专利名称：：一种风洞洞体结构对接焊缝超声波检测的方法
技术领域：
：本发明涉及航天系统试验用风洞洞体结构对接焊缝缺陷检测，属于超声波检测领域。
背景技术：
：目前，国内外对于钢全熔化焊对接焊缝内部缺陷的检测主要采用射线和超声波检测技术。在制作过程中，风洞前室环形连接法兰全熔化焊T型焊接接头可以采用射线照相的方法检测内部缺陷，但是由于结构的影响，无法实现100%的覆盖，存在一定盲区；制造成形后的风洞前室环形连接法兰全熔化焊T型焊接接头由于结构和环境的限制无法进行射线检测。针对风洞前室环形连接法兰全熔化焊T型焊接接头的具体情况采用超声波检测技术，但是此类结构如图1所示，可检测面少而小，且没有类似结构的检测工艺可供参考，采用超声波检测技术检测其内部缺陷不能进行定量分析，定位也不精确。超声波检测缺陷自身高度有三种方法①6dB法以端部最大回波处作为起点，移动声束使之偏离缺陷边缘，直至回波高降低6dB，再根据探头入射点位置、声束角度、声程长度来测定缺陷自身高度；②端点衍射波法通过缺陷两端点衍射回波之间的延迟时间差值来确定缺陷自身高度；③超声端部最大回波法以缺陷两端的峰值回波为基点，根据入射点的位置、声程、折射角测定缺陷自身高度。钢全熔化焊对接接头焊接缺陷主要有气孔、夹渣(点状、条状)、未焊透、未熔合、裂紋。一4史把气孔、夹渣归为体积性缺陷；未焊透归为线性缺陷；未熔合、裂紋归为平面性缺陷。钢全熔化焊对接接头焊接缺陷理论波形①体积性缺陷理论回波特征(包括表面光滑的气孔和表面不规则的夹渣)如图3所示，回波幅度较小，不同方向、不同角度扫查时，其回波高度基本相同。前后、左右扫查时，其回波动态波形其本相同，一个最高点，圆滑下降，如图4所示。②线性缺陷理-沦回波特征(未焊透)前后扫查时，其回波显示体积缺陷的回波特征；左右扫查时，有两个或多个高点，如图5所示有明显的指示长度。转动和环绕扫查时，回波高度在与缺陷平面相垂直方向两侧迅速下降，如图6所示。③平面状缺陷理论回波特征(如裂紋、面状未熔合)左右、前后扫查时，回波的动态波形类似于线性缺陷或体积性缺陷。对表面光滑的缺陷作转动和环绕扫查时，在与缺陷平面相垂直方向的两侧如图4所示，回波高度迅速下降。对表面粗糙的缺陷作转动扫查时，显示动态波形的波幅交错变化如图7所示，类似于体积状缺陷；而作环绕扫查时，在与缺陷平面相垂直方向两侧回波高度的变化均不规则，通常回波幅度变化很大，如图8所示。④密集性缺陷理论回波特征(裂紋、气孔、夹渣等较多或同时存在)左右扫查时，回波的波形如图9所示，扫查时形成的包络线如图10所示。
发明内容本发明的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种能定量定性分析风洞洞体结构对接缝焊缝缺陷的超声波检测方法。本发明的技术解决方案是一种风洞洞体结构对接缝焊缝超声波检测的方法，其特征在于通过下列步骤实现根据风洞前室环形连接法兰全熔化焊T型焊接接头的形状、厚度，尺寸及焊接结构，制作人工试样，利用人工试样校准超声波检测仪；(2)根据实际需要检测的T型焊接接头的厚度和可检测面，选择探头和4企测工艺；(3)确定判定风洞前室环形连接法兰全熔化焊T型焊接接头缺陷的定量线、评定线和判废线；(4)利用步骤(2)选择的探头和检测工艺，采用端点衍射波法对风洞前室环形连接法兰全熔化焊T型焊接接头的缺陷进行超声波检测；(5)用6dB法和端部最大回波法对步骤(4)检测的风洞前室环形连接法兰全熔化焊T型焊接接头的缺陷进行验证；(6)将步骤(4)和(5)得出的端点反射波、端部最大回波及端点衍射回波与理论波形图对比，结合步骤(3)确定的定量线、评定线和判废线对风洞洞体结构对接焊缝内部缺陷进^f亍判断。所述步骤(2)在风洞前室环形连接法兰全熔化焊T型焊接接头焊缝的正上方选用单晶直探头，在焊缝侧面选用单晶斜探头。所述的单晶直探头频率晶片直径不大于14mm,检测时单晶直探头在焊缝及热影响区内扫查。所述的单晶斜探头的探头声束轴线水平偏离角不大于2°,检测时单晶斜探头需在焊缝两侧作垂直于焊缝的锯齿形扫查，每次移动的间距不大于晶片直径，在移动过程中作10。~15°转动。所述的单晶斜探头，当探测厚度15-20mm,单晶斜探头角度为60。~72°,K值为K2.0-K3.0,探测厚度在20-30mm,单晶斜探头角度为56°~68°,K值为K1.5-K2.5,K为单晶斜探头参数。所述步骤(3)中定量线、评定线和判废线的确定单晶斜探头，超声波测试仪测量测试仪自带的CSK-IIIA试块产生的曲线增益5dB为判废线，产生的曲线衰减3dB为定量线，产生的曲线衰减9dB为评定线；单晶直纟笨头，评定线为4)2mm平底孔，定量线为4>3mm平底孔，判废线为小4mm平底孔。本发明与现有技术相比有益效果为(1)本发明确定的测量风洞前室环形连接法兰全熔化焊T型焊接接头时的工艺，能实现对风洞前室环形连接法兰全熔化焊T型焊接4妻头焊接缺陷的定位、定量分析；(2)本发明通过制作人工样件来校准超声波检测仪，使超声波检测仪在实际侧试能更准确的反映对接缝焊缝的真实情况；(3)本发明检测的缺陷平面位置定位精度可达到±2mm,垂直位置定位精度可达到士2mm。图1为本发明风洞前室环形连接法兰全熔化焊T型焊接接头结构图2为本发明人工试才羊结构图3为焊缝体积性缺陷理论回波特征图4为移动探头时体积性缺陷形成的理论动态波形图5为左右移动探头时线性缺陷形成的理论动态波形图6为转动和环绕扫查时线性缺陷形成的理论动态波形图7为焊缝平面状缺陷理论回波特征图8为移动探头时平面状缺陷形成的理论动态波形图9为密集性缺陷理论回波特征图10为移动探头时密集性缺陷形成的理论动态波形图11为本发明风洞前室环形连接法兰全熔化焊T型焊接接头检测面示意图12为本发明工艺流程图13为实际检测体积性缺陷波形；图14为实际检测体积性缺陷动态波形图15为实际检测线性缺陷波形；图16为实际检测线性缺陷动态波形图17为实际检测密集性缺陷波形；图18为实际检测移动探头时密集性缺陷动态波形图；图19为实际检测面积缺陷波形；图20为实际检测移动探头时面积缺陷动态波形图。具体实施例方式超声波检测时，焊缝两侧探头移动区范围内应清除飞溅、焊疤、焊渣、氧化皮等，且表面粗糙度应符合检测要求，一^殳应为Ra《6.3jam。选用A型脉冲反射式超声波检测仪，其工作频率范围为1-5MHz,水平线性误差不大于1%,垂直线性误差不大于5%。耦合剂可选纟奪化学浆糊、机油、甘油。本发明工艺流程如图12所示，1、根据风洞前室环形连接法兰全熔化焊T型焊接接头的结构和几何条件，制作人工试样，人工样件尽量反映风洞前室环形连接法兰全熔化焊T型焊接接头的实际情况；人工试样如图2所示，材质为20#钢，厚度为3035mm。人工试样模拟实际接头的结构，对人工试样的#企测可以还原对实际风洞焊接接头的检测，用于调节超声波设备的水平线性和垂直线性。2、根据实际需要检测的T型焊接接头的厚度和可检测面选择合适的探头和检测工艺，确定定量线、评定线和判废线。在风洞前室环形连接法兰全熔化焊T型焊接接头焊缝的正上方选用单晶直探头，单晶直探头频率晶片直径不大于14mm,检测时单晶直探头在焊缝及热影响区内扫查。在焊缝侧面选用单晶斜探头，单晶斜探头的探头声束轴线水平偏离角不大于2。，主声束垂直方向不应有明显的双峰。探头K值选择应符合探测厚度在15mm20mm，选择探头角度为60°~72°(K2.0K3.0);探测厚度在2030mm,选择探头角度为68°~56°(K2.5-K1.5),K为探头参数。斜探头检测时，探头需在焊缝两侧作垂直于焊缝的锯齿形扫查，每次移动的间距不大于晶片直径，同时在移动过^f呈中作10°~15°转动。采用斜探头探测时，距离-波幅曲线灵敏度应以表1确定；采用直探头探测时，距离-波幅曲线灵敏度应以按表2确定。表1斜探头距离-波幅曲线的灵敏度<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>其中，判定线也称扫查线，在超声波;险测过程中出现的曲线高于判定线时，提示检测人员注意，此处有可能存在缺陷，检测时要不断改变探头方向扫查，如检测的曲线未超出定量线，表示焊缝合格；定量线确定检测曲线当量的大小，若检测曲线超过定量线而未超过判废线，就要沿焊缝方向检测缺陷的长度，缺陷的长度超出规定值，判定焊缝超标不合格；若检测曲线超出判废线则直接认定焊缝超标不合格。表2直探头距离-波幅曲线的灵敏度<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>采用直探头进行检测时，利用工件大平底调节灵敏度，调节仪器的增益，使底面回波高度为超声波测试仪屏幕的80%,记录增益的数值A^发现缺陷回波后，将缺陷回波调节为超声波测试仪屏幕的80%,记录下此时增益的数值△2,根据公式(1)求出Df的数值，与表2中的数据比较判断缺陷是否超标。其中，入-c/f,X为缺陷深度，Xs为工件厚度，c为纵波声速，f为4笨头频率，Df为缺陷当量。Df的值小于判定线规定的4)2mm，表示焊缝合格；Df大于判定线，提示检测人员注意，此处有可能存在缺陷，如Df未超出定量线4)3mm，表示焊缝合格；若Df超过定量线而未超过判废线cJ)4mm，就要沿焊缝方向检测缺陷的长度，缺陷的长度超出规定值，判定焊缝超标不合格；若Df超出判废线则直接认定焊缝超标不合格。风洞前室环形连接法兰全熔化焊T型焊接接头的检测在选择检测面和探头时应考虑到检测各类缺陷的可能性，焊缝余高磨平后沿焊缝方向进行平行扫查，在焊缝两侧采用前后、左右、转角、环绕等基本方式进行扫查并使声束尽可能垂直于该焊接接头结构中的主要缺陷。3、采用端点衍射波法对风洞前室环形连接法兰全熔化焊T型焊接接头的缺陷进行超声波检测；测量时，先找到缺陷回波，然后移动探头，使声束中心扫查到缺陷的上端点反射回波或下端点反射回波。前后移动〗笨头，此时在示波屏上可观察到紧邻上端点反射波之前或下端点反射波之后出现的上端点衍射波(仪器显示深度为H1)或下端点衍射波(仪器显示深度为H2)。上端点衍射波和下端点衍射波之间的距离△H=H2-H1就是缺陷的自身高度。4、4企测实例1)用K2频率为2.5MHz的斜探头从检测面1探测厚度为30mm的工件，如图11位置2。采用前后、左右扫查时，其回波波形如图13所示，扫查时形成的包络线如图14所示，可以判断为体积性缺陷，仪器显示缺陷深度为15mm，超过判废线为超标缺陷。2)用K2频率为2.5MHz的斜:探头从检测面2探测厚度为30mm的工件，如图11位置3。采用前后、左右扫查时，其回波波形如图15所示，扫查时形成的包络线如图16所示，可以判断为线性缺陷，仪器显示缺陷深度为12mm，长度为25mm,超过判废线为超标缺陷。3)用K2频率为2.5MHz的斜探头从检测面2探测厚度为30mm的工件，如图11位置2。采用前后、左右扫查时，其回波波形如图17所示，扫查时形成的包络线如图18所示，可以判断为密集性缺陷，仪器显示缺陷深度为20mm,长度为40mm,超过判废线为超标缺陷。4)用直径14mm频率为2.5MHz的直探头从检测面1探测厚度为30mm的工件，如图11位置1。采用左右扫查时，其回波波形如图19所示，扫査时形成的包络线如图20所示，可以判断为面积型缺陷，4义器显示缺陷深度为23mm,根据公式(1)计算得到缺陷当量Df为4.5mm,超过判废线为超标缺陷。本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。权利要求1、一种风洞洞体结构对接焊缝超声波检测的方法，其特征在于通过下列步骤实现(1)根据风洞前室环形连接法兰全熔化焊T型焊接接头的形状、厚度，尺寸及焊接结构，制作人工试样，利用人工试样校准超声波检测仪；(2)根据实际需要检测的T型焊接接头的厚度和可检测面，选择探头和检测工艺；(3)确定判定风洞前室环形连接法兰全熔化焊T型焊接接头缺陷的定量线、评定线和判废线；(4)利用步骤(2)选择的探头和检测工艺，采用端点衍射波法对风洞前室环形连接法兰全熔化焊T型焊接接头的缺陷进行超声波检测；(5)用6dB法和端部最大回波法对步骤(4)检测的风洞前室环形连接法兰全熔化焊T型焊接接头的缺陷进行验证；(6)将步骤(4)和(5)得出的端点反射波、端部最大回波及端点衍射回波与理论波形图对比，结合步骤(3)确定的定量线、评定线和判废线对风洞洞体结构对接焊缝内部缺陷进行判断。2、根据权利要求1所述的风洞洞体结构对接缝焊缝超声波检测的方法，其特征在于所述步骤(2)在风洞前室环形连接法兰全熔化焊T型焊接接头焊缝的正上方选用单晶直探头，在焊缝侧面选用单晶斜探头。3、根据权利要求2所述的风洞洞体结构对接缝焊缝超声波检测的方法，其特征在于所述的单晶直探头频率晶片直径不大于14mm,检测时单晶直探头在焊缝及热影响区内扫查。4、根据权利要求2所述的风洞洞体结构对接缝焊缝超声波检测的方法，其特征在于所述的单晶斜探头的4笨头声束轴线水平偏离角不大于2°,^r测时单晶斜探头需在焊缝两侧作垂直于焊缝的锯齿形扫查，每次移动的间距不大于晶片直径，在移动过程中作10。~15°转动。5、根据权利要求2或4所述的风洞洞体结构对接缝焊缝超声波检测的方法，其特征在于所述的单晶斜探头，当探测厚度1520mm，单晶斜探头角度为60°~72°,K值为K2.0K3.0，探测厚度在20~30mm，单晶斜探头角度为56°~68°,K值为K1.5K2.5,K为单晶斜探头参数。6、根据权利要求1所述的风洞洞体结构对接缝焊缝超声波检测的方法，其特征在于所述步骤(3)中定量线、评定线和判废线的确定单晶斜探头，超声波测试仪测量测试仪自带的CSK-IIIA试块产生的曲线增益5dB为判废线，产生的曲线衰减3dB为定量线，产生的曲线衰减9dB为评定线；单晶直探头，评定线为4)2mm平底孔，定量线为小3mm平底孔，判废线为小4mm平底孑L。7、根据权利要求1所述的风洞洞体结构对接缝焊缝超声波^r测的方法，其特征在于所述步骤(1)中的人工试样，材质为钢，厚度为3035mm。全文摘要一种风洞洞体结构对接焊缝超声波检测的方法，根据风洞前室环形连接法兰全熔化焊T型焊接接头的结构，设计人工试样，校准超声波检测仪；选择合适的探头和检测工艺；用端点衍射波法进行检测，用6dB法和端部最大回波法验证；分析验证的端点反射波、端部最大回波及辨认衍射回波，对对接焊缝内部缺陷定性、定量分析。本发明实现了风洞前室环形连接法兰全熔化焊T型焊接接头中焊接缺陷的定位、定量分析，检测的缺陷平面位置定位精度可达到±2mm，垂直位置定位精度可达到±2mm。文档编号G01N29/04GK101441198SQ200810227579公开日2009年5月27日申请日期2008年11月28日优先权日2008年11月28日发明者健吴,宁韶斌,李世强,超王,苑鸿志申请人:中国航天空气动力技术研究院