[发明专利]变压器薄壁壳体单道焊缝内部缺陷的阵列超声检测成像方法

说明书

本发明涉及一种变压器薄壁壳体单道焊缝内部缺陷的阵列超声检测成像方法，属于无损检测领域。使用超声阵列探头沿被检表面进行线性扫查，通过A/D转换将携带有工件内部信息的脉冲回波信号转化为数字信号存储至电脑中，得到检测数据集，利用阵列超声聚焦算法对得到的检测数据集进行处理，并相加求平均，从而得到一幅声束聚焦图像。优点是采用超声延时动态聚焦技术，检测方法安全、可靠，方便携带可进行现场检测，空间分辨率更高，避免小缺陷间的干涉现象，对缺陷的判别更为准确。

技术领域

本发明属于无损检测领域，涉及变压器薄壁壳体单道角焊缝的阵列超声检测成像方法。

背景技术

我国高纬度地区出现过数起变压器加强筋焊缝因冬季结冰膨胀引起开裂，导致变压器油绝缘性能下降，引起设备烧损的案例。壳体加强筋焊缝以及其他相关焊缝，在制造期间经历了高温热循环，性能大幅度下降，是壳体的薄弱环节。工作时绕组、铁芯、变压器油等的静态载荷和动态工作载荷的叠加，承受低周疲劳载荷，容易在较低的应力下发生失效。特别是在冬季低温环境下，如果变压器油温较低，加强筋区域存在结冰膨胀导致焊缝开裂风险。并且由于变压器壳体较薄，焊缝只能采用单道焊接，焊缝较小，所以常规超声相控阵斜入射检测方法无法适用于现有的焊缝检测。

变压器中角接焊缝的焊接方法是不打坡口直接焊接，并且变压器壳体较薄焊缝尺寸较小。其焊缝内部容易存在未焊透、底板未熔合、侧板未熔合、气孔及夹杂等缺陷。

现有角焊缝的超声相控阵检测方法是采用斜入射扇形扫查进行检测，该方法对于变压器壳体角焊缝的检测有盲区，无法检测背板侧未熔合缺陷，并且缺陷检测灵敏度低、定量精度较差，容易产生漏检与误判线性。

目前没有针对变压器薄壁壳体角焊缝有效的检测方法，因此变压器壳体焊缝检测问题，被视为目前电网行业急需解决的一个难题。

发明内容

本发明提供一种变压器薄壁壳体单道焊缝内部缺陷的阵列超声检测成像方法，以解决变压器壳体薄壁单层焊缝检测难的问题。

本发明采取的技术方案是，包括下列步骤：

(1)、在变压器底板角焊缝位置的背面，使用阵列超声探头检测，检测人员手动控制探头沿着焊缝进行检测，在侧板上同样使用超声阵列探头检测；

(2)、将该方法的检测结果提取出来，进行超声聚焦成像，其中阵列超声检测基于笛卡尔坐标系，利用阵列超声直探头接触法，沿被检工件表面进行线性扫查；

已知探头的声束指向特性与其晶片直径及发射、接收的声波波长有关，其半功率波束角为：

式中，λ表示波长，D表示探头的晶片直径，用半功率波束角β_0.5来近似表示探头的声束扩散角，则探头在深度z处的声场覆盖范围为l,对于被检件中的任意点A(x,z)，当探头位于位置1时，点A刚好开始进入探头的声场覆盖范围内；当探头位于位置n时，点A刚好开始退出探头的声场覆盖范围，在线性扫查过程中，只有位于1...i...n位置的探头可以接收到来自点A的回波信号，位置1-n的长度也恰好为l，因此，将合成孔径过程中对信号处理有贡献的位置1-n的长度定义为有效合成孔径长度，记为Lm：

式中，z表示待合成点至被检件表面的垂直距离，设探头线性扫查时的步进为△_X，则参与信号合成的探头位置数n为：

由式(3)可以看出，对于不同深度下的待合成点，参与信号合成的探头位置数也不同，待合成点距离表面越远，参与信号合成的探头位置数也越多，从而有利于改善成像分辨率；

(3)探头在每个扫查位置处发射出超声波脉冲信号，经内部缺陷或工件底面反射后形成回波信号重新被该探头接收，最后通过A/D转换将携带有工件内部信息的脉冲回波信号转化为数字信号存储至电脑中，得到检测数据集；