專利名稱：：一種風(fēng)洞洞體結(jié)構(gòu)對(duì)接焊縫超聲波檢測(cè)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及航天系統(tǒng)試驗(yàn)用風(fēng)洞洞體結(jié)構(gòu)對(duì)接焊縫缺陷檢測(cè)，屬于超聲波檢測(cè)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于鋼全熔化焊對(duì)接焊縫內(nèi)部缺陷的檢測(cè)主要采用射線和超聲波檢測(cè)技術(shù)。在制作過程中，風(fēng)洞前室環(huán)形連接法蘭全熔化焊T型焊接接頭可以采用射線照相的方法檢測(cè)內(nèi)部缺陷，但是由于結(jié)構(gòu)的影響，無(wú)法實(shí)現(xiàn)100%的覆蓋，存在一定盲區(qū)；制造成形后的風(fēng)洞前室環(huán)形連接法蘭全熔化焊T型焊接接頭由于結(jié)構(gòu)和環(huán)境的限制無(wú)法進(jìn)行射線檢測(cè)。針對(duì)風(fēng)洞前室環(huán)形連接法蘭全熔化焊T型焊接接頭的具體情況采用超聲波檢測(cè)技術(shù)，但是此類結(jié)構(gòu)如圖1所示，可檢測(cè)面少而小，且沒有類似結(jié)構(gòu)的檢測(cè)工藝可供參考，采用超聲波檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)其內(nèi)部缺陷不能進(jìn)行定量分析，定位也不精確。超聲波檢測(cè)缺陷自身高度有三種方法①6dB法以端部最大回波處作為起點(diǎn)，移動(dòng)聲束使之偏離缺陷邊緣，直至回波高降低6dB，再根據(jù)探頭入射點(diǎn)位置、聲束角度、聲程長(zhǎng)度來測(cè)定缺陷自身高度；②端點(diǎn)衍射波法通過缺陷兩端點(diǎn)衍射回波之間的延遲時(shí)間差值來確定缺陷自身高度；③超聲端部最大回波法以缺陷兩端的峰值回波為基點(diǎn)，根據(jù)入射點(diǎn)的位置、聲程、折射角測(cè)定缺陷自身高度。鋼全熔化焊對(duì)接接頭焊接缺陷主要有氣孔、夾渣(點(diǎn)狀、條狀)、未焊透、未熔合、裂紋。一4史把氣孔、夾渣歸為體積性缺陷；未焊透歸為線性缺陷；未熔合、裂紋歸為平面性缺陷。鋼全熔化焊對(duì)接接頭焊接缺陷理論波形①體積性缺陷理論回波特征(包括表面光滑的氣孔和表面不規(guī)則的夾渣)如圖3所示，回波幅度較小，不同方向、不同角度掃查時(shí)，其回波高度基本相同。前后、左右掃查時(shí)，其回波動(dòng)態(tài)波形其本相同，一個(gè)最高點(diǎn)，圓滑下降，如圖4所示。②線性缺陷理-淪回波特征(未焊透)前后掃查時(shí)，其回波顯示體積缺陷的回波特征；左右掃查時(shí)，有兩個(gè)或多個(gè)高點(diǎn)，如圖5所示有明顯的指示長(zhǎng)度。轉(zhuǎn)動(dòng)和環(huán)繞掃查時(shí)，回波高度在與缺陷平面相垂直方向兩側(cè)迅速下降，如圖6所示。③平面狀缺陷理論回波特征(如裂紋、面狀未熔合)左右、前后掃查時(shí)，回波的動(dòng)態(tài)波形類似于線性缺陷或體積性缺陷。對(duì)表面光滑的缺陷作轉(zhuǎn)動(dòng)和環(huán)繞掃查時(shí)，在與缺陷平面相垂直方向的兩側(cè)如圖4所示，回波高度迅速下降。對(duì)表面粗糙的缺陷作轉(zhuǎn)動(dòng)掃查時(shí)，顯示動(dòng)態(tài)波形的波幅交錯(cuò)變化如圖7所示，類似于體積狀缺陷；而作環(huán)繞掃查時(shí)，在與缺陷平面相垂直方向兩側(cè)回波高度的變化均不規(guī)則，通常回波幅度變化很大，如圖8所示。④密集性缺陷理論回波特征(裂紋、氣孔、夾渣等較多或同時(shí)存在)左右掃查時(shí)，回波的波形如圖9所示，掃查時(shí)形成的包絡(luò)線如圖10所示。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能定量定性分析風(fēng)洞洞體結(jié)構(gòu)對(duì)接縫焊縫缺陷的超聲波檢測(cè)方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種風(fēng)洞洞體結(jié)構(gòu)對(duì)接縫焊縫超聲波檢測(cè)的方法，其特征在于通過下列步驟實(shí)現(xiàn)根據(jù)風(fēng)洞前室環(huán)形連接法蘭全熔化焊T型焊接接頭的形狀、厚度，尺寸及焊接結(jié)構(gòu)，制作人工試樣，利用人工試樣校準(zhǔn)超聲波檢測(cè)儀；(2)根據(jù)實(shí)際需要檢測(cè)的T型焊接接頭的厚度和可檢測(cè)面，選擇探頭和4企測(cè)工藝；(3)確定判定風(fēng)洞前室環(huán)形連接法蘭全熔化焊T型焊接接頭缺陷的定量線、評(píng)定線和判廢線；(4)利用步驟(2)選擇的探頭和檢測(cè)工藝，采用端點(diǎn)衍射波法對(duì)風(fēng)洞前室環(huán)形連接法蘭全熔化焊T型焊接接頭的缺陷進(jìn)行超聲波檢測(cè)；(5)用6dB法和端部最大回波法對(duì)步驟(4)檢測(cè)的風(fēng)洞前室環(huán)形連接法蘭全熔化焊T型焊接接頭的缺陷進(jìn)行驗(yàn)證；(6)將步驟(4)和(5)得出的端點(diǎn)反射波、端部最大回波及端點(diǎn)衍射回波與理論波形圖對(duì)比，結(jié)合步驟(3)確定的定量線、評(píng)定線和判廢線對(duì)風(fēng)洞洞體結(jié)構(gòu)對(duì)接焊縫內(nèi)部缺陷進(jìn)^f亍判斷。所述步驟(2)在風(fēng)洞前室環(huán)形連接法蘭全熔化焊T型焊接接頭焊縫的正上方選用單晶直探頭，在焊縫側(cè)面選用單晶斜探頭。所述的單晶直探頭頻率晶片直徑不大于14mm,檢測(cè)時(shí)單晶直探頭在焊縫及熱影響區(qū)內(nèi)掃查。所述的單晶斜探頭的探頭聲束軸線水平偏離角不大于2°,檢測(cè)時(shí)單晶斜探頭需在焊縫兩側(cè)作垂直于焊縫的鋸齒形掃查，每次移動(dòng)的間距不大于晶片直徑，在移動(dòng)過程中作10。~15°轉(zhuǎn)動(dòng)。所述的單晶斜探頭，當(dāng)探測(cè)厚度15-20mm,單晶斜探頭角度為60。~72°,K值為K2.0-K3.0,探測(cè)厚度在20-30mm,單晶斜探頭角度為56°~68°,K值為K1.5-K2.5,K為單晶斜探頭參數(shù)。所述步驟(3)中定量線、評(píng)定線和判廢線的確定單晶斜探頭，超聲波測(cè)試儀測(cè)量測(cè)試儀自帶的CSK-IIIA試塊產(chǎn)生的曲線增益5dB為判廢線，產(chǎn)生的曲線衰減3dB為定量線，產(chǎn)生的曲線衰減9dB為評(píng)定線；單晶直纟笨頭，評(píng)定線為4)2mm平底孔，定量線為4>3mm平底孔，判廢線為小4mm平底孔。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有益效果為(1)本發(fā)明確定的測(cè)量風(fēng)洞前室環(huán)形連接法蘭全熔化焊T型焊接接頭時(shí)的工藝，能實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)洞前室環(huán)形連接法蘭全熔化焊T型焊接4妻頭焊接缺陷的定位、定量分析；(2)本發(fā)明通過制作人工樣件來校準(zhǔn)超聲波檢測(cè)儀，使超聲波檢測(cè)儀在實(shí)際側(cè)試能更準(zhǔn)確的反映對(duì)接縫焊縫的真實(shí)情況；(3)本發(fā)明檢測(cè)的缺陷平面位置定位精度可達(dá)到±2mm,垂直位置定位精度可達(dá)到士2mm。圖1為本發(fā)明風(fēng)洞前室環(huán)形連接法蘭全熔化焊T型焊接接頭結(jié)構(gòu)圖2為本發(fā)明人工試才羊結(jié)構(gòu)圖3為焊縫體積性缺陷理論回波特征圖4為移動(dòng)探頭時(shí)體積性缺陷形成的理論動(dòng)態(tài)波形圖5為左右移動(dòng)探頭時(shí)線性缺陷形成的理論動(dòng)態(tài)波形圖6為轉(zhuǎn)動(dòng)和環(huán)繞掃查時(shí)線性缺陷形成的理論動(dòng)態(tài)波形圖7為焊縫平面狀缺陷理論回波特征圖8為移動(dòng)探頭時(shí)平面狀缺陷形成的理論動(dòng)態(tài)波形圖9為密集性缺陷理論回波特征圖10為移動(dòng)探頭時(shí)密集性缺陷形成的理論動(dòng)態(tài)波形圖11為本發(fā)明風(fēng)洞前室環(huán)形連接法蘭全熔化焊T型焊接接頭檢測(cè)面示意圖12為本發(fā)明工藝流程圖13為實(shí)際檢測(cè)體積性缺陷波形；圖14為實(shí)際檢測(cè)體積性缺陷動(dòng)態(tài)波形圖15為實(shí)際檢測(cè)線性缺陷波形；圖16為實(shí)際檢測(cè)線性缺陷動(dòng)態(tài)波形圖17為實(shí)際檢測(cè)密集性缺陷波形；圖18為實(shí)際檢測(cè)移動(dòng)探頭時(shí)密集性缺陷動(dòng)態(tài)波形圖；圖19為實(shí)際檢測(cè)面積缺陷波形；圖20為實(shí)際檢測(cè)移動(dòng)探頭時(shí)面積缺陷動(dòng)態(tài)波形圖。具體實(shí)施例方式超聲波檢測(cè)時(shí)，焊縫兩側(cè)探頭移動(dòng)區(qū)范圍內(nèi)應(yīng)清除飛濺、焊疤、焊渣、氧化皮等，且表面粗糙度應(yīng)符合檢測(cè)要求，一^殳應(yīng)為Ra《6.3jam。選用A型脈沖反射式超聲波檢測(cè)儀，其工作頻率范圍為1-5MHz,水平線性誤差不大于1%,垂直線性誤差不大于5%。耦合劑可選纟奪化學(xué)漿糊、機(jī)油、甘油。本發(fā)明工藝流程如圖12所示，1、根據(jù)風(fēng)洞前室環(huán)形連接法蘭全熔化焊T型焊接接頭的結(jié)構(gòu)和幾何條件，制作人工試樣，人工樣件盡量反映風(fēng)洞前室環(huán)形連接法蘭全熔化焊T型焊接接頭的實(shí)際情況；人工試樣如圖2所示，材質(zhì)為20#鋼，厚度為3035mm。人工試樣模擬實(shí)際接頭的結(jié)構(gòu)，對(duì)人工試樣的#企測(cè)可以還原對(duì)實(shí)際風(fēng)洞焊接接頭的檢測(cè)，用于調(diào)節(jié)超聲波設(shè)備的水平線性和垂直線性。2、根據(jù)實(shí)際需要檢測(cè)的T型焊接接頭的厚度和可檢測(cè)面選擇合適的探頭和檢測(cè)工藝，確定定量線、評(píng)定線和判廢線。在風(fēng)洞前室環(huán)形連接法蘭全熔化焊T型焊接接頭焊縫的正上方選用單晶直探頭，單晶直探頭頻率晶片直徑不大于14mm,檢測(cè)時(shí)單晶直探頭在焊縫及熱影響區(qū)內(nèi)掃查。在焊縫側(cè)面選用單晶斜探頭，單晶斜探頭的探頭聲束軸線水平偏離角不大于2。，主聲束垂直方向不應(yīng)有明顯的雙峰。探頭K值選擇應(yīng)符合探測(cè)厚度在15mm20mm，選擇探頭角度為60°~72°(K2.0K3.0);探測(cè)厚度在2030mm,選擇探頭角度為68°~56°(K2.5-K1.5),K為探頭參數(shù)。斜探頭檢測(cè)時(shí)，探頭需在焊縫兩側(cè)作垂直于焊縫的鋸齒形掃查，每次移動(dòng)的間距不大于晶片直徑，同時(shí)在移動(dòng)過^f呈中作10°~15°轉(zhuǎn)動(dòng)。采用斜探頭探測(cè)時(shí)，距離-波幅曲線靈敏度應(yīng)以表1確定；采用直探頭探測(cè)時(shí)，距離-波幅曲線靈敏度應(yīng)以按表2確定。表1斜探頭距離-波幅曲線的靈敏度<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>其中，判定線也稱掃查線，在超聲波;險(xiǎn)測(cè)過程中出現(xiàn)的曲線高于判定線時(shí)，提示檢測(cè)人員注意，此處有可能存在缺陷，檢測(cè)時(shí)要不斷改變探頭方向掃查，如檢測(cè)的曲線未超出定量線，表示焊縫合格；定量線確定檢測(cè)曲線當(dāng)量的大小，若檢測(cè)曲線超過定量線而未超過判廢線，就要沿焊縫方向檢測(cè)缺陷的長(zhǎng)度，缺陷的長(zhǎng)度超出規(guī)定值，判定焊縫超標(biāo)不合格；若檢測(cè)曲線超出判廢線則直接認(rèn)定焊縫超標(biāo)不合格。表2直探頭距離-波幅曲線的靈敏度<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>采用直探頭進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，利用工件大平底調(diào)節(jié)靈敏度，調(diào)節(jié)儀器的增益，使底面回波高度為超聲波測(cè)試儀屏幕的80%,記錄增益的數(shù)值A(chǔ)^發(fā)現(xiàn)缺陷回波后，將缺陷回波調(diào)節(jié)為超聲波測(cè)試儀屏幕的80%,記錄下此時(shí)增益的數(shù)值△2,根據(jù)公式(1)求出Df的數(shù)值，與表2中的數(shù)據(jù)比較判斷缺陷是否超標(biāo)。其中，入-c/f,X為缺陷深度，Xs為工件厚度，c為縱波聲速，f為4笨頭頻率，Df為缺陷當(dāng)量。Df的值小于判定線規(guī)定的4)2mm，表示焊縫合格；Df大于判定線，提示檢測(cè)人員注意，此處有可能存在缺陷，如Df未超出定量線4)3mm，表示焊縫合格；若Df超過定量線而未超過判廢線cJ)4mm，就要沿焊縫方向檢測(cè)缺陷的長(zhǎng)度，缺陷的長(zhǎng)度超出規(guī)定值，判定焊縫超標(biāo)不合格；若Df超出判廢線則直接認(rèn)定焊縫超標(biāo)不合格。風(fēng)洞前室環(huán)形連接法蘭全熔化焊T型焊接接頭的檢測(cè)在選擇檢測(cè)面和探頭時(shí)應(yīng)考慮到檢測(cè)各類缺陷的可能性，焊縫余高磨平后沿焊縫方向進(jìn)行平行掃查，在焊縫兩側(cè)采用前后、左右、轉(zhuǎn)角、環(huán)繞等基本方式進(jìn)行掃查并使聲束盡可能垂直于該焊接接頭結(jié)構(gòu)中的主要缺陷。3、采用端點(diǎn)衍射波法對(duì)風(fēng)洞前室環(huán)形連接法蘭全熔化焊T型焊接接頭的缺陷進(jìn)行超聲波檢測(cè)；測(cè)量時(shí)，先找到缺陷回波，然后移動(dòng)探頭，使聲束中心掃查到缺陷的上端點(diǎn)反射回波或下端點(diǎn)反射回波。前后移動(dòng)〗笨頭，此時(shí)在示波屏上可觀察到緊鄰上端點(diǎn)反射波之前或下端點(diǎn)反射波之后出現(xiàn)的上端點(diǎn)衍射波(儀器顯示深度為H1)或下端點(diǎn)衍射波(儀器顯示深度為H2)。上端點(diǎn)衍射波和下端點(diǎn)衍射波之間的距離△H=H2-H1就是缺陷的自身高度。4、4企測(cè)實(shí)例1)用K2頻率為2.5MHz的斜探頭從檢測(cè)面1探測(cè)厚度為30mm的工件，如圖11位置2。采用前后、左右掃查時(shí)，其回波波形如圖13所示，掃查時(shí)形成的包絡(luò)線如圖14所示，可以判斷為體積性缺陷，儀器顯示缺陷深度為15mm，超過判廢線為超標(biāo)缺陷。2)用K2頻率為2.5MHz的斜:探頭從檢測(cè)面2探測(cè)厚度為30mm的工件，如圖11位置3。采用前后、左右掃查時(shí)，其回波波形如圖15所示，掃查時(shí)形成的包絡(luò)線如圖16所示，可以判斷為線性缺陷，儀器顯示缺陷深度為12mm，長(zhǎng)度為25mm,超過判廢線為超標(biāo)缺陷。3)用K2頻率為2.5MHz的斜探頭從檢測(cè)面2探測(cè)厚度為30mm的工件，如圖11位置2。采用前后、左右掃查時(shí)，其回波波形如圖17所示，掃查時(shí)形成的包絡(luò)線如圖18所示，可以判斷為密集性缺陷，儀器顯示缺陷深度為20mm,長(zhǎng)度為40mm,超過判廢線為超標(biāo)缺陷。4)用直徑14mm頻率為2.5MHz的直探頭從檢測(cè)面1探測(cè)厚度為30mm的工件，如圖11位置1。采用左右掃查時(shí)，其回波波形如圖19所示，掃査時(shí)形成的包絡(luò)線如圖20所示，可以判斷為面積型缺陷，4義器顯示缺陷深度為23mm,根據(jù)公式(1)計(jì)算得到缺陷當(dāng)量Df為4.5mm,超過判廢線為超標(biāo)缺陷。本發(fā)明未詳細(xì)說明部分屬本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識(shí)。權(quán)利要求1、一種風(fēng)洞洞體結(jié)構(gòu)對(duì)接焊縫超聲波檢測(cè)的方法，其特征在于通過下列步驟實(shí)現(xiàn)(1)根據(jù)風(fēng)洞前室環(huán)形連接法蘭全熔化焊T型焊接接頭的形狀、厚度，尺寸及焊接結(jié)構(gòu)，制作人工試樣，利用人工試樣校準(zhǔn)超聲波檢測(cè)儀；(2)根據(jù)實(shí)際需要檢測(cè)的T型焊接接頭的厚度和可檢測(cè)面，選擇探頭和檢測(cè)工藝；(3)確定判定風(fēng)洞前室環(huán)形連接法蘭全熔化焊T型焊接接頭缺陷的定量線、評(píng)定線和判廢線；(4)利用步驟(2)選擇的探頭和檢測(cè)工藝，采用端點(diǎn)衍射波法對(duì)風(fēng)洞前室環(huán)形連接法蘭全熔化焊T型焊接接頭的缺陷進(jìn)行超聲波檢測(cè)；(5)用6dB法和端部最大回波法對(duì)步驟(4)檢測(cè)的風(fēng)洞前室環(huán)形連接法蘭全熔化焊T型焊接接頭的缺陷進(jìn)行驗(yàn)證；(6)將步驟(4)和(5)得出的端點(diǎn)反射波、端部最大回波及端點(diǎn)衍射回波與理論波形圖對(duì)比，結(jié)合步驟(3)確定的定量線、評(píng)定線和判廢線對(duì)風(fēng)洞洞體結(jié)構(gòu)對(duì)接焊縫內(nèi)部缺陷進(jìn)行判斷。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)洞洞體結(jié)構(gòu)對(duì)接縫焊縫超聲波檢測(cè)的方法，其特征在于所述步驟(2)在風(fēng)洞前室環(huán)形連接法蘭全熔化焊T型焊接接頭焊縫的正上方選用單晶直探頭，在焊縫側(cè)面選用單晶斜探頭。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)洞洞體結(jié)構(gòu)對(duì)接縫焊縫超聲波檢測(cè)的方法，其特征在于所述的單晶直探頭頻率晶片直徑不大于14mm,檢測(cè)時(shí)單晶直探頭在焊縫及熱影響區(qū)內(nèi)掃查。4、根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)洞洞體結(jié)構(gòu)對(duì)接縫焊縫超聲波檢測(cè)的方法，其特征在于所述的單晶斜探頭的4笨頭聲束軸線水平偏離角不大于2°,^r測(cè)時(shí)單晶斜探頭需在焊縫兩側(cè)作垂直于焊縫的鋸齒形掃查，每次移動(dòng)的間距不大于晶片直徑，在移動(dòng)過程中作10。~15°轉(zhuǎn)動(dòng)。5、根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的風(fēng)洞洞體結(jié)構(gòu)對(duì)接縫焊縫超聲波檢測(cè)的方法，其特征在于所述的單晶斜探頭，當(dāng)探測(cè)厚度1520mm，單晶斜探頭角度為60°~72°,K值為K2.0K3.0，探測(cè)厚度在20~30mm，單晶斜探頭角度為56°~68°,K值為K1.5K2.5,K為單晶斜探頭參數(shù)。6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)洞洞體結(jié)構(gòu)對(duì)接縫焊縫超聲波檢測(cè)的方法，其特征在于所述步驟(3)中定量線、評(píng)定線和判廢線的確定單晶斜探頭，超聲波測(cè)試儀測(cè)量測(cè)試儀自帶的CSK-IIIA試塊產(chǎn)生的曲線增益5dB為判廢線，產(chǎn)生的曲線衰減3dB為定量線，產(chǎn)生的曲線衰減9dB為評(píng)定線；單晶直探頭，評(píng)定線為4)2mm平底孔，定量線為小3mm平底孔，判廢線為小4mm平底孑L。7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)洞洞體結(jié)構(gòu)對(duì)接縫焊縫超聲波^r測(cè)的方法，其特征在于所述步驟(1)中的人工試樣，材質(zhì)為鋼，厚度為3035mm。全文摘要一種風(fēng)洞洞體結(jié)構(gòu)對(duì)接焊縫超聲波檢測(cè)的方法，根據(jù)風(fēng)洞前室環(huán)形連接法蘭全熔化焊T型焊接接頭的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)人工試樣，校準(zhǔn)超聲波檢測(cè)儀；選擇合適的探頭和檢測(cè)工藝；用端點(diǎn)衍射波法進(jìn)行檢測(cè)，用6dB法和端部最大回波法驗(yàn)證；分析驗(yàn)證的端點(diǎn)反射波、端部最大回波及辨認(rèn)衍射回波，對(duì)對(duì)接焊縫內(nèi)部缺陷定性、定量分析。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了風(fēng)洞前室環(huán)形連接法蘭全熔化焊T型焊接接頭中焊接缺陷的定位、定量分析，檢測(cè)的缺陷平面位置定位精度可達(dá)到±2mm，垂直位置定位精度可達(dá)到±2mm。文檔編號(hào)G01N29/04GK101441198SQ200810227579公開日2009年5月27日申請(qǐng)日期2008年11月28日優(yōu)先權(quán)日2008年11月28日發(fā)明者健吳,寧韶斌,李世強(qiáng),超王,苑鴻志申請(qǐng)人:中國(guó)航天空氣動(dòng)力技術(shù)研究院