薄板搭接窄焊縫超聲快速無損檢測方法與裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于軌道車輛焊接領(lǐng)域，具體涉及一種城軌、鐵路客車薄板搭接激光焊縫快速無損檢測的方法與裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前開始使用激光焊對(duì)城軌車體進(jìn)行焊接，此類焊接焊縫的特點(diǎn)是焊縫熔合區(qū)特別細(xì)窄。在整個(gè)焊接過程中，由于此類焊接方法焊接參數(shù)異常波動(dòng)、工件裝配等因素很容易造成虛焊、未熔合、熔寬太窄或熔深太淺等缺陷，嚴(yán)重影響焊縫的質(zhì)量，可能造成重大的經(jīng)濟(jì)損失和安全事故。而對(duì)于薄板搭接窄焊縫，熔寬對(duì)接頭力學(xué)性能影響最大，因此對(duì)搭接窄焊縫檢測的一個(gè)主要問題就是需要對(duì)焊縫熔寬進(jìn)行檢測。對(duì)熔寬尺寸達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的焊縫可直接剔除；熔寬尺寸達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)且無其他缺陷的焊縫為合格，目前還沒有薄板搭接窄焊縫熔寬無損檢測技術(shù)。
[0003]發(fā)明專利內(nèi)容
[0004]針對(duì)以上的一個(gè)或多個(gè)問題，本發(fā)明提供一種薄板搭接激光窄焊縫超聲掃快速無損檢測方法與裝置，其能檢測搭接焊縫質(zhì)量，特別是能對(duì)窄焊縫熔寬進(jìn)行測量的無損檢測技術(shù)，具有操作簡便，成本低廉，適用性強(qiáng)等特點(diǎn)。使用該方法及裝置，能夠?qū)Ρ“宕罱蛹す夂缚p進(jìn)行快速超聲檢測，實(shí)現(xiàn)薄板搭接激光焊縫的質(zhì)量評(píng)價(jià)，提前發(fā)現(xiàn)焊縫中的缺陷，保證產(chǎn)品質(zhì)量。
[0005]本發(fā)明屬于產(chǎn)品自主研發(fā)技術(shù)。本發(fā)明的設(shè)計(jì)原理是:通過兩個(gè)探頭，左側(cè)探頭發(fā)射的超聲波經(jīng)發(fā)射、傳播、遇到焊縫左側(cè)壁返回、被左側(cè)探頭晶片接收的整個(gè)過程中，超聲波傳播的距離(即聲程)為SI ;同理右側(cè)聲程為S2。根據(jù)聲的傳播特性，探頭發(fā)射的聲波遇到最近的焊縫壁，然后反射回來被原探頭接收，此時(shí)聲波所傳播的距離S為探頭發(fā)射晶片距焊縫近壁距離的兩倍，即SI = 2(L1+L0)、S2 = 2(L2+L0)。根據(jù)以上數(shù)據(jù)可計(jì)算出焊縫寬度W = L+2L0-(Sl+S2)/2?根據(jù)此原理，發(fā)明本裝置，將焊縫寬度計(jì)算過程進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，在探頭掃查過程完成后即可迅速得到檢測結(jié)果。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0007]一種薄板搭接窄焊縫超聲快速無損檢測裝置，其特征在于，包括第一探頭、第二探頭、探傷儀、運(yùn)算裝置，具體地:
[0008]第一探頭設(shè)置在焊縫左側(cè)，第二探頭設(shè)置在焊縫右側(cè)，第一、第二探頭均兼具信號(hào)收發(fā)的功能，第一、第二探頭的聲軸軸線的連線垂直于焊縫；
[0009]運(yùn)算裝置與第一探頭、第二探頭、探傷儀連接；
[0010]探傷儀與第一探頭、第二探頭連接獲得聲程數(shù)據(jù)；
[0011]運(yùn)算裝置包括焊縫熔寬計(jì)算模塊、數(shù)據(jù)獲得模塊、輸出模塊、人機(jī)交互裝置，數(shù)據(jù)獲得模塊從探傷儀獲得聲程數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)獲得模塊連接人機(jī)交互裝置獲得第一、第二探頭之間的距離以及探頭的前沿長度；焊縫熔寬計(jì)算模塊連接數(shù)據(jù)獲得模塊、輸出模塊；數(shù)據(jù)獲得模塊、輸出模塊均連接人機(jī)交互裝置。
[0012]進(jìn)一步地，所述的數(shù)據(jù)獲得模塊包括兩探頭之間的距離獲得模塊、兩探頭聲程讀取模塊、探頭的前沿長度獲得模塊，所述的兩探頭之間的距離獲得模塊、兩探頭聲程讀取模塊、探頭的前沿長度獲得模塊均連接焊縫熔寬計(jì)算模塊。
[0013]進(jìn)一步地，所述的焊縫熔寬計(jì)算模塊根據(jù)以下關(guān)系式計(jì)算焊縫熔寬:焊縫熔寬W=L+2L0-(Sl+S2)/2，其中:兩探頭之間的距離為L ;焊縫熔寬為W ;左側(cè)探頭發(fā)射的超聲波從發(fā)射、傳播、遇到焊縫左側(cè)壁返回、被左側(cè)探頭晶片接收的整個(gè)過程中超聲波傳播的距離，即左側(cè)聲程SI ;同理右側(cè)聲程為S2 ;L0為探頭的前沿長度，即聲波在探頭范圍內(nèi)的傳播距離。
[0014]進(jìn)一步地，所述的第一探頭、第二探頭為斜探頭；所述的第一、第二探頭的型號(hào)相同。
[0015]進(jìn)一步地，所述的探傷儀為帶有B掃描功能的超聲探傷儀。
[0016]進(jìn)一步地，還設(shè)有滑動(dòng)裝置，滑動(dòng)裝置包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、導(dǎo)軌或滑道，滑動(dòng)裝置分別供第一探頭、第二探頭平行于焊縫的軸線方向滑動(dòng)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括位移控制器，第一探頭、第二探頭連接位移控制器，位移控制器驅(qū)動(dòng)兩探頭同步滑動(dòng)。
[0017]進(jìn)一步地，所述的運(yùn)算裝置還包括成像模塊，成像模塊連接示波器，顯示出沿焊縫方向的熔寬曲線。
[0018]一種薄板搭接窄焊縫超聲快速無損檢測裝置，其特征在于，采用兩個(gè)相同型號(hào)的斜探頭1、與探頭I連接的編碼器2、控制探頭I和編碼器2移動(dòng)的位移控制器3、帶有B掃描功能的超聲探傷儀4、數(shù)據(jù)處理及成像模塊5、導(dǎo)軌6 ;兩個(gè)同型號(hào)的斜探頭I置于導(dǎo)軌6上，斜探頭I兼具信號(hào)收發(fā)的功能，分別置于待檢焊縫的兩側(cè)，兩個(gè)斜探頭I聲軸軸線的連線垂直于焊縫；位移控制器3精確控制兩探頭I的間距以及兩探頭沿焊縫方向移動(dòng)；超聲探傷儀4用于激勵(lì)和接收探頭I的超聲信號(hào)，并顯示檢測波形，然后將檢測數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理及成像模塊5 ;數(shù)據(jù)處理及成像模塊5同時(shí)接收探傷儀4和位移控制器3的數(shù)據(jù)，計(jì)算出焊縫熔寬并顯示出沿焊縫方向的熔寬曲線。
[0019]進(jìn)一步地，所述的數(shù)據(jù)處理及成像模塊中設(shè)有數(shù)據(jù)處理模塊，數(shù)據(jù)處理模塊中計(jì)算焊縫熔寬所采用的關(guān)系式為:焊縫熔寬w = L+2L0-(Sl+S2)/2，其中:兩探頭之間的距離為L ;焊縫熔寬為W ;左側(cè)探頭發(fā)射的超聲波從發(fā)射、傳播、遇到焊縫左側(cè)壁返回、被左側(cè)探頭晶片接收的整個(gè)過程中超聲波傳播的距離，即左側(cè)聲程SI ;同理右側(cè)聲程為S2 ;L0為探頭的前沿長度，即聲波在探頭范圍內(nèi)的傳播距離；聲程S1、S2從探傷儀4中讀出。
[0020]一種薄板搭接窄焊縫超聲快速無損檢測方法，其特征在于，采用上述權(quán)利要求1至9任一所述的一種薄板搭接窄焊縫超聲快速無損檢測方法，包括以下步驟:
[0021]stepl:先將兩探頭I及導(dǎo)軌6放置在焊縫兩側(cè)，導(dǎo)軌平行于焊縫放置，兩探頭的發(fā)射軸線垂直于焊縫且兩軸線在同一直線上，調(diào)整探頭位置至合適的距離并固定；
[0022]St印2:檢測過程中探頭之間相對(duì)位置始終固定，位移控制器3控制探頭I整體沿焊縫移動(dòng)，即可檢測整條焊縫的寬度；探頭I收到的信號(hào)傳輸至探傷儀4，處理后的數(shù)據(jù)再傳至數(shù)據(jù)處理及成像模塊5 ;
[0023]Step3:數(shù)據(jù)處理及成像模塊中計(jì)算焊縫熔寬所采用的關(guān)系式為:焊縫熔寬W =L+2L0-(Sl+S2)/2，其中:兩探頭之間的距離為L ;焊縫熔寬為W ;左側(cè)探頭發(fā)射的超聲波從發(fā)射、傳播、遇到焊縫左側(cè)壁返回、被左側(cè)探頭晶片接收的整個(gè)過程中超聲波傳播的距離，即左側(cè)聲程SI ;同理右側(cè)聲程為S2 ;L0為探頭的前沿長度，即聲波在探頭范圍內(nèi)的傳播距離；聲程S1、S2從探傷儀4中讀出；
[0024]Step4:數(shù)據(jù)處理及成像模塊將結(jié)果發(fā)送到顯示裝置或示波器上，得到焊縫各處的熔寬并以熔寬曲線顯示。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明的薄板搭接窄焊縫超聲快速無損檢測裝置的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖；
[0026]圖2為本發(fā)明裝置的一個(gè)實(shí)施例檢測時(shí)探頭及導(dǎo)軌放置的俯視示意圖；
[0027]圖3為本發(fā)明裝置的一個(gè)實(shí)施例的探頭處聲波傳播示意圖；
[0028]圖4為本發(fā)明裝置的一個(gè)實(shí)施例的檢測原理示意圖；
[0029]圖5為本發(fā)明裝置的一個(gè)實(shí)施例的聲波傳播示意圖；
[0030]圖6為本發(fā)明裝置的示波器上的波形顯示圖；
[0031]圖7為本發(fā)明裝置的一個(gè)實(shí)施例的運(yùn)算裝置的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]現(xiàn)結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地說明:
[0033]本發(fā)明各部分的具體連接方式如圖1所示，兩個(gè)斜探頭在待檢工件上的放置方式如圖2所示。先將探頭I及導(dǎo)軌6放置在焊縫兩側(cè)，導(dǎo)軌平行于焊縫放置，兩探頭的發(fā)射軸線垂直于焊縫且兩軸線在同一直線上，調(diào)整探頭位置至合適的距離(約5?50mm)并固定。檢測過程中探頭之間相對(duì)位置始終固定，位移控制器3控制探頭I整體沿焊縫移動(dòng)，即可檢測整條焊縫的寬度。探頭I收到的信號(hào)傳輸至探傷儀4，處理后的數(shù)據(jù)再傳至數(shù)據(jù)處理及成像模塊5，最后可以得到焊縫各處的熔寬并以熔寬曲線顯示。
[0034]本發(fā)明檢測焊縫寬度的原理如下:
[0035]圖3是斜探頭正常檢測時(shí)超聲波的傳播路線。設(shè)兩斜探頭I的前沿長度均為L0，忽略聲波在探頭內(nèi)部的傳播，則LO即可代表聲波在探頭范圍內(nèi)的傳播距離。
[0036]圖4為檢測焊縫時(shí)的原理示意圖。左探頭前端距焊縫左側(cè)壁的距離為L1、右探頭前端距焊縫右側(cè)壁的距離為L2，探頭之間的距離為L。由圖4可知，若焊縫熔寬為W，則有W=L-(L1+L2)。左側(cè)探頭發(fā)射的超聲波從發(fā)射、傳播、遇到焊縫左側(cè)壁返回、被左側(cè)探頭晶片接收的整個(gè)過程中，超聲波傳播的距離(即聲程)為SI ;同理右側(cè)聲程為S2。聲程S1、S2可以從探傷儀4中讀出。根據(jù)聲的傳播特性和圖4可知，探頭發(fā)射的聲波遇到最近的焊縫壁，然后反射回來被原探頭接收，此時(shí)聲波所傳播的距離S為探頭發(fā)射晶片距焊縫近壁距離的兩倍，即SI = 2(L1+L0)、S2 = 2(L2+L0)o根據(jù)以上數(shù)據(jù)可計(jì)算出焊縫寬度W =L+2L0-(Sl+S2)/2o
[0037]根據(jù)以上原理，將焊縫寬度計(jì)算過程進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，在探頭掃查過程完成后即可迅速得到檢測結(jié)果。
[0038]本發(fā)明提供的薄板搭接窄焊縫熔寬無損檢測裝置原理簡單、操作簡便，投入較少的人力便可對(duì)現(xiàn)場搭接焊縫進(jìn)行快速、準(zhǔn)確地檢測。
[0039]優(yōu)選實(shí)施例1
[0040]一種薄板搭接窄焊縫超聲快速無損檢測裝置，是通過快速無損測量的方法檢測熔寬，該裝置主要包括兩個(gè)相同型號(hào)的斜探頭1、與探頭I連接的編碼器2、控制探頭I和編碼器2移動(dòng)的位移控制器3、帶有B掃描功能的超聲探傷儀4、數(shù)據(jù)處理及成像模塊5、導(dǎo)軌6。兩個(gè)同型號(hào)的斜探頭I置于導(dǎo)軌6上，探頭I兼具信號(hào)收發(fā)的功能，分別置于待檢焊縫的兩偵牝兩個(gè)斜探頭I聲軸軸線的連線垂直于焊縫。位移控制器3精確控制兩探頭I的間距以及兩探頭沿焊縫方向移動(dòng)。超聲探傷儀4用于激勵(lì)和接收探頭I的超聲信號(hào)，并顯示檢測波形，然后將檢測數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理及成像模塊5。數(shù)據(jù)處理及成像模塊5同時(shí)接收探傷儀4和位移控制器3的數(shù)據(jù)，計(jì)算出焊縫熔寬并顯示出沿焊縫方向的熔寬曲線。
[0041]運(yùn)算裝置包括焊縫熔寬計(jì)算模塊、數(shù)據(jù)獲得模塊、輸出模塊、人機(jī)交互裝置，數(shù)據(jù)獲得模塊從探傷儀獲得聲程數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)獲得模塊連接人機(jī)交互裝置獲得第一、第二探頭之間的距離以及探頭的前沿長度；焊縫熔寬計(jì)算模塊連接數(shù)據(jù)獲得模塊、輸出模塊；數(shù)據(jù)獲得模塊、輸出模塊均連接人機(jī)交互裝置。數(shù)據(jù)獲得模塊包括兩探頭之間的距離獲得