié)果更為直觀的特點(diǎn)，應(yīng)用優(yōu)勢(shì)顯著。

參考文獻(xiàn)：

[1] 于達(dá)，龍華明，孫亞娟，等.小直徑管管座角焊縫相控陣檢測(cè)探究[J].焊管，2015，38(8)：16-23.

[2] 許志升，袁煥源.插入式管座角焊縫相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)研究[J].吉林電力，2017，45(3)：39- 41.

[3] 牟彥春，金南輝，葛翔.電站鍋爐接管座角焊縫超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)[J].無損檢測(cè)，2011，33(1)：75-78.

[4] 李衍.大厚度容器接管焊接接頭的相控陣檢測(cè)[J].無損檢測(cè)，2008，30(12)：946-949.

[5] 丁春輝.在役壓力容器管座角焊縫的相控陣超聲檢測(cè)[J].管道技術(shù)與設(shè)備，2017，(4)：23-25.