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一種高壓支柱瓷絕緣子超聲相控陣檢測用參考試塊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高壓支柱瓷絕緣子超聲相控陣檢測專用參考試塊。試塊采用φ1mm通孔與深度為3mm、4mm、5mm月牙槽作為檢測系統(tǒng)調(diào)試人工缺陷反射體；具有儀器調(diào)試內(nèi)部、表面及近表面同時顯示，一次完成的優(yōu)點(diǎn)；月牙槽反射體符合真實(shí)裂紋特征；不設(shè)置模擬瓷瓶弧面，通過實(shí)測表格進(jìn)行弧度補(bǔ)償，克服了在實(shí)際檢測工作中多種規(guī)格瓷瓶需采用多種規(guī)格試塊，分別進(jìn)行儀器調(diào)整的缺點(diǎn)，大大提高了工作效率。本發(fā)明所述專用參考試塊，可以解決目前高壓支柱瓷絕緣子超聲相控陣檢測無專用參考試塊的問。
【專利說明】一種高壓支柱瓷絕緣子超聲相控陣檢測用參考試塊

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及材料無損檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地，涉及一種高壓支柱瓷絕緣子（以下 簡稱"瓷瓶"）超聲相控陣檢測專用參考試塊。

【背景技術(shù)】
[0002] 瓷瓶超聲相控陣檢測至今尚無專用參考試塊，本發(fā)明設(shè)計、開發(fā)制作的試塊主要 應(yīng)用于此項(xiàng)工作檢測系統(tǒng)性能校準(zhǔn)和檢測結(jié)果評判。利用超聲相控陣檢測縱波扇形掃查方 式，對"瓷瓶"檢測范圍內(nèi)的內(nèi)部缺陷、表面及近表面缺陷進(jìn)行檢測。
[0003] 目前，超聲相控陣檢測瓷瓶內(nèi)部缺陷、表面及近表面缺陷沒有相關(guān)的產(chǎn)品可供使 用。原有的《支柱瓷絕緣子及瓷套超聲波檢測》一書中所確定的JBX-1試塊和傳統(tǒng)的超聲 波檢測瓷瓶的試塊，無論從儀器調(diào)整和缺陷評判角度考慮，均已無法滿足超聲相控陣瓷瓶 檢測需要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于，針對上述問題，提出一種高壓支柱瓷絕緣子超聲相控陣檢測 專用參考試塊，以解決瓷瓶超聲相控陣檢測無參考試塊的問題，實(shí)現(xiàn)了校準(zhǔn)難度小、檢測結(jié) 果直觀、精度高和誤判率低的優(yōu)點(diǎn)。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：開發(fā)設(shè)計一種適合瓷瓶超聲相控陣 檢測用參考試塊，采用月牙槽人工反射體作為表面及近表面缺陷檢測基準(zhǔn)靈敏度調(diào)整依 據(jù)，采用Φ 1_通孔作為內(nèi)部缺陷檢測基準(zhǔn)靈敏度調(diào)整依據(jù)，用于超聲相控陣檢測高壓支 柱瓷絕緣子的試塊本體，實(shí)現(xiàn)以下功能：
[0006] 1.調(diào)整檢測系統(tǒng)掃描速度；
[0007] 2.確定檢測靈敏度；
[0008] 3.制作檢測DAC曲線；
[0009] 4.對缺陷進(jìn)行評定。
[0010] 所述試塊分為I區(qū)、II區(qū)和III區(qū)三個區(qū)域。
[0011] 進(jìn)一步地，在所述試塊I區(qū)設(shè)置8個Φ 1mm通孔，儀器調(diào)整時，從試塊本體上、下兩 端面分別入射，距探測面垂直深度范圍為30-180mm，間距10mm ;用于縱波入射檢測瓷瓶內(nèi) 部缺陷時檢測靈敏度調(diào)整和DAC曲線制作；
[0012] 在所述試塊I區(qū)上下兩檢測面分別設(shè)置一個表面開口的模擬裂紋月牙槽，槽長度 30臟，寬度為0· 4±0· 02臟，最大深度5±0· 02mm ;作為表面及近表面缺陷檢測靈敏度調(diào)整 和DAC曲線制作時的參考反射體。
[0013] 進(jìn)一步地，在所述試塊II區(qū)設(shè)有9個Φ 1mm通孔，呈1/4圓周分布，半徑為50mm，用 于相控陣檢測角度增益補(bǔ)償驗(yàn)證，也用于作為現(xiàn)場臨時角度補(bǔ)償曲線制作依據(jù)。
[0014] 進(jìn)一步地，在所述試塊III區(qū)設(shè)置有2個月牙槽，規(guī)格分別為寬度為0. 4±0. 02mm, 最大深度分別為3±0. 02mm和4±0. 02mm，作為實(shí)際檢測時表面及近表面缺陷反射對比依 據(jù)；也能夠起到檢測系統(tǒng)表面缺陷（近表面）最大檢測靈敏度驗(yàn)證作用。
[0015] 本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變 得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。
[0016] 下面通過附圖和示例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí) 例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中：
[0018] 圖1為本發(fā)明高壓支柱瓷絕緣子超聲相控陣檢測專用參考試塊中檢測部位的結(jié) 構(gòu)示意圖；
[0019] 圖2為本發(fā)明高壓支柱瓷絕緣子超聲相控陣檢測專用參考試塊中儀器掃查設(shè)置 界面示意圖；
[0020] 圖3為本發(fā)明高壓支柱瓷絕緣子超聲相控陣檢測儀器范圍設(shè)置對應(yīng)瓷瓶掃查范 圍不意圖；（1 一鑄鐵法蘭；2-瓷體；3-探頭）
[0021] 圖4為本發(fā)明高壓支柱瓷絕緣子超聲相控陣檢測專用參考試塊的設(shè)計圖；
[0022] 圖5為試塊實(shí)物照片；
[0023] 圖6本發(fā)明試塊超聲相控陣扇形掃描人工缺陷反射信號顯示。

【具體實(shí)施方式】
[0024] 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí) 施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0025] 在超聲檢測技術(shù)中，通常采用與已知人工反射體相比較的辦法來確定被檢工件 缺陷位置和尺寸，超聲波檢測技術(shù)的發(fā)展，始終與參考試塊的設(shè)計制作分不開的，超聲相控 陣檢測同樣如此。因此，必須針對瓷瓶超聲相控陣檢測方法，開發(fā)制作相應(yīng)的參考試塊，以 確定探傷靈敏度和評價缺陷大小，并對儀器、探頭和檢測系統(tǒng)的性能進(jìn)行綜合測試。
[0026] 超聲波檢測試塊分為標(biāo)準(zhǔn)試塊和對比試塊。標(biāo)準(zhǔn)試塊是由權(quán)威機(jī)構(gòu)對材質(zhì)、形狀、 尺寸和性能等做出規(guī)定和檢定的試塊；對比試塊又稱為參考試塊，是針對某種檢測方法和 某些特定的具體檢測對象規(guī)定的試塊。本發(fā)明試塊為瓷瓶超聲相控陣檢測專用參考試塊。
[0027] 本發(fā)明是在實(shí)施甘肅省電力公司科技項(xiàng)目"高壓瓷絕緣子超聲波相控陣檢測技術(shù) 研究（項(xiàng)目編號=2013103016)"過程中，針對超聲相控陣檢測沒有相關(guān)專用試塊的問題，設(shè) 計開發(fā)適用于該項(xiàng)檢測工作的專用試塊。
[0028] 隨著電力行業(yè)的發(fā)展和電網(wǎng)設(shè)備容量及電壓等級的提高，對瓷瓶等重要電網(wǎng)設(shè)備 部件的可靠性要求也越來越高。當(dāng)前瓷瓶超聲波檢測主要是針對220-750kV電壓等級以上 的電力設(shè)備。瓷瓶一般由鑄鐵法蘭、水泥和瓷體膠裝而成。據(jù)統(tǒng)計，國內(nèi)斷裂的瓷瓶有95% 以上發(fā)生在法蘭口內(nèi)30mm到第一傘群之間 [1]。外露在鑄鐵法蘭外的瓷件表面缺陷可通過肉 眼直接觀察進(jìn)行檢查。因此，超聲波檢測的重點(diǎn)檢測區(qū)域?yàn)榇善康拇审w兩端鑄鐵法蘭內(nèi)膠 裝部位30mm的范圍 [2](見圖1)。經(jīng)統(tǒng)計，220-750kV瓷瓶檢測區(qū)域的直徑在Φ 140-380mm 之間。
[0029] 檢測方法簡介:
[0030] 針對超聲相控陣檢測的具有聲束偏轉(zhuǎn)和聲束聚焦的特性，采用一次掃查同時完成 內(nèi)部和表面及近表面缺陷的方法。為達(dá)到此目的，將儀器的掃查范圍設(shè)定如圖2所示：
[0031] 因高壓電氣設(shè)備瓷瓶直徑范圍在Φ 140-380πιπι之間，考慮到相控陣超聲在瓷件中 的衰減、檢測靈敏度和分辨力要求，同時保證檢測不出現(xiàn)盲區(qū)，將一次掃查檢測范圍設(shè)定為 瓷件半徑的1. 1倍。對應(yīng)的掃查范圍如圖3所示：
[0032] 完成上述儀器設(shè)置后，將探頭圍繞瓷瓶檢測區(qū)域移動一周，完成檢驗(yàn)。
[0033] 試塊材質(zhì)確定：
[0034] 由于我國電網(wǎng)設(shè)備瓷件制造廠原料配方、工藝及燒結(jié)等方面差異，至使瓷瓶晶粒 不均勻，瓷質(zhì)差別較大，其聲速變化范圍達(dá)l〇〇〇m/ S。這就給儀器調(diào)節(jié)和檢測靈敏度的確定 造成一定困難。實(shí)際應(yīng)用中制作聲速與被檢工件相符且直徑相近的瓷質(zhì)試塊非常困難。因 此，需要借助聲速與瓷瓶相近材料制作參考試塊，規(guī)定檢測靈敏度，檢測時再根據(jù)聲速差異 進(jìn)行補(bǔ)償。
[0035] 瓷瓶電瓷坯料中氧化鋁原料比例越高，瓷瓶強(qiáng)度越高。電瓷坯料中氧化鋁中含量 一般為40%以上，坯料中加入的如：鋁礬土、工業(yè)氧化鋁比例的變化，可以制造出不同等級 強(qiáng)度和電壓等級的瓷瓶。測試表明，國內(nèi)瓷瓶的縱波聲速范圍大約在6000-6700m/s之間 [3]。 鋁的聲速與瓷瓶聲速相近，為：6350±50m/s。適合作為制作瓷瓶參考試塊的材料。但純鋁 耐磨程度較差，儀器在調(diào)試過程中探頭在試塊局部區(qū)域的反復(fù)移動，會造成的試塊磨損，導(dǎo) 致檢測系統(tǒng)測量精度下降。通過試驗(yàn)，采用硬鋁合金LY12很好的解決了這個問題，其合金 成分為：
[0036] Cu:3.8?4.9% Mg :1. 2 ?1.8% Μη :0· 3 ?0· 4%
[0037] Ζη ：0. 3% Cr ：0. 10%
[0038] 試塊制作原料按JB/T4730. 3-2005進(jìn)行超聲波探傷和聲速測定，以滿足試塊材質(zhì) 均勻，無影響使用缺陷的要求。
[0039] 經(jīng)過測定，以6300m/s為基準(zhǔn)，一般聲速每變化100m/s，實(shí)際聲壓差為2dB。因此， 實(shí)際使用中，可依據(jù)被檢測瓷瓶的實(shí)測聲速差值進(jìn)行相應(yīng)補(bǔ)償。
[0040] 檢測靈敏度確定：檢測靈敏度是某種檢測方法在規(guī)定的聲稈范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)規(guī)定大小 缺陷的能力。靈敏度選擇過高，缺陷實(shí)際當(dāng)量就被放大，容易造成設(shè)備材料不必要的浪費(fèi)； 靈敏度選擇過低，有些缺陷不容易被發(fā)現(xiàn)而漏檢，成為生產(chǎn)運(yùn)行的安全隱患。
[0041] 內(nèi)部缺陷檢測靈敏度：本發(fā)明試塊依然采用與幾23#3：1試塊相同的Φ 1mm通孔作 為基準(zhǔn)靈敏度，選擇依據(jù)這里不再詳述。
[0042] 表面及近表面缺陷檢測靈敏度：傳統(tǒng)超聲波檢測對表面和近表面缺陷采用爬波檢 測法，由于爬波檢測衰減較快且分辨力較低的原因，JYZ-BX試塊將5mm矩形槽作為基準(zhǔn)靈 敏度，實(shí)踐證明此標(biāo)準(zhǔn)人工缺陷反射體的反射當(dāng)量偏高，與實(shí)際相差偏大。對于瓷瓶這種強(qiáng) 度大、韌性低的特殊材料，對表面裂紋敏感度極高，采用超聲相控陣檢測方法，大大提高了 缺陷檢測的分辨力。因此參考試塊設(shè)計5mm月牙槽反射作為實(shí)際檢測基準(zhǔn)靈敏度。（實(shí)際 情況下，裂紋的寬度和深度的發(fā)展有著一定的規(guī)律，月牙槽形狀更符合真實(shí)裂紋特征。） [0043] 對本發(fā)明試塊月牙槽與瓷瓶試塊1mm模擬裂紋反射進(jìn)行比較：瓷瓶試塊模擬裂紋 反射增益6dB后兩條反射曲線基本吻合，表明本發(fā)明試塊5mm深月牙槽波高增益6dB后相 當(dāng)于瓷試塊（聲速6350m/s)深1mm模擬裂紋。采用5mm深月牙槽為探傷基準(zhǔn)靈敏度可行。
[0044] 曲率耦合補(bǔ)償:
[0045] 瓷瓶電壓等級不同，生產(chǎn)廠家不同，其規(guī)格也是多種多樣的，使用的數(shù)量也非常 大。目前，對瓷瓶的超聲波檢測主要是針對高電壓等級的電網(wǎng)設(shè)備，其半徑約在100_190mm 之間。如果針對每一種規(guī)格的瓷瓶制作相應(yīng)的參考試塊，種類將及其繁多。因此，將參考試 塊探測面設(shè)計為平面，實(shí)際檢測時根據(jù)不同曲率弧面進(jìn)行修正，解決因檢測弧面曲率引起 的信號反射強(qiáng)度差異問題。為確定檢測面弧度對缺陷反射當(dāng)量的影響，采用上述瓷瓶超聲 相控陣檢測方法推薦的兩種相控陣探頭，對JYZ-BX試塊內(nèi)部（深度40mm，Φ 1mm通孔）和 表面（長度30mm，深5mm矩形槽）人工反射體不同曲率檢測面對反射當(dāng)量影響進(jìn)行了測定。 結(jié)果如下：（dB)
[0046] 內(nèi)部缺陷檢測測定：
[0047] 探頭：2MHz, 32-0. 5X 10 :人工反.身寸體：深度40mm, Φ 1mm i甬.孑1,:聲茅呈：72mm
[0048]

【權(quán)利要求】
1. 一種高壓支柱瓷絕緣子超聲相控陣檢測專用參考試塊，其特征在于，采用Φ 1mm通 孔和5mm深月牙槽人工反射體作為檢測基準(zhǔn)靈敏度調(diào)整依據(jù)； 所述試塊如摘要附圖所示分為I區(qū)、II區(qū)和III區(qū)三個區(qū)域。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓支柱瓷絕緣子超聲相控陣檢測專用參考試塊，其特征在 于，在試塊I區(qū)設(shè)置8個Φ 1mm通孔，聲束從試塊本體上下兩面分別入射，距探測面垂直深 度范圍為30-180mm，間距10mm ;用于超聲相控陣縱波檢測瓷瓶內(nèi)部缺陷時檢測靈敏度調(diào)整 和DAC曲線制作； 在試塊I區(qū)上、下兩檢測面分別設(shè)置一個模擬裂紋的月牙槽，槽長度30mm，寬度為 0. 4±0. 02mm，最大深度5±0. 02mm ;作為表面及近表面缺陷檢測靈敏度調(diào)整和DAC曲線制 作時的參考反射體。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓支柱瓷絕緣子超聲相控陣檢測專用參考試塊，其特征在 于，在試塊II區(qū)設(shè)有9個Φ 1mm通孔，呈1/4圓周分布，半徑為50mm，用于相控陣檢測角度補(bǔ) 償驗(yàn)證測試，也用于作為現(xiàn)場臨時角度增益補(bǔ)償曲線制作依據(jù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓支柱瓷絕緣子超聲相控陣檢測用參考試塊，其特征在 于，在試塊III區(qū)設(shè)置有2個月牙槽，寬度為0· 4±0· 02臟，最大深度分別為3±0· 02mm和 4±0. 02mm，作為實(shí)際檢測時表面及近表面缺陷反射對比依據(jù)；也能夠起到檢測系統(tǒng)表面及 近表面缺陷最大檢測靈敏度驗(yàn)證作用。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓支柱瓷絕緣子超聲相控陣檢測用參考試塊，其特征在 于，試塊I區(qū)將深度5mm月牙槽和8個Φ 1mm通孔布置在同一軸線上，儀器調(diào)整時，表面及 近表面缺陷人工反射體同時顯示，一次完成調(diào)試的特點(diǎn)。
【文檔編號】G01N29/04GK104122328SQ201410349881
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月22日
【發(fā)明者】張昕, 李軍, 苗興, 袁芳, 楊景健, 高健, 楊占君, 李玉鵬, 王斌, 趙明忠, 白濤, 孫小平, 席家福, 王欣, 董開松 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)甘肅省電力公司, 國網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院