專利名稱：：一種風(fēng)洞洞體結(jié)構(gòu)對接焊縫超聲波檢測的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及航天系統(tǒng)試驗用風(fēng)洞洞體結(jié)構(gòu)對接焊縫缺陷檢測，屬于超聲波檢測領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：目前，國內(nèi)外對于鋼全熔化焊對接焊縫內(nèi)部缺陷的檢測主要采用射線和超聲波檢測技術(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內(nèi)部缺陷，但是由于結(jié)構(gòu)的影響，無法實現(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)境的限制無法進(jìn)行射線檢測。針對風(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技術(shù)，但是此類結(jié)構(gòu)如圖1所示，可檢測面少而小，且沒有類似結(jié)構(gòu)的檢測工藝可供參考，采用超聲波檢測技術(shù)檢測其內(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，移動聲束使之偏離缺陷邊緣，直至回波高降低6dB，再根據(jù)探頭入射點位置、聲束角度、聲程長度來測定缺陷自身高度；②端點衍射波法通過缺陷兩端點衍射回波之間的延遲時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，根據(jù)入射點的位置、聲程、折射角測定缺陷自身高度。鋼全熔化焊對接接頭焊接缺陷主要有氣孔、夾渣(點狀、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，其回波高度基本相同。前后、左右掃查時，其回波動態(tài)波形其本相同，一個最高點，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，其回波顯示體積缺陷的回波特征；左右掃查時，有兩個或多個高點，如圖5所示有明顯的指示長度。轉(zhuǎn)動和環(huán)繞掃查時，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，回波的動態(tài)波形類似于線性缺陷或體積性缺陷。對表面光滑的缺陷作轉(zhuǎn)動和環(huán)繞掃查時，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。對表面粗糙的缺陷作轉(zhuǎn)動掃查時，顯示動態(tài)波形的波幅交錯變化如圖7所示，類似于體積狀缺陷；而作環(huán)繞掃查時，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、夾渣等較多或同時存在)左右掃查時，回波的波形如圖9所示，掃查時形成的包絡(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)對接縫焊縫缺陷的超聲波檢測方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種風(fēng)洞洞體結(jié)構(gòu)對接縫焊縫超聲波檢測的方法，其特征在于通過下列步驟實現(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)超聲波檢測儀；(2)根據(jù)實際需要檢測的T型焊接接頭的厚度和可檢測面，選擇探頭和4企測工藝；(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、評定線和判廢線；(4)利用步驟(2)選擇的探頭和檢測工藝，采用端點衍射波法對風(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；(5)用6dB法和端部最大回波法對步驟(4)檢測的風(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)行驗證；(6)將步驟(4)和(5)得出的端點反射波、端部最大回波及端點衍射回波與理論波形圖對比，結(jié)合步驟(3)確定的定量線、評定線和判廢線對風(fēng)洞洞體結(jié)構(gòu)對接焊縫內(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,檢測時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°,檢測時單晶斜探頭需在焊縫兩側(cè)作垂直于焊縫的鋸齒形掃查，每次移動的間距不大于晶片直徑，在移動過程中作10。~15°轉(zhuǎn)動。所述的單晶斜探頭，當(dāng)探測厚度15-20mm,單晶斜探頭角度為60。~72°,K值為K2.0-K3.0,探測厚度在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、評定線和判廢線的確定單晶斜探頭，超聲波測試儀測量測試儀自帶的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為評定線；單晶直纟笨頭，評定線為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)明確定的測量風(fēng)洞前室環(huán)形連接法蘭全熔化焊T型焊接接頭時的工藝，能實現(xiàn)對風(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)超聲波檢測儀，使超聲波檢測儀在實際側(cè)試能更準(zhǔn)確的反映對接縫焊縫的真實情況；(3)本發(fā)明檢測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為移動探頭時體積性缺陷形成的理論動態(tài)波形圖5為左右移動探頭時線性缺陷形成的理論動態(tài)波形圖6為轉(zhuǎn)動和環(huán)繞掃查時線性缺陷形成的理論動態(tài)波形圖7為焊縫平面狀缺陷理論回波特征圖8為移動探頭時平面狀缺陷形成的理論動態(tài)波形圖9為密集性缺陷理論回波特征圖10為移動探頭時密集性缺陷形成的理論動態(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型焊接接頭檢測面示意圖12為本發(fā)明工藝流程圖13為實際檢測體積性缺陷波形；圖14為實際檢測體積性缺陷動態(tài)波形圖15為實際檢測線性缺陷波形；圖16為實際檢測線性缺陷動態(tài)波形圖17為實際檢測密集性缺陷波形；圖18為實際檢測移動探頭時密集性缺陷動態(tài)波形圖；圖19為實際檢測面積缺陷波形；圖20為實際檢測移動探頭時面積缺陷動態(tài)波形圖。具體實施例方式超聲波檢測時，焊縫兩側(cè)探頭移動區(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)符合檢測要求，一^殳應(yīng)為Ra《6.3jam。選用A型脈沖反射式超聲波檢測儀，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。人工試樣模擬實際接頭的結(jié)構(gòu)，對人工試樣的#企測可以還原對實際風(fēng)洞焊接接頭的檢測，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)實際需要檢測的T型焊接接頭的厚度和可檢測面選擇合適的探頭和檢測工藝，確定定量線、評定線和判廢線。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,檢測時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)符合探測厚度在15mm20mm，選擇探頭角度為60°~72°(K2.0K3.0);探測厚度在2030mm,選擇探頭角度為68°~56°(K2.5-K1.5),K為探頭參數(shù)。斜探頭檢測時，探頭需在焊縫兩側(cè)作垂直于焊縫的鋸齒形掃查，每次移動的間距不大于晶片直徑，同時在移動過^f呈中作10°~15°轉(zhuǎn)動。采用斜探頭探測時，距離-波幅曲線靈敏度應(yīng)以表1確定；采用直探頭探測時，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;險測過程中出現(xiàn)的曲線高于判定線時，提示檢測人員注意，此處有可能存在缺陷，檢測時要不斷改變探頭方向掃查，如檢測的曲線未超出定量線，表示焊縫合格；定量線確定檢測曲線當(dāng)量的大小，若檢測曲線超過定量線而未超過判廢線，就要沿焊縫方向檢測缺陷的長度，缺陷的長度超出規(guī)定值，判定焊縫超標(biāo)不合格；若檢測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)行檢測時，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)為超聲波測試儀屏幕的80%,記錄下此時增益的數(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缺陷的長度，缺陷的長度超出規(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型焊接接頭的檢測在選擇檢測面和探頭時應(yīng)考慮到檢測各類缺陷的可能性，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、采用端點衍射波法對風(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；測量時，先找到缺陷回波，然后移動探頭，使聲束中心掃查到缺陷的上端點反射回波或下端點反射回波。前后移動〗笨頭，此時在示波屏上可觀察到緊鄰上端點反射波之前或下端點反射波之后出現(xiàn)的上端點衍射波(儀器顯示深度為H1)或下端點衍射波(儀器顯示深度為H2)。上端點衍射波和下端點衍射波之間的距離△H=H2-H1就是缺陷的自身高度。4、4企測實例1)用K2頻率為2.5MHz的斜探頭從檢測面1探測厚度為30mm的工件，如圖11位置2。采用前后、左右掃查時，其回波波形如圖13所示，掃查時形成的包絡(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:探頭從檢測面2探測厚度為30mm的工件，如圖11位置3。采用前后、左右掃查時，其回波波形如圖15所示，掃查時形成的包絡(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的斜探頭從檢測面2探測厚度為30mm的工件，如圖11位置2。采用前后、左右掃查時，其回波波形如圖17所示，掃查時形成的包絡(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的直探頭從檢測面1探測厚度為30mm的工件，如圖11位置1。采用左右掃查時，其回波波形如圖19所示，掃査時形成的包絡(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。權(quán)利要求1、一種風(fēng)洞洞體結(jié)構(gòu)對接焊縫超聲波檢測的方法，其特征在于通過下列步驟實現(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)超聲波檢測儀；(2)根據(jù)實際需要檢測的T型焊接接頭的厚度和可檢測面，選擇探頭和檢測工藝；(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、評定線和判廢線；(4)利用步驟(2)選擇的探頭和檢測工藝，采用端點衍射波法對風(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；(5)用6dB法和端部最大回波法對步驟(4)檢測的風(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)行驗證；(6)將步驟(4)和(5)得出的端點反射波、端部最大回波及端點衍射回波與理論波形圖對比，結(jié)合步驟(3)確定的定量線、評定線和判廢線對風(fēng)洞洞體結(jié)構(gòu)對接焊縫內(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)對接縫焊縫超聲波檢測的方法，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)對接縫焊縫超聲波檢測的方法，其特征在于所述的單晶直探頭頻率晶片直徑不大于14mm,檢測時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)對接縫焊縫超聲波檢測的方法，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測時單晶斜探頭需在焊縫兩側(cè)作垂直于焊縫的鋸齒形掃查，每次移動的間距不大于晶片直徑，在移動過程中作10。~15°轉(zhuǎn)動。5、根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的風(fēng)洞洞體結(jié)構(gòu)對接縫焊縫超聲波檢測的方法，其特征在于所述的單晶斜探頭，當(dāng)探測厚度1520mm，單晶斜探頭角度為60°~72°,K值為K2.0K3.0，探測厚度在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)對接縫焊縫超聲波檢測的方法，其特征在于所述步驟(3)中定量線、評定線和判廢線的確定單晶斜探頭，超聲波測試儀測量測試儀自帶的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為評定線；單晶直探頭，評定線為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)對接縫焊縫超聲波^r測的方法，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)對接焊縫超聲波檢測的方法，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)計人工試樣，校準(zhǔn)超聲波檢測儀；選擇合適的探頭和檢測工藝；用端點衍射波法進(jìn)行檢測，用6dB法和端部最大回波法驗證；分析驗證的端點反射波、端部最大回波及辨認(rèn)衍射回波，對對接焊縫內(nèi)部缺陷定性、定量分析。本發(fā)明實現(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G01N29/04GK101441198SQ200810227579公開日2009年5月27日申請日期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,苑鴻志申請人:中國航天空氣動力技術(shù)研究院