[實用新型]基于超聲Lamb波的對接焊縫無損檢測系統

有效

• 申請號: 201320317190.0
• 申請日: 2013-06-03
• 公開（公告）號: CN203376292U
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 吳斌;崔辰悅;張也弛;何存富;李楊;鄭陽
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01N29/07
• 分類號: G01N29/07
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術領域

本實用新型屬于超聲導波無損檢測領域，具體涉及一種基于超聲Lamb波的對接焊縫無損檢測系統。

背景技術

隨著現代工業技術的高速發展，作為機械制造重要手段之一的焊接技術，已被廣泛應用于制造業的各個部門，例如機械工業、核工業及航天航空等領域。特別指出，焊接在承壓類特種設備的制造和使用中占有非常重要的地位，例如，在壓力容器的制造中，焊接的工作量占整個工作量的30%以上，其中，對接焊縫是壓力容器底板中幅板的主要組成部分。作為重要聯接部位，對接焊縫的質量好壞對承壓類特種設備產品的使用安全可靠性有直接影響。對接焊縫機械性能的改變會降低設備的承載能力，有可能造成重大的人員傷亡事故和巨大的經濟損失。

在無損檢測領域，主要利用漏磁檢測、渦流檢測、射線檢測、聲發射檢測和超聲檢測等方法檢測焊縫。漏磁和渦流檢測可直接觀察，利于判斷，但只容易檢測焊縫表面或近表面缺陷，無法檢測焊縫內部缺陷；射線檢測設備體積龐大，投資大，且對人體有害；聲發射檢測的背景噪聲大，信號難以區分；超聲檢測采用逐點掃描方式進行檢測，費時費力。

超聲Lamb波是在薄板中傳播的超聲導波，具有以下優點：超聲Lamb波的接收信號中包含了整個檢測范圍的信息；沿傳播方向衰減小，可進行長距離檢測；無輻射，且對人體無害。國內外已有學者運用超聲Lamb波檢測對接焊縫中的缺陷，但目前大多數學者是利用超聲Lamb波垂直焊縫入射后的反射特性、折射特性及衰減特性等對焊縫上的缺陷進行檢測，這些方法由于Lamb波穿越焊縫后致使衰減嚴重而難以接收到檢測信號，檢測距離較短，檢測能量較低。

實用新型內容

本實用新型克服了檢測距離短的難題，提出一種基于超聲Lamb波的對接焊縫無損檢測方法。本方法在焊縫端部激勵產生的焊縫導波模態能量高，衰減慢，可以解決長距離檢測問題。

本實用新型提出的基于超聲Lamb波的對接焊縫無損檢測方法，其基本原理在于：

結合對接焊縫的結構特征和材料屬性，利用有限元仿真軟件ABAQUS創建仿真幾何模型，如圖2所示。力載荷加載在焊縫端部，載荷強度隨時間的變化規律設定為經漢寧窗調制的正弦波信號。設定輸出節點集為垂直于焊縫的直線，輸出變量為位移。模型參數如下表：

提取有限元仿真結果，進入云圖顯示模塊觀察不同時刻位移場分布情況，如圖3所示。超聲導波在沿焊縫傳播的過程中產生了S0模態，A0模態，泄漏的A0模態，SHO模態和焊縫導波模態，其中焊縫導波模態比S0模態傳播的速度稍慢但能量高于S0模態，衰減慢，傳播距離遠，故該模態非常適于焊縫的檢測；提取垂直于焊縫的直線上接收點的幅值，得到有焊縫和無焊縫時的幅值變化圖，如圖4所示，由于焊縫區域比兩邊母材厚，使得聲波在焊縫中的傳播速度比母材慢，因此能量主要集中在焊縫及焊縫附近區域。超聲導波模態在沿焊縫傳播的過程中能量高，衰減慢，非常適于對焊縫及其附近缺陷進行檢測。

提取有限元仿真結果，改變對接焊縫的余高、焊縫寬度和楊氏模量，得出該方法的最佳適用范圍。

i）焊縫余高不同時：

①繪制距激勵源200mm且垂直于焊縫的B-B線上的接收點幅值分別隨焊縫余高變化圖，如圖5所示；

②根據①中的幅值變化曲線，繪制焊縫余高不同時，焊縫上距激勵源200mm處點的幅值變化圖，如圖6所示。由圖可知，對接焊縫余高越大，導波幅值越大，運用超聲Lamb波進行檢測時對信號的分析識別越有效，檢測效果越好；

③繪制C-C線上的接收點幅值分別隨焊縫余高變化圖，如圖7所示，箭頭表示焊縫余高由0-3mm增加的方向，間隔為0.5mm。由圖可知，隨傳播距離的增大，導波能量發生不同程度的衰減；

④根據③中的幅值變化曲線，繪制焊縫余高不同時，C-C線上接收點的衰減率，如圖8所示。隨對接焊縫余高的增加，衰減率不斷增長。當焊縫余高超過2.3mm時，其衰減比無焊縫鋼板快，不適合利用導波進行檢測。因此，焊縫余高值在2.3mm以內時，易于利用Lamb波進行檢測；

ii）焊縫寬度不同時：

①繪制B-B線上的接收點幅值分別隨焊縫寬度變化圖，如圖9所示；

②根據①中的幅值變化曲線，繪制焊縫寬度不同時，焊縫上距激勵源200mm處點的幅值變化圖，如圖10所示。由圖可知，對接焊縫寬度越大，導波幅值越大，運用超聲Lamb波進行檢測時對信號的分析識別越有效，檢測效果越好；