[發明專利]一種薄壁型材對接焊縫超聲爬波檢測方法

在審

• 申請號: 201910625452.1
• 申請日: 2019-07-11
• 公開（公告）號: CN112213385A
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發明（設計）人: 李經明;李建奎;劉芳;于冰;蔡桂喜
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N29/24;G01N29/30
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 張晨

本發明基于超聲爬波探傷原理，提供了一種用于薄壁型材對接焊縫中缺陷檢測的方法。根據型材結構，對爬波探頭的晶片尺寸、晶片角度及探頭前沿等進行優化設計，滿足薄壁型材檢測要求，具有較高的檢測靈敏度。根據型材焊接結構設計了專用對比試塊，在檢測前標定焊道自身干擾和型材結構干擾信號位置和幅度，排除非缺陷信號對檢測結果的干擾，進而得到焊縫內清晰的缺陷信號，能夠有效排除型材結構的干擾。

技術領域

本發明專利涉及薄壁型材對接焊縫構件中結構復雜型材焊縫的無損檢測領域，提供一種基于超聲爬波探傷原理，通過特殊制作爬波探頭、專用對比試塊及檢測工藝，用于鋁合金薄壁型材對接焊縫中缺陷檢測的方法。

背景技術

隨著我國高速鐵路事業的快速發展，車體輕量化已經成為提高列車速度的關鍵。密度小、塑性好、比強度高的鋁合金薄壁型材構件正被大量應用到高速列車中。列車車體的鋁合金焊接新方法成為近些年軌道交通制造領域研究的新熱點。高速列車車體鋁合金薄板焊接結構復雜，為帶墊板型材插接式，在單面采用激光-MIG復合焊焊接而成的對接焊縫結構，型材厚度較薄(一般為2～4mm)，帶有焊縫余高，焊縫與型材支撐結構距離較近，可供實施檢測操作的空間有限。常見缺陷多為近下表面的根部未焊透、內部氣孔和內部裂紋等，這些缺陷的存在減小焊縫的有效承壓面積，影響焊縫抗拉強度和疲勞強度，車體使用過程中存在著極大的安全隱患。采用先進的無損檢測方法或技術對鋁合金薄板激光焊縫進行高效、可靠、準確的檢測與評價是非常必要的。

超聲檢測方法具有設備簡單、檢測速度快、靈敏度高等優點，且對面積性缺陷具有較高的檢測靈敏度，因此已經形成了諸多檢測標準。其中，NB/T47013.3中和GB/T11345分別規定了厚度為6mm～25mm和板厚為 8mm～25mm的對接焊縫超聲檢測法，推薦采用橫波直射法和一次反射法，斜探頭的折射角范圍63°～72°(K值2.0～3.0)，推薦頻率是4～5MHz和1～5MHz。常規橫波檢測無法應用于薄板對接接頭的檢測。原因在于：(1)由于板厚薄，橫波的直射波和一次反射波的聲程太短，處于聲場近場區，信號發生混疊或處于檢測盲區中，結果分析難度極大。(2)由于焊縫余高影響，橫波檢測對接焊縫時易形成“山形”偽缺陷干擾波，影響缺陷的判定。尤其在薄板檢測時，影響更為明顯。(3)利用橫波的多次反射波進行檢測，會因反射次數增加，能量衰減大，檢測靈敏度降低。相控陣檢測方法多用于摩擦攪拌焊焊接質量檢測，因受焊縫形貌影響較大，檢測時須打平余高。超聲Lamb波在傳播過程中會發生模態轉換、頻散和能量衰減，且Lamb對焊縫形貌變化敏感，檢測結果混疊信號多，分析難度大。超聲表面波對表面缺陷敏感，余高和焊道的不平整都會干擾檢測結果分析。綜上所述，對于板厚6mm的薄壁型材對接焊縫的超聲檢測方法還有待完善和開發新的檢測技術。

發明內容

為了解決鋁合金薄壁型材焊縫質量檢測的問題，本發明根據超聲爬波探傷原理，結合鋁薄壁型材焊縫結構特點，通過特殊制作爬波探頭、專用對比試塊及檢測工藝，用于鋁合金薄壁型材對接焊縫中缺陷檢測的方法。在本發明中，特殊設計的爬波探頭可以很好的適應檢測空間限制，有效避開型材結構干擾；根據型材焊接結構設計的專用對比試塊，可以在檢測前期提前標定焊道自身干擾和型材結構干擾信號位置和幅度，排除非缺陷信號對檢測結果的干擾，進而得到焊縫內清晰的缺陷信號；根據鋁合金薄壁型材焊縫缺陷類型，在實際焊接樣板上設計制作人工缺陷試塊，驗證超聲爬波檢測工藝的有效性。

本發明公開了一種基于超聲爬波探傷原理，通過特殊制作爬波探頭、專用對比試塊及檢測工藝，用于鋁合金薄壁型材對接焊縫中缺陷檢測的方法，包括以下步驟：

步驟1)將模擬鋁合金薄壁型材對接焊縫的焊接結構試塊放置于水平檢測工作臺上，并在焊縫結構對比試塊平板側(非墊板側)靠近模擬焊縫位置，沿著焊縫方向涂抹耦合液；

步驟2)將制作的爬波探頭放置在焊縫結構對比試塊平板側，探頭前沿靠近模擬焊縫邊沿，且平行于焊縫勻速移動；

步驟3)根據墊板與探頭爬波檢測時的聲程距離，設置檢測閘門，移動探頭的時候，同時觀察檢測閘門附近的超聲信號；