專利名稱：一種tky管節(jié)點(diǎn)焊縫相控陣超聲束覆蓋方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種TKY管節(jié)點(diǎn)焊縫相控陣超聲束覆蓋方法，屬無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在承受各種載荷的鋼結(jié)構(gòu)中，將支管的一端焊接在主管上(支管管徑小于或等于主管管徑)，為保證焊接質(zhì)量，在支管一端開(kāi)坡口，這種結(jié)構(gòu)形式稱為管節(jié)點(diǎn)焊縫。如果主管、支管間夾角θ <90°，稱Y節(jié)點(diǎn)焊縫。主支管夾角θ =90°，稱T節(jié)點(diǎn)焊縫。在主裝工藝線上(外徑軸向)按設(shè)計(jì)的距離，焊接兩個(gè)相對(duì)稱的支管，形成對(duì)稱于工藝線的兩個(gè)Y型節(jié)點(diǎn)焊縫，稱為K節(jié)點(diǎn)焊縫。管管Τ、K、Y型焊縫，是極易產(chǎn)生危害性缺陷的焊縫，常常危及工程質(zhì)量安全。射線由于透射能量太小，無(wú)法檢測(cè)此類焊縫，這種節(jié)點(diǎn)焊縫內(nèi)部缺陷的檢測(cè)只能采用超聲波檢測(cè)，且難度大。目前國(guó)內(nèi)主要采用傳統(tǒng)的手工超聲波掃查方法進(jìn)行檢驗(yàn)，在檢測(cè)的過(guò)程中，主要存在以下問(wèn)題。TKY型管節(jié)點(diǎn)隨焊縫位置的改變，焊縫剖面形狀不斷變化。焊縫剖面與主支管內(nèi)外壁相交得到四條相交的空間曲線，分別是平面與支管外壁和內(nèi)壁的相交曲線，平面與支管外壁和內(nèi)壁的相交曲線，其曲線形狀均為橢圓。采用傳統(tǒng)橫波檢測(cè)由于探頭與工件接觸面橢圓曲率不斷變化，導(dǎo)致掃查不便，很難實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷評(píng)定，從而帶來(lái)復(fù)雜不準(zhǔn)確的定位方法，這對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量影響頗為嚴(yán)重。常規(guī)超聲探頭由于入射角度單一，超聲波掃查不到的焊接接頭區(qū)域存在掃查盲區(qū)即“死區(qū)”。常規(guī)超聲檢測(cè)技術(shù)在管節(jié)點(diǎn)焊縫運(yùn)用中存在較大的盲區(qū)，且隨著焊縫位置變化， 盲區(qū)大小同樣也隨之改變，對(duì)于一般探傷人員很難估計(jì)超聲檢測(cè)時(shí)管節(jié)點(diǎn)盲區(qū)的大小。對(duì)于管節(jié)點(diǎn)不論用何種折射角度的斜探頭，均會(huì)出現(xiàn)盲區(qū)，其范圍與焊縫剖面兩面角有關(guān)，其規(guī)律為當(dāng)二面角小于90度時(shí)，折射角增加時(shí)，焊縫根部盲區(qū)變小，焊縫上部盲區(qū)變大；當(dāng)二面角小于90度時(shí)，折射角增加，焊縫根部盲區(qū)變大，焊縫上部盲區(qū)變小。TKY管節(jié)點(diǎn)由于幾何形狀的特殊性，傳統(tǒng)的單探頭超聲檢測(cè)非常困難，無(wú)法控制聲束方向，故需要不斷移動(dòng)探頭位置從各個(gè)方向掃查，而這又往往受到限制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)；為滿足聲束能夠覆蓋整個(gè)焊縫檢測(cè)區(qū)域的要求，又必須頻繁更換不同角度的探頭。因此有必要通過(guò)采取一些技術(shù)方法解決頻繁移動(dòng)探頭、盲區(qū)得不到改善等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種能夠?qū)KY管節(jié)點(diǎn)焊接接頭進(jìn)行相控陣聲束覆蓋的方法。本發(fā)明所述的TKY管節(jié)點(diǎn)焊縫相控陣聲束覆蓋方法，其操作步驟如下
1.按管節(jié)點(diǎn)焊縫實(shí)物尺寸獲取管節(jié)點(diǎn)特定位置處的剖面圖形；
2.在步驟1得到的剖面圖形中繪制焊縫接頭輪廓；
3.獲取相控陣探頭長(zhǎng)度、前沿長(zhǎng)度、高度、傾斜角度、陣元中心高度；
4.在步驟2得到的圖形支管外壁橢圓上選擇陣元主聲束入射點(diǎn)，并作該點(diǎn)的支管外壁橢圓切線；
5.以步驟4所確定的入射點(diǎn)為相控陣探頭輪廓與支管外壁橢圓接觸點(diǎn)，切線方向?yàn)橄嗫仃囂筋^長(zhǎng)度方向，繪制相控陣探頭輪廓，繪出陣元位置；
6.選擇聲束繪制方式，繪制聲束線，使焊接接頭聲束線覆蓋效果最好。本發(fā)明所述步驟1中，獲取管節(jié)點(diǎn)特定位置處的剖面圖形方法如下
在管節(jié)點(diǎn)相貫線上確定一點(diǎn)，過(guò)該點(diǎn)做管節(jié)點(diǎn)相貫線法面，該法面與主支管內(nèi)外壁相交得到的交面圖形即為該點(diǎn)處的管節(jié)點(diǎn)剖面圖形。本發(fā)明所述步驟2中，繪制焊縫接頭輪廓方法如下
a在步驟1所得到的法面與支管內(nèi)壁交線上任意選擇一點(diǎn)P。過(guò)P點(diǎn)作主管外壁橢圓垂線，交主管外壁橢圓于Q點(diǎn)。量取線段PQ距離，判斷PQ距離與焊縫預(yù)留間隙距離大小。 采用二分查找法在支管內(nèi)壁橢圓上改變P點(diǎn)位置，直到直線PQ距離與焊縫預(yù)留間隙距離小于預(yù)設(shè)值結(jié)束；
b根據(jù)焊縫設(shè)計(jì)的坡口角度大小，過(guò)步驟a中確定的P點(diǎn)繪制直線，該直線與支管外壁橢圓的交點(diǎn)為R ；
c以步驟b中確定的R點(diǎn)為圓心，作半徑等于焊縫寬度的圓，交主管外壁橢圓的點(diǎn)為S。d繪制直線連接P點(diǎn)和Q點(diǎn)，繪制直線連接P點(diǎn)和R點(diǎn)，繪制波浪線連接S點(diǎn)和R 點(diǎn)，即完成焊接接頭輪廓繪制。本發(fā)明所述步驟4中，陣元主聲束入射點(diǎn)為過(guò)陣元中心點(diǎn)垂直于陣元長(zhǎng)度方向的直線與相控陣探頭底面輪廓所交的點(diǎn)。本發(fā)明所述步驟6中，聲束線繪制方式分為線掃方式和扇掃方式兩種。聲束線選擇在線掃方式繪制時(shí)，聲束線以陣元長(zhǎng)度所在位置為起點(diǎn)，根據(jù)所偏轉(zhuǎn)角度的沿同一入射工件角度繪制，其角度依據(jù)下式確定
權(quán)利要求
1. 一種TKY管節(jié)點(diǎn)焊縫相控陣超聲束覆蓋方法，其特征在于其操作步驟如下1.1按管節(jié)點(diǎn)焊縫實(shí)物尺寸獲取管節(jié)點(diǎn)特定位置處的剖面圖形；2在步驟1. 1得到的剖面圖形中繪制焊縫接頭輪廓；1. 3獲取相控陣探頭長(zhǎng)度、前沿長(zhǎng)度、高度、傾斜角度、陣元中心高度；1.4在步驟1. 2得到的圖形支管外壁橢圓上選擇陣元主聲束入射點(diǎn)，并作該點(diǎn)的支管外壁橢圓切線；1.5以步驟1. 4所確定的入射點(diǎn)為相控陣探頭輪廓與支管外壁橢圓接觸點(diǎn)，切線方向?yàn)橄嗫仃囂筋^長(zhǎng)度方向，繪制相控陣探頭輪廓，繪出陣元位置；6選擇聲束繪制方式，繪制聲束線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TKY管節(jié)點(diǎn)焊縫相控陣超聲束覆蓋方法，其特征在于獲取管節(jié)點(diǎn)特定位置處的剖面圖形方法如下在管節(jié)點(diǎn)相貫線上確定一點(diǎn)，過(guò)該點(diǎn)做管節(jié)點(diǎn)相貫線法面，該法面與主支管內(nèi)外壁相交得到的交面圖形即為該點(diǎn)處的管節(jié)點(diǎn)剖面圖形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TKY管節(jié)點(diǎn)焊縫相控陣超聲束覆蓋方法，其特征在于繪制焊縫接頭輪廓方法如下a.在步驟1.1所得到的法面與支管內(nèi)壁交線上任意選擇一點(diǎn)(P)，過(guò)(P)點(diǎn)作主管外壁橢圓垂線，交主管外壁橢圓于(Q)點(diǎn)；量取線段(PQ)距離，判斷(PQ)距離與焊縫預(yù)留間隙距離大??；采用二分查找法在支管內(nèi)壁橢圓上改變(P)點(diǎn)位置，直到直線(PQ)距離與焊縫預(yù)留間隙距離小于預(yù)設(shè)值結(jié)束；b.根據(jù)焊縫設(shè)計(jì)的坡口角度大小，過(guò)步驟a中確定的(P)點(diǎn)繪制直線，該直線與支管外壁橢圓的交點(diǎn)為(R)；c.以步驟b中確定的(R)點(diǎn)為圓心，作半徑等于焊縫寬度的圓，交主管外壁橢圓的點(diǎn)為(S)；d.繪制直線連接(P)點(diǎn)和(Q)點(diǎn)，繪制直線連接(P)點(diǎn)和(R)點(diǎn)，繪制波浪線連接(S) 點(diǎn)和(R)點(diǎn)，即完成焊接接頭輪廓繪制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TKY管節(jié)點(diǎn)焊縫相控陣超聲束覆蓋方法，其特征在于所述陣元主聲束入射點(diǎn)為過(guò)陣元中心點(diǎn)垂直于陣元長(zhǎng)度方向的直線與相控陣探頭底面輪廓所交的點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的TKY管節(jié)點(diǎn)焊縫相控陣超聲束覆蓋方法，其特征在于聲束線繪制方式為線掃時(shí)，聲束線以陣元長(zhǎng)度所在位置為起點(diǎn)，根據(jù)偏轉(zhuǎn)角度在同一入射工件角度繪制，所述聲束線繪制，按下式計(jì)算入射工件的角度
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的TKY管節(jié)點(diǎn)焊縫相控陣超聲束覆蓋方法，其特征在于所述聲束線繪制方式為扇掃時(shí)，聲束線根據(jù)偏轉(zhuǎn)角度的需要在不同角度繪制，起點(diǎn)為陣元中心點(diǎn)，所述聲束線繪制，按下式計(jì)算入射工件的角度
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的TKY管節(jié)點(diǎn)焊縫相控陣超聲束覆蓋方法，其特征在于所述聲束線繪制，其聲束反射線方向與入射線方向關(guān)于在支管內(nèi)壁的反射點(diǎn)法線對(duì)稱。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的TKY管節(jié)點(diǎn)焊縫相控陣超聲束覆蓋方法，其特征在于所述預(yù)設(shè)值為I(T3-K)-1 mm。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種TKY管節(jié)點(diǎn)焊縫相控陣超聲束覆蓋方法，步驟如下按管節(jié)點(diǎn)焊縫實(shí)物尺寸獲取管節(jié)點(diǎn)特定位置處的剖面圖形；在所得剖面圖形中繪制焊縫接頭輪廓；獲取相控陣探頭長(zhǎng)度、前沿長(zhǎng)度、高度、傾斜角度、陣元中心高度；在得圖形支管外壁橢圓上選擇陣元主聲束入射點(diǎn)，并作該點(diǎn)的支管外壁橢圓切線；所確定的入射點(diǎn)為相控陣探頭輪廓與支管外壁橢圓接觸點(diǎn)，切線方向?yàn)橄嗫仃囂筋^長(zhǎng)度方向，繪制相控陣探頭輪廓，繪出陣元位置；選擇聲束繪制方式，繪制聲束線。本發(fā)明有助于TKY管節(jié)點(diǎn)焊縫超聲檢測(cè)盲區(qū)的評(píng)估，確定超聲波束在管節(jié)點(diǎn)焊接接頭覆蓋狀態(tài)，有效降低管節(jié)點(diǎn)檢測(cè)的漏檢或誤判概率，有助于TKY管節(jié)點(diǎn)焊縫相控陣超聲檢測(cè)的工藝設(shè)計(jì)和缺陷評(píng)定。
文檔編號(hào)G01N29/265GK102288681SQ20111012102
公開(kāi)日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月11日
發(fā)明者劉勛豐, 程俊, 陸銘慧 申請(qǐng)人:南昌航空大學(xué)