一种径向摩擦焊接头弱连接缺陷的无损检测方法与流程

本发明涉及检测技术领域，具体涉及一种表征环/轴类构件摩擦焊接头弱连接缺陷的无损检测方法。

背景技术：

径向摩擦焊是环/管类、环/轴类等构件的主要焊接方法，尤其适用于铜/钢等异种金属、中低碳钢/超高强度钢等难焊金属构件的高强连接，已被广泛应用于石油化工、电力、军工等领域。径向摩擦焊是一种固相焊方法，接头中不会出现和熔化、凝固有关的焊接缺陷，但在焊接工装精度差或严重磨损、工艺参数不当以及焊接材料性能差异过大等条件下，接头上也会出现未焊合、弥散夹杂物等具有二维、平面特征的弱连接缺陷，这些缺陷在一定程度上对产品的安全性和服役的性能产生很大的影响。因此，对环/管类、环/轴类等构件径向摩擦焊接头弱连接缺陷的精确评价不仅有助于减少安全事故，还能显著降低经济损失。

径向摩擦焊接头的弱连接缺陷通常表现为在局部焊接界面之间有紧密的机械接触或嵌合，界面间原子间距很小，但没有达到冶金结合，此类缺陷的检测与评价比较困难。因此，能否准确的检测出弱连接缺陷是环/管类、环/轴类等构件质量控制的关键。目前，环/管类、环/轴类等构件径向摩擦焊接头弱连接缺陷的评价方法主要有破坏性检测和无损检测。破坏性检测是对工件焊接接头进行机械解剖，观察焊接界面两侧金属是否粘接和撕裂等，从而判定焊接接头是否存在弱连接缺陷，这种方法只能宏观判断大面积的弱连接缺陷，且不能对缺陷的形状和尺寸进行定量评价；无损检测主要包括荧光渗透检测和x射线探伤检测，其中荧光渗透检测只能检测出摩擦焊缝表面和两侧面的宏观缺陷，无法检测焊缝内部焊接界面的弱连接缺陷；x射线探伤检测对体积型缺陷很敏感，对未焊合等弱连接面缺陷检出率低，极易漏检，且针对环/管类等构件环型焊缝，一条焊缝往往需要多次不同角度的无损探伤检测，检测效率低，也不适用于管件、轴类件外表面环型焊缝的无损检测。

综上所述，目前检测技术依然存在不能对缺陷的形状、尺寸进行定量检测、无法进行内部检测、检出率低、容易漏检等技术问题亟需解决。

技术实现要素：

本发明主要目的在于提供一种表征环/轴类构件摩擦焊接头弱连接缺陷的无损检测方法。

本发明目的通过如下技术方案实现：

一种表征环/轴类构件摩擦焊接头弱连接缺陷的无损检测方法，其特征在于，它是利用水浸超声c扫描设备，分别经过待测工件的放置、探头选择及安装、探头与工件水距调节、超声波参数设置、扫描参数设置、自动检测、检测完毕取出工件等步骤实现。

进一步，上述焊接头弱连接缺陷的无损检测方法中的工件放置是根据待检测工件的外径尺寸，调整水浸超声c扫描设备旋转轴r轴的主动轮和从动轮间距为65mm~145mm，并将待检测工件放置在设备r轴上，工件两端进行限位固定，确保待检测工件旋转过程的同轴度和平行度；所述工件的外观尺寸为φ30mm~φ170mm；壁厚为3mm~15mm。

进一步，上述焊接头弱连接缺陷的无损检测方法中的探头选择及安装是针对待检测工件焊缝的壁厚，选择高频率聚焦探头，并在水浸超声c扫描设备z轴上安装，调节聚焦探头角度及位置使聚焦探头与待检测工件焊缝指定表面垂直；所述聚焦探头的频率为15mhz~25mhz。

进一步，上述焊接头弱连接缺陷的无损检测方法中的探头与工件水距调节首先需打开a扫描界面，并调节安装在z轴上的探头的上下位置，使工件表面发射波波峰达到满幅的90%以上和底波波峰达到满幅的75%~85%；所述探头与工件水距为20mm~60mm。

进一步，上述焊接头弱连接缺陷的无损检测方法中的超声波参数设置是设置采样频率为100mhz~250mhz、检测门槛为1%~10%、增益值为10db~30db，调整门槛位置，并根据对比试块无损检测结果进行微调，保证清晰检测出预制缺陷。

进一步，上述焊接头弱连接缺陷的无损检测方法中的扫描参数设置是根据待检测工件外径以及焊缝宽度尺寸，设置扫查长度为10mm~500mm；x轴、y轴扫查灵敏度为0.1~0.9，扫查速度为50mm/s~250mm/s，r轴扫查灵敏度0.1~0.9，扫查速度30~60°/s，确保焊缝100%扫描。

进一步，上述焊接头弱连接缺陷的无损检测方法中的自动检测是对工件进行水浸超声c扫描检测，并调出界面波扫描图谱，分析焊接缺陷面积、形状、位置。

本发明具有如下的有益效果：

本发明采实现了摩擦焊接头弱连接的高效精确检测，不仅可无损待检测工件，还能对弱连接缺陷的形状和尺寸等进行定量评价，本发明实现对薄壁环型焊缝摩擦焊缺陷的高检出率与高效率最优化，解决环/管类、环/轴类等构件径向摩擦焊接头弱连接缺陷难以准确评价的难题。

附图说明

图1为铜/钢构件径向摩擦焊接头超声c扫描无损检测过程。

图2为带有φ0.2mm平底孔的铜/钢构件径向摩擦焊接头超声c扫描无损检测图谱。

图3为铜/钢构件径向摩擦焊接头水浸超声c扫描无损检测图谱。

图4为钢/钢构件径向摩擦焊接头水浸超声c扫描无损检测图谱。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述本发明内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。

实施例1：

一种表征环/管类构件径向摩擦焊接头弱连接缺陷的无损检测方法，包括如下步骤：

首先将外径尺寸为φ170mm、壁厚15mm的径向摩擦焊铜/钢对比试样放置在旋转轴上并两端限位固定，并选取15mpa的聚焦探头安装在水浸超声c扫描设备z轴上，调节探头角度及位置使探头与待检测工件焊缝指定表面垂直；其次打开a扫描界面，调节探头与工件水距为60mm，使工件底波波峰达到满幅的85%；然后，在设备软件界面上设置采样频率为250mhz、检测门槛1%、增益值10db、x轴扫查长度40mm、x轴扫查灵敏度0.1、x轴扫查速度50mm/s、r轴扫查范围360°、r轴扫查灵敏度0.1、r轴扫查速度30°/s，扫查模式设置为双向扫查模式；随后，启动自动检测按钮，对工件进行水浸超声c扫描检测，并调出界面波扫描图谱，分析焊接缺陷面积、形状、位置等。最后，移动水浸超声c扫描设备的z轴位置，取出工件。

对φ170mm、壁厚15mm的铜/钢对比试样径向摩擦焊接头超声c扫描无损检测图谱如图2所示，检测结果表明：能清晰再现孔径φ0.2mm×孔深10mm、孔径φ0.6mm×孔深12mm、孔径φ0.8mm×孔深18mm的预制缺陷，经无损检测可知，实际焊接缺陷尺寸分别为φ0.22mm×孔深10.09mm、孔径φ0.63mm×孔深11.96mm、孔径φ0.81mm×孔深15.06mm，可见，超声c扫描无损检测准确度好，检测精度高。

实施例2

一种表征环/管类构件径向摩擦焊接头弱连接缺陷的无损检测方法，包括如下步骤：

首先将外径尺寸为φ170mm、壁厚15mm的径向摩擦焊铜/钢构件放置在旋转轴上并两端限位固定，并选取15mpa的聚焦探头安装在水浸超声c扫描设备z轴上，调节探头角度及位置使探头与待检测工件焊缝指定表面垂直；其次打开a扫描界面，调节探头与工件水距为60mm，使工件底波波峰达到满幅的75%；然后，在设备软件界面上设置采样频率为250mhz、检测门槛1%、增益值10db、x轴扫查长度200mm、x轴扫查灵敏度0.9、x轴扫查速度250mm/s、r轴扫查范围360°、r轴扫查灵敏度0.9、r轴扫查速度60°/s，扫查模式设置为双向扫查模式；随后，启动自动检测按钮，对工件进行水浸超声c扫描检测，并调出界面波扫描图谱，分析焊接缺陷面积、形状、位置等。最后，移动水浸超声c扫描设备的z轴位置，取出工件。

对外径尺寸为φ170mm、壁厚15mm的钢/钢构件径向摩擦焊接头超声c扫描无损检测图谱如图3所示，检测结果表明：接头两侧焊接飞边处发现连续的未熔合等弱连接缺陷，这是由于径向摩擦焊焊接工装以及工艺特点决定了焊接飞边处存在较多焊接缺陷；而在焊缝中部区域内（实际使用区域）未发现任何未焊合等弱连接焊接缺陷，焊合率100%，焊接质量好。

实施例3

一种表征环/管类构件径向摩擦焊接头弱连接缺陷的无损检测方法，包括如下步骤：

首先将外径尺寸为φ30mm、壁厚3mm的径向摩擦焊钢/钢构件放置在旋转轴上并两端限位固定，并选取25mpa的聚焦探头安装在水浸超声c扫描设备z轴上，调节探头角度及位置使探头与待检测工件焊缝指定表面垂直；其次打开a扫描界面，调节探头与工件水距为20mm，使工件底波波峰达到满幅的80%；然后，在设备软件界面上设置采样频率为100mhz、检测门槛10%、增益值30db、x轴扫查长度10mm、x轴扫查灵敏度0.1、x轴扫查速度50mm/s、r轴扫查范围360°、r轴扫查灵敏度0.1、r轴扫查速度30°/s，扫查模式设置为双向扫查模式；随后，启动自动检测按钮，对工件进行水浸超声c扫描检测，并调出界面波扫描图谱，分析焊接缺陷面积、形状、位置等。最后，移动水浸超声c扫描设备的z轴位置，取出工件。

对外径尺寸为φ30mm、壁厚3mm的钢/钢构件径向摩擦焊接头超声c扫描无损检测图谱如图4所示，检测结果表明：接头两侧焊接飞边处发现连续的未熔合等弱连接缺陷，这是由于径向摩擦焊焊接工装以及工艺特点决定了焊接飞边处存在较多焊接缺陷；而在焊缝中部区域内（实际使用区域）未发现任何未焊合等弱连接焊接缺陷。焊合率100%，焊接质量好。