圖形輔助技術(shù)在集箱管座相控陣檢測中的應用

王中亞

(中國大唐集團科學技術(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行和啟停過程中承受結(jié)構(gòu)應力和疲勞熱應力的作用，受力狀況極為惡劣，隨著運行時間的積累將導致原有焊接缺陷的擴展和裂紋的形成及發(fā)展，最終會引起集箱的爆漏，加強對集箱管座焊接質(zhì)量的檢測顯得至關(guān)重要。超聲相控陣技術(shù)具有靈活變角和動態(tài)聚焦的特點，近年來在電力行業(yè)管座角焊縫的檢測中得到較多的應用研究[1-5]。由于管座焊縫坡口形狀和結(jié)構(gòu)復雜，受到管座曲率、壁厚和馬鞍狀焊縫形式等因素的影響，相控陣檢測時缺陷信號識別難度大，缺陷定位困難，檢測的可靠性難以得到保證。

為了提高集箱管座相控陣檢測的可靠性，針對檢測管座角焊縫時無法實時觀察缺陷信號在焊縫中所處位置的問題，需要開展相控陣檢測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)，對圖形輔助技術(shù)進行了二次開發(fā)，分析了集箱管座的相控陣檢測工藝，并展示了圖形輔助技術(shù)在管座角焊縫相控陣檢測中的實際應用效果。

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圖形按實際尺寸導入儀器，獲得具有工件截面圖形的檢測界面以輔助檢測的過程。開發(fā)圖形輔助技術(shù)的基本思路是解析并識別CAD的某種格式文件，獲取各種曲線、直線或點的數(shù)據(jù)信息以及坐標信息，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)下載庫文件dxflib-3.12的源代碼，該dxf庫中包含讀取dxf文件、寫dxf保存文件的解析測試代碼。得到測試代碼后，將解析方法應用到實際工件CAD文件中，通過dxflib庫解析dxf文件，獲得點數(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)類型中包含點坐標(x,y,z)；

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

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

……

畫圖顯示時，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，讓檢測人員能夠自行繪制導入工件圖形，效果見圖1。

2　管座角焊縫相控陣檢測工藝

2.1　掃查分區(qū)

管座角焊縫是典型的相貫線焊縫，掃查時隨著探頭移動位置的變化，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)對接焊縫不同，由于角焊縫截面的變化，應用圖形輔助技術(shù)對整個角焊縫進行相控陣檢測時，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，對焊縫進行切割分區(qū)，在保證每個分區(qū)的焊縫截面變化量在可接受范圍內(nèi)的前提下，每個分區(qū)的檢測可使用相同的工件CAD圖形，進而完成整個焊縫的檢測。

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示意圖及點位示意圖

把軸向切割點設(shè)為0°點位和180°點位，環(huán)向切割點即為90°點位和270°點位。通過切片研究可知，0°、45°、90°三個點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)對稱原理，可將整個區(qū)域按照“米”字型切割方法進行掃查分區(qū)，見圖4。每個45°角的分區(qū)內(nèi)，可近似對應使用0°，45°，90°三個點位的焊縫截面圖，這樣每個分區(qū)的檢測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　檢測工藝

集箱管座角焊縫相控陣檢測的關(guān)鍵工藝參數(shù)見表1。按照表1給出的參數(shù)進行工藝設(shè)置，同時結(jié)合工件特點調(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，即可對管座角焊縫實施相控陣檢測。

表1　集箱管座角焊縫相控陣檢測工藝

3　圖形輔助技術(shù)的應用效果

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對象開展應用試驗，見圖5。圖中1和2為加工缺陷。1號缺陷為沿坡口方向刻槽，槽深5mm，槽寬0.5mm，槽長20mm；2號缺陷為焊縫根部鉆孔，孔徑2mm，孔高5mm。以上2個缺陷為一組，分別在0°，90°，225°三個點位進行刻傷。

圖5　全插入式管座試樣

圖6是探頭置于三個點位的支管上全插入式管座試樣的檢測圖像。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。三個點位的1號缺陷均可檢出，并且檢測信號與S掃描窗口中的焊縫截面圖形有準確的位置對應關(guān)系。2號缺陷難以檢出，由聲束覆蓋模擬分析可知，對處于根部的2號缺陷檢測時難以找到較好的聲束入射角度，實際檢測與理論分析結(jié)果較一致。

圖6　全插入式管座檢測圖像(A掃+S掃)

圖形輔助技術(shù)的應用實現(xiàn)了在檢測界面中顯示工件截面圖形的功能，可以實時地觀察缺陷在焊縫中所處的位置，檢測結(jié)果非常直觀，明顯提升了管座相控陣檢測的可靠性和適用性。反推，僅靠扇掃描和A掃描進行分析，管座相控陣檢測時不僅缺陷識別困難、定位困難，而且易受干擾波的影響，現(xiàn)場檢測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)的應用優(yōu)勢。

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)實現(xiàn)了在檢測界面中顯示工件截面圖形的功能。圖形輔助技術(shù)的應用解決了管座角焊縫檢測時無法實時觀察缺陷信號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效果。輔以圖形輔助技術(shù)的相控陣檢測具有缺陷識別和定位難度更低、檢測結(jié)果更為直觀的特點，應用優(yōu)勢顯著。

參考文獻：

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