一种薄壁型材对接焊缝超声爬波检测方法技术

本发明专利技术基于超声爬波探伤原理，提供了一种用于薄壁型材对接焊缝中缺陷检测的方法。根据型材结构，对爬波探头的晶片尺寸、晶片角度及探头前沿等进行优化设计，满足薄壁型材检测要求，具有较高的检测灵敏度。根据型材焊接结构设计了专用对比试块，在检测前标定焊道自身干扰和型材结构干扰信号位置和幅度，排除非缺陷信号对检测结果的干扰，进而得到焊缝内清晰的缺陷信号，能够有效排除型材结构的干扰。

【技术实现步骤摘要】
一种薄壁型材对接焊缝超声爬波检测方法
本专利技术专利涉及薄壁型材对接焊缝构件中结构复杂型材焊缝的无损检测领域，提供一种基于超声爬波探伤原理，通过特殊制作爬波探头、专用对比试块及检测工艺，用于铝合金薄壁型材对接焊缝中缺陷检测的方法。
技术介绍
随着我国高速铁路事业的快速发展，车体轻量化已经成为提高列车速度的关键。密度小、塑性好、比强度高的铝合金薄壁型材构件正被大量应用到高速列车中。列车车体的铝合金焊接新方法成为近些年轨道交通制造领域研究的新热点。高速列车车体铝合金薄板焊接结构复杂，为带垫板型材插接式，在单面采用激光-MIG复合焊焊接而成的对接焊缝结构，型材厚度较薄(一般为2～4mm)，带有焊缝余高，焊缝与型材支撑结构距离较近，可供实施检测操作的空间有限。常见缺陷多为近下表面的根部未焊透、内部气孔和内部裂纹等，这些缺陷的存在减小焊缝的有效承压面积，影响焊缝抗拉强度和疲劳强度，车体使用过程中存在着极大的安全隐患。采用先进的无损检测方法或技术对铝合金薄板激光焊缝进行高效、可靠、准确的检测与评价是非常必要的。超声检测方法具有设备简单、检测速度快、灵敏度高等优点，且对面积性缺陷具有较高的检测灵敏度，因此已经形成了诸多检测标准。其中，NB/T47013.3中和GB/T11345分别规定了厚度为6mm～25mm和板厚为8mm～25mm的对接焊缝超声检测法，推荐采用横波直射法和一次反射法，斜探头的折射角范围63°～72°(K值2.0～3.0)，推荐频率是4～5MHz和1～5MHz。常规横波检测无法应用于薄板对接接头的检测。原因在于：(1)由于板厚薄，横波的直射波和一次反射波的声程太短，处于声场近场区，信号发生混叠或处于检测盲区中，结果分析难度极大。(2)由于焊缝余高影响，横波检测对接焊缝时易形成“山形”伪缺陷干扰波，影响缺陷的判定。尤其在薄板检测时，影响更为明显。(3)利用横波的多次反射波进行检测，会因反射次数增加，能量衰减大，检测灵敏度降低。相控阵检测方法多用于摩擦搅拌焊焊接质量检测，因受焊缝形貌影响较大，检测时须打平余高。超声Lamb波在传播过程中会发生模态转换、频散和能量衰减，且Lamb对焊缝形貌变化敏感，检测结果混叠信号多，分析难度大。超声表面波对表面缺陷敏感，余高和焊道的不平整都会干扰检测结果分析。综上所述，对于板厚<6mm的薄壁型材对接焊缝的超声检测方法还有待完善和开发新的检测技术。
技术实现思路
为了解决铝合金薄壁型材焊缝质量检测的问题，本专利技术根据超声爬波探伤原理，结合铝薄壁型材焊缝结构特点，通过特殊制作爬波探头、专用对比试块及检测工艺，用于铝合金薄壁型材对接焊缝中缺陷检测的方法。在本专利技术中，特殊设计的爬波探头可以很好的适应检测空间限制，有效避开型材结构干扰；根据型材焊接结构设计的专用对比试块，可以在检测前期提前标定焊道自身干扰和型材结构干扰信号位置和幅度，排除非缺陷信号对检测结果的干扰，进而得到焊缝内清晰的缺陷信号；根据铝合金薄壁型材焊缝缺陷类型，在实际焊接样板上设计制作人工缺陷试块，验证超声爬波检测工艺的有效性。本专利技术公开了一种基于超声爬波探伤原理，通过特殊制作爬波探头、专用对比试块及检测工艺，用于铝合金薄壁型材对接焊缝中缺陷检测的方法，包括以下步骤：步骤1)将模拟铝合金薄壁型材对接焊缝的焊接结构试块放置于水平检测工作台上，并在焊缝结构对比试块平板侧(非垫板侧)靠近模拟焊缝位置，沿着焊缝方向涂抹耦合液；步骤2)将制作的爬波探头放置在焊缝结构对比试块平板侧，探头前沿靠近模拟焊缝边沿，且平行于焊缝匀速移动；步骤3)根据垫板与探头爬波检测时的声程距离，设置检测闸门，移动探头的时候，同时观察检测闸门附近的超声信号；步骤4)如果发现闸门附近上出现幅度超过平均噪声水平线的信号，即为焊道自身干扰和型材结构干扰信号，移动闸门至信号处，并设置增益，使信号幅值达到满屏的80％，利用探伤仪的峰值保持功能，将干扰信号保持在检测界面上；步骤5)在步骤4)基础上，重新设置闸门位置，将闸门设置在始波和标定的型材结构干扰信号之间；步骤6)将铝合金薄壁型材对接焊缝专用人工缺陷对比试块放置于水平检测工作台上，并在焊接平板侧靠近焊缝位置，沿着焊缝方向涂抹耦合液；步骤7)以步骤5)检测参数设置进行检测，若闸门内出现回波信号，即判定为人工缺陷信号，设置增益使人工缺陷信号幅值达到满屏的80％，以此探伤灵敏度进行实际焊缝探伤；步骤8)将铝合金薄壁型材对接焊缝待检测试件放置于水平检测工作台上，并在焊接平板侧靠近焊缝位置，沿着焊缝方向涂抹耦合液，以步骤7)检测参数设置进行检测，若闸门内出现回波信号，即判定为缺陷信号。本专利技术检测开始前，根据待检测铝合金薄壁型材对接焊缝几何结构特点和尺寸，设计用于检测的爬波探头，确定晶片尺寸和频率，并制作探头。本专利技术薄壁型材对接焊缝超声爬波检测方法，用于检测对接焊缝焊接缺陷的探头，包括：发射晶片、接收晶片、阻尼块、爬波探头壳体、吸声材料、爬波探头发射端口插件、爬波探头接收端口插件、延迟块、隔声层。其中TA为超声爬波发射晶片，晶片尺寸宽度范围4～10mm，长度范围6～20mm，晶片倾角度范围23°～30°；RA为超声爬波接收晶片，晶片尺寸宽度范围4～10mm，长度范围6～20mm，晶片倾角度范围23°～30°；且TA晶片与RA晶片的角度一致。本专利技术薄壁型材对接焊缝超声爬波检测方法，根据铝合金薄板型材对接焊缝结构，确定TA、RA两晶片之间夹角β角度范围为165°～170°。本专利技术薄壁型材对接焊缝超声爬波检测方法，TA、RA两晶片频率范围均为：2.5～10MHz。本专利技术薄壁型材对接焊缝超声爬波检测方法，检测时爬波探头前沿紧贴焊缝焊趾，探头前沿与焊缝中心线距离为对接焊缝焊道宽度的一半。本专利技术薄壁型材对接焊缝超声爬波检测方法，焊缝结构对比试块，原料采用块体铝合金，按实际焊接接头几何结构尺寸，用线切割加工出相同的接头特征几何结构。本专利技术薄壁型材对接焊缝超声爬波检测方法，参考实际铝合金薄板焊接接头形式与尺寸，制作设计结构对比试块，来标定焊接结构信号幅值和位置。本专利技术薄壁型材对接焊缝超声爬波检测方法，人工缺陷对比试块，原料采用与实际铝合金薄板焊缝相同的焊接工艺制作的两种试块，分别为一号人工试板和二号人工试板。本专利技术薄壁型材对接焊缝超声爬波检测方法，人工缺陷对比试块，缺陷类型和尺寸设计：在一号人工试板试板焊缝中心线上分别加工三个不同深度的平底孔(φ0.8深2mm，φ0.8深1mm，φ0.8深0.5mm)，来模拟铝合金薄板焊缝中侧壁未熔合、凹坑及气孔等缺陷；在二号人工试板试板焊缝中心线上分别加工三个不同深度的刻槽(尺寸：10×0.2×1，10×0.2×0.5，10×0.2×0.25，单位：mm)，来模拟铝合金薄板焊缝中表面裂纹、根部未熔合等缺陷。本专利技术薄壁型材对接焊缝超声爬波检测方法，其特征在于：探头前沿靠近模拟焊缝边沿，且平行于焊缝匀速移动的速度为50mm/s～100mm/s。本专利技术薄壁型材对接焊缝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种薄壁型材对接焊缝超声爬波检测方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1)将模拟铝合金薄壁型材对接焊缝的焊接结构对比试块放置于水平检测工作台上，并在焊缝结构对比试块平板侧靠近模拟焊缝的位置，沿着焊缝方向涂抹耦合液；/n步骤2)将爬波探头放置在焊缝结构对比试块平板侧，探头前沿靠近模拟焊缝边沿，且平行于焊缝匀速移动；/n步骤3)根据垫板与探头爬波检测时的声程距离，设置检测闸门，移动探头的时候，同时观察检测闸门附近的超声信号；/n步骤4)如果发现检测闸门附近出现幅度超过平均噪声水平线的信号，即为焊道自身干扰和型材结构干扰信号，移动检测闸门至信号处，并设置增益，使信号幅值达到满屏的80％，利用探伤仪的峰值保持功能，将干扰信号保持在检测界面上；/n步骤5)在步骤4)基础上，重新设置检测闸门位置，将检测闸门设置在始波和标定的型材结构干扰信号之间；/n步骤6)将铝合金薄壁型材对接焊缝专用人工缺陷对比试块放置于水平检测工作台上，并在焊接平板侧靠近焊缝位置，沿着焊缝方向涂抹耦合液；/n步骤7)以步骤5)检测参数设置进行检测，若检测闸门内出现回波信号，即判定为人工缺陷信号，设置增益使人工缺陷信号幅值达到满屏的80％，以此探伤灵敏度进行实际焊缝探伤；/n步骤8)将铝合金薄壁型材对接焊缝待检测试件放置于水平检测工作台上，并在焊接平板侧靠近焊缝位置，沿着焊缝方向涂抹耦合液，以步骤7)检测参数设置进行检测，若检测闸门内出现回波信号，即判定为缺陷信号。/n...

【技术特征摘要】
1.一种薄壁型材对接焊缝超声爬波检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)将模拟铝合金薄壁型材对接焊缝的焊接结构对比试块放置于水平检测工作台上，并在焊缝结构对比试块平板侧靠近模拟焊缝的位置，沿着焊缝方向涂抹耦合液；
步骤2)将爬波探头放置在焊缝结构对比试块平板侧，探头前沿靠近模拟焊缝边沿，且平行于焊缝匀速移动；
步骤3)根据垫板与探头爬波检测时的声程距离，设置检测闸门，移动探头的时候，同时观察检测闸门附近的超声信号；
步骤4)如果发现检测闸门附近出现幅度超过平均噪声水平线的信号，即为焊道自身干扰和型材结构干扰信号，移动检测闸门至信号处，并设置增益，使信号幅值达到满屏的80％，利用探伤仪的峰值保持功能，将干扰信号保持在检测界面上；
步骤5)在步骤4)基础上，重新设置检测闸门位置，将检测闸门设置在始波和标定的型材结构干扰信号之间；
步骤6)将铝合金薄壁型材对接焊缝专用人工缺陷对比试块放置于水平检测工作台上，并在焊接平板侧靠近焊缝位置，沿着焊缝方向涂抹耦合液；
步骤7)以步骤5)检测参数设置进行检测，若检测闸门内出现回波信号，即判定为人工缺陷信号，设置增益使人工缺陷信号幅值达到满屏的80％，以此探伤灵敏度进行实际焊缝探伤；
步骤8)将铝合金薄壁型材对接焊缝待检测试件放置于水平检测工作台上，并在焊接平板侧靠近焊缝位置，沿着焊缝方向涂抹耦合液，以步骤7)检测参数设置进行检测，若检测闸门内出现回波信号，即判定为缺陷信号。


2.按照权利要求1所述薄壁型材对接焊缝超声爬波检测方法，其特征在于：检测时爬波探头前沿紧贴焊缝焊趾，探头前沿与焊缝中心线距离为W/2，W为对接焊缝焊道宽度。


3....

【专利技术属性】
技术研发人员：李经明，李建奎，刘芳，于冰，蔡桂喜，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21