基于水浸超声相控阵的电子束焊缝熔深检测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于水浸超声相控阵的电子束焊缝熔深检测方法及装置，能够设计水浸检测方案，采用水浸超声相控阵探头进行检测，实现了喷注器电子束焊缝熔深的精确定量。本发明专利技术的技术方案包括如下步骤：对电子束焊接工件进行水浸超声相控阵探头线性扫描检测，其中针对焊缝的未熔透区域进行B扫描，B扫描是对与超声入射方向平行的截面的扫描，获得B扫图像。通过B扫图像调取未熔透尖端衍射回波和未熔透根部端角反射回波。电子束焊接工件的焊缝熔深D为：D＝T

【技术实现步骤摘要】
基于水浸超声相控阵的电子束焊缝熔深检测方法及装置


[0001]本专利技术涉及测控
，具体涉及一种基于水浸超声相控阵的电子束焊缝熔深检测方法及装置。

技术介绍

[0002]焊缝熔深是衡量焊缝质量的一项重要指标，是焊接构件承载能力的一个决定性因素。其定义是焊缝金属从焊缝表面向接头内延伸的距离，不包括焊缝余高。如果焊缝熔深达不到要求，会使焊缝强度降低，在高温或高压的恶劣工况下长期使用，容易造成焊缝腐蚀及开裂，导致接头失效，引发安全事故。喷注器是液体火箭发动机的关键部件，由喷注器盘和若干喷注环通过电子束焊焊接而成，其焊缝熔深的合格性对喷注器自身及发动机整体的安全性能起决定性作用。若其焊缝熔深达不到合格性要求，会导致焊缝承载截面面积减小、强度将低，在工作时可能造成氧化剂或燃料从焊接接头处泄漏，影响推进剂混合比，降低推力室比冲，影响发动机效率，同时造成安全隐患。
[0003]液体火箭发动机喷注器截面结构复杂，上下两侧均存在凹槽，采用常规超声探头进行检测，检测灵敏度较低，分辨力不足，无法直接获取表征焊缝熔深信息的信号，进而实现定量；其厚度较小，检测区域位于近表面0.5mm～3.2mm之间，采用TOFD方法存在表面盲区问题，对于焊接区域位于盲区范围内(近表面5mm内)的构件，无法实现焊缝熔深的定量；其焊缝分布密集，检测面尺寸有限，由于超声相控阵探头大多尺寸较大，采用有机玻璃斜楔夹持探头进行接触式检测无法避开表面凹槽，进而造成耦合不良，无法完成检测。
[0004]因此目前亟需一种针对电子束焊缝熔深的精确检测方法。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种基于水浸超声相控阵的电子束焊缝熔深检测方法及装置，能够设计水浸检测方案，采用水浸超声相控阵探头进行检测，实现了喷注器电子束焊缝熔深的精确定量。
[0006]为达到上述目的，本专利技术的技术方案包括如下步骤：
[0007]步骤1：对电子束焊接工件进行水浸超声相控阵探头线性扫描检测，其中针对焊缝的未熔透区域进行B扫描，B扫描是对与超声入射方向平行的截面的扫描，获得B扫图像。
[0008]步骤2：通过B扫图像调取未熔透尖端衍射回波和未熔透根部端角反射回波。
[0009]步骤3：电子束焊接工件的焊缝熔深D为：
[0010]D＝T
‑
H＝T
‑
C
T
·
cosθ
·
(t2‑
t1)/2
[0011]式中：T为电子束焊接工件的厚度，H为焊缝未熔透高度，C
T
为电子束焊接工件中的横波声速，t1为未熔透尖端衍射回波时间，t2为未熔透根部端角反射回波时间。
[0012]进一步地，本专利技术还提供了基于水浸超声相控阵的电子束焊缝熔深检测装置，包括阵探伤仪、水浸相控阵探头、水楔块、水槽和被检件；被检件为电子束焊接工件；采用该装置实现基于水浸超声相控阵的电子束焊缝熔深检测方法。
[0013]水槽中装有水。
[0014]水浸相控阵探头的探头线末端通过标准化接口与探伤仪连接；水浸相控阵探头通过螺钉装夹于水楔块的楔形面上。
[0015]水楔块底面固定在被检件上表面，且水楔块底面与被检件上表面完全接触。
[0016]水浸相控阵探头、水楔块和被检件均浸没于水槽中的水面之下。
[0017]探伤仪通过探头线将电信号传递给水浸相控阵探头，电信号激励水浸相控阵探头发射超声波，以水楔块中的水介质作为耦合剂，将超声波入射至被检件内部，遇到异质界面发生衍射和反射，从而使一部分超声波返回探头被接收，转换成电信号后通过探头线传递给探伤仪，探伤仪内置成像算法生成B扫图像。
[0018]进一步地，水浸相控阵探头为一维线阵，参数如下：工作频率为10MHz、阵元数量为64。
[0019]进一步地，水楔块选取为专用水楔块SFSW
‑
N45S
‑
WHC，钢中折射角为45
°
。
[0020]有益效果：
[0021]1、本专利技术提供了一种基于水浸超声相控阵的电子束焊缝熔深定量检测方法。针对复杂结构电子束焊缝，采用超声相控阵线性扫描方式对焊缝的未熔透区域进行B扫描，由B扫图像获取熔深信息，结合A扫信号可对熔深进行准确测量，采用水楔块实现水耦合检测，克服了电子束焊接构件复杂外形结构引起的有限检测面难题，采用高频相控阵探头，达到了优于0.15mm的熔深定量检测精度。
[0022]2、本专利技术另外一个实施例还提供了一种基于水浸超声相控阵的电子束焊缝熔深检测装置，包括阵探伤仪、水浸相控阵探头、水楔块、水槽和被检件；被检件为电子束焊接工件；采用该装置实现上述基于水浸超声相控阵的电子束焊缝熔深检测方法；采用水楔块夹持高频相控阵探头进行检测，实现了喷注器电子束焊缝熔深的精确定量，定量精度优于0.15mm。
附图说明
[0023]图1为实施例1提供的一种基于水浸超声相控阵的电子束焊缝熔深定量检测方法流程图；
[0024]图2为喷注器电子束焊缝熔深超声相控阵线性扫描检测原理图；
[0025]图3为实施例2提供的一种基于水浸超声相控阵的电子束焊缝熔深定量检测装置组成图；
[0026]图4为为焊缝熔深检测B扫图像特征回波获取(8#焊缝)。
具体实施方式
[0027]下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。
[0028]实施例1：
[0029]本专利技术提供了一种基于水浸超声相控阵的电子束焊缝熔深定量检测方法，如图1所示，包括如下步骤：
[0030]步骤1：对电子束焊接工件进行水浸超声相控阵线性扫描检测，其中针对焊缝的未熔透区域进行B扫描，B扫描是对与超声入射方向平行的截面的扫描，获得B扫图像。
[0031]步骤2：通过B扫图像调取未熔透尖端衍射回波和未熔透根部端角反射回波。
[0032]步骤3：电子束焊接工件的焊缝熔深D为：
[0033]D＝T
‑
H＝T
‑
C
T
·
cosθ
·
(t2‑
t1)/2
[0034]式中：T为电子束焊接工件的厚度，H为焊缝未熔透高度，C
T
为电子束焊接工件中的横波声速，t1为未熔透尖端衍射回波时间，t2为未熔透根部端角反射回波时间。
[0035]常规超声探头检测灵敏度较低，分辨力不足，很难采集到可分辨的焊缝未熔透尖端回波信号，进而定量熔深。为了有效增强尖端衍射回波，需要采用具有更好声束可达性和更高分辨力的超声相控阵技术。
[0036]本实施例提供的一种基于水浸超声相控阵的电子束焊缝熔深定量检测方法。针对喷注器电子束焊缝熔深的检测需求，分析其定量检测原理，为了有效获取用于定量的特征信号，确定采用超声相控阵线性扫描的检测方法，为了克服喷注器检测面尺寸有限且存在凹槽的检测难题，基于上述检测方法，设计水浸检测方案，采用水楔块夹持高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于水浸超声相控阵的电子束焊缝熔深检测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：对电子束焊接工件进行水浸超声相控阵探头线性扫描检测，其中针对焊缝的未熔透区域进行B扫描，所述B扫描是对与超声入射方向平行的截面的扫描，获得B扫图像；步骤2：通过所述B扫图像调取未熔透尖端衍射回波和未熔透根部端角反射回波；步骤3：电子束焊接工件的焊缝熔深D为：D＝T
‑
H＝T
‑
C
T
·
cosθ
·
(t2‑
t1)/2式中：T为电子束焊接工件的厚度，H为焊缝未熔透高度，C
T
为电子束焊接工件中的横波声速，t1为未熔透尖端衍射回波时间，t2为未熔透根部端角反射回波时间。2.基于水浸超声相控阵的电子束焊缝熔深检测装置，其特征在于，包括阵探伤仪、水浸相控阵探头、水楔块、水槽和被检件；所述被检件为电子束焊接工件；采用该装置实现如权利要求1所述的基于水浸超声相控阵的电子束焊缝熔深检测方法；所述水槽中装有水；...

【专利技术属性】
技术研发人员：周世圆，郑翀，杜佩承，曹宇欣，唐赛明，程宇涵，郝娟，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：