薄板搭接窄焊缝超声快速无损检测方法与装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于轨道车辆焊接领域，具体涉及一种城轨、铁路客车薄板搭接激光焊缝快速无损检测的方法与装置。
【背景技术】
[0002]目前开始使用激光焊对城轨车体进行焊接，此类焊接焊缝的特点是焊缝熔合区特别细窄。在整个焊接过程中，由于此类焊接方法焊接参数异常波动、工件装配等因素很容易造成虚焊、未熔合、熔宽太窄或熔深太浅等缺陷，严重影响焊缝的质量，可能造成重大的经济损失和安全事故。而对于薄板搭接窄焊缝，熔宽对接头力学性能影响最大，因此对搭接窄焊缝检测的一个主要问题就是需要对焊缝熔宽进行检测。对熔宽尺寸达不到标准的焊缝可直接剔除；熔宽尺寸达到标准且无其他缺陷的焊缝为合格，目前还没有薄板搭接窄焊缝熔宽无损检测技术。
[0003]发明专利内容
[0004]针对以上的一个或多个问题，本发明提供一种薄板搭接激光窄焊缝超声扫快速无损检测方法与装置，其能检测搭接焊缝质量，特别是能对窄焊缝熔宽进行测量的无损检测技术，具有操作简便，成本低廉，适用性强等特点。使用该方法及装置，能够对薄板搭接激光焊缝进行快速超声检测，实现薄板搭接激光焊缝的质量评价，提前发现焊缝中的缺陷，保证产品质量。
[0005]本发明属于产品自主研发技术。本发明的设计原理是:通过两个探头，左侧探头发射的超声波经发射、传播、遇到焊缝左侧壁返回、被左侧探头晶片接收的整个过程中，超声波传播的距离(即声程)为SI ;同理右侧声程为S2。根据声的传播特性，探头发射的声波遇到最近的焊缝壁，然后反射回来被原探头接收，此时声波所传播的距离S为探头发射晶片距焊缝近壁距离的两倍，即SI = 2(L1+L0)、S2 = 2(L2+L0)。根据以上数据可计算出焊缝宽度W = L+2L0-(Sl+S2)/2?根据此原理，发明本装置，将焊缝宽度计算过程进行模块化设计，在探头扫查过程完成后即可迅速得到检测结果。
[0006]本发明的技术方案为:
[0007]一种薄板搭接窄焊缝超声快速无损检测装置，其特征在于，包括第一探头、第二探头、探伤仪、运算装置，具体地:
[0008]第一探头设置在焊缝左侧，第二探头设置在焊缝右侧，第一、第二探头均兼具信号收发的功能，第一、第二探头的声轴轴线的连线垂直于焊缝；
[0009]运算装置与第一探头、第二探头、探伤仪连接；
[0010]探伤仪与第一探头、第二探头连接获得声程数据；
[0011]运算装置包括焊缝熔宽计算模块、数据获得模块、输出模块、人机交互装置，数据获得模块从探伤仪获得声程数据，数据获得模块连接人机交互装置获得第一、第二探头之间的距离以及探头的前沿长度；焊缝熔宽计算模块连接数据获得模块、输出模块；数据获得模块、输出模块均连接人机交互装置。
[0012]进一步地，所述的数据获得模块包括两探头之间的距离获得模块、两探头声程读取模块、探头的前沿长度获得模块，所述的两探头之间的距离获得模块、两探头声程读取模块、探头的前沿长度获得模块均连接焊缝熔宽计算模块。
[0013]进一步地，所述的焊缝熔宽计算模块根据以下关系式计算焊缝熔宽:焊缝熔宽W=L+2L0-(Sl+S2)/2，其中:两探头之间的距离为L ;焊缝熔宽为W ;左侧探头发射的超声波从发射、传播、遇到焊缝左侧壁返回、被左侧探头晶片接收的整个过程中超声波传播的距离，即左侧声程SI ;同理右侧声程为S2 ;L0为探头的前沿长度，即声波在探头范围内的传播距离。
[0014]进一步地，所述的第一探头、第二探头为斜探头；所述的第一、第二探头的型号相同。
[0015]进一步地，所述的探伤仪为带有B扫描功能的超声探伤仪。
[0016]进一步地，还设有滑动装置，滑动装置包括驱动机构、导轨或滑道，滑动装置分别供第一探头、第二探头平行于焊缝的轴线方向滑动，驱动机构包括位移控制器，第一探头、第二探头连接位移控制器，位移控制器驱动两探头同步滑动。
[0017]进一步地，所述的运算装置还包括成像模块，成像模块连接示波器，显示出沿焊缝方向的熔宽曲线。
[0018]一种薄板搭接窄焊缝超声快速无损检测装置，其特征在于，采用两个相同型号的斜探头1、与探头I连接的编码器2、控制探头I和编码器2移动的位移控制器3、带有B扫描功能的超声探伤仪4、数据处理及成像模块5、导轨6 ;两个同型号的斜探头I置于导轨6上，斜探头I兼具信号收发的功能，分别置于待检焊缝的两侧，两个斜探头I声轴轴线的连线垂直于焊缝；位移控制器3精确控制两探头I的间距以及两探头沿焊缝方向移动；超声探伤仪4用于激励和接收探头I的超声信号，并显示检测波形，然后将检测数据传输到数据处理及成像模块5 ;数据处理及成像模块5同时接收探伤仪4和位移控制器3的数据，计算出焊缝熔宽并显示出沿焊缝方向的熔宽曲线。
[0019]进一步地，所述的数据处理及成像模块中设有数据处理模块，数据处理模块中计算焊缝熔宽所采用的关系式为:焊缝熔宽w = L+2L0-(Sl+S2)/2，其中:两探头之间的距离为L ;焊缝熔宽为W ;左侧探头发射的超声波从发射、传播、遇到焊缝左侧壁返回、被左侧探头晶片接收的整个过程中超声波传播的距离，即左侧声程SI ;同理右侧声程为S2 ;L0为探头的前沿长度，即声波在探头范围内的传播距离；声程S1、S2从探伤仪4中读出。
[0020]一种薄板搭接窄焊缝超声快速无损检测方法，其特征在于，采用上述权利要求1至9任一所述的一种薄板搭接窄焊缝超声快速无损检测方法，包括以下步骤:
[0021]stepl:先将两探头I及导轨6放置在焊缝两侧，导轨平行于焊缝放置，两探头的发射轴线垂直于焊缝且两轴线在同一直线上，调整探头位置至合适的距离并固定；
[0022]St印2:检测过程中探头之间相对位置始终固定，位移控制器3控制探头I整体沿焊缝移动，即可检测整条焊缝的宽度；探头I收到的信号传输至探伤仪4，处理后的数据再传至数据处理及成像模块5 ;
[0023]Step3:数据处理及成像模块中计算焊缝熔宽所采用的关系式为:焊缝熔宽W =L+2L0-(Sl+S2)/2，其中:两探头之间的距离为L ;焊缝熔宽为W ;左侧探头发射的超声波从发射、传播、遇到焊缝左侧壁返回、被左侧探头晶片接收的整个过程中超声波传播的距离，即左侧声程SI ;同理右侧声程为S2 ;L0为探头的前沿长度，即声波在探头范围内的传播距离；声程S1、S2从探伤仪4中读出；
[0024]Step4:数据处理及成像模块将结果发送到显示装置或示波器上，得到焊缝各处的熔宽并以熔宽曲线显示。
【附图说明】
[0025]图1为本发明的薄板搭接窄焊缝超声快速无损检测装置的一个实施例的结构图；
[0026]图2为本发明装置的一个实施例检测时探头及导轨放置的俯视示意图；
[0027]图3为本发明装置的一个实施例的探头处声波传播示意图；
[0028]图4为本发明装置的一个实施例的检测原理示意图；
[0029]图5为本发明装置的一个实施例的声波传播示意图；
[0030]图6为本发明装置的示波器上的波形显示图；
[0031]图7为本发明装置的一个实施例的运算装置的结构图。
【具体实施方式】
[0032]现结合附图及具体实施例对本发明作进一步地说明:
[0033]本发明各部分的具体连接方式如图1所示，两个斜探头在待检工件上的放置方式如图2所示。先将探头I及导轨6放置在焊缝两侧，导轨平行于焊缝放置，两探头的发射轴线垂直于焊缝且两轴线在同一直线上，调整探头位置至合适的距离(约5?50mm)并固定。检测过程中探头之间相对位置始终固定，位移控制器3控制探头I整体沿焊缝移动，即可检测整条焊缝的宽度。探头I收到的信号传输至探伤仪4，处理后的数据再传至数据处理及成像模块5，最后可以得到焊缝各处的熔宽并以熔宽曲线显示。
[0034]本发明检测焊缝宽度的原理如下:
[0035]图3是斜探头正常检测时超声波的传播路线。设两斜探头I的前沿长度均为L0，忽略声波在探头内部的传播，则LO即可代表声波在探头范围内的传播距离。
[0036]图4为检测焊缝时的原理示意图。左探头前端距焊缝左侧壁的距离为L1、右探头前端距焊缝右侧壁的距离为L2，探头之间的距离为L。由图4可知，若焊缝熔宽为W，则有W=L-(L1+L2)。左侧探头发射的超声波从发射、传播、遇到焊缝左侧壁返回、被左侧探头晶片接收的整个过程中，超声波传播的距离(即声程)为SI ;同理右侧声程为S2。声程S1、S2可以从探伤仪4中读出。根据声的传播特性和图4可知，探头发射的声波遇到最近的焊缝壁，然后反射回来被原探头接收，此时声波所传播的距离S为探头发射晶片距焊缝近壁距离的两倍，即SI = 2(L1+L0)、S2 = 2(L2+L0)o根据以上数据可计算出焊缝宽度W =L+2L0-(Sl+S2)/2o
[0037]根据以上原理，将焊缝宽度计算过程进行模块化设计，在探头扫查过程完成后即可迅速得到检测结果。
[0038]本发明提供的薄板搭接窄焊缝熔宽无损检测装置原理简单、操作简便，投入较少的人力便可对现场搭接焊缝进行快速、准确地检测。
[0039]优选实施例1
[0040]一种薄板搭接窄焊缝超声快速无损检测装置，是通过快速无损测量的方法检测熔宽，该装置主要包括两个相同型号的斜探头1、与探头I连接的编码器2、控制探头I和编码器2移动的位移控制器3、带有B扫描功能的超声探伤仪4、数据处理及成像模块5、导轨6。两个同型号的斜探头I置于导轨6上，探头I兼具信号收发的功能，分别置于待检焊缝的两侦牝两个斜探头I声轴轴线的连线垂直于焊缝。位移控制器3精确控制两探头I的间距以及两探头沿焊缝方向移动。超声探伤仪4用于激励和接收探头I的超声信号，并显示检测波形，然后将检测数据传输到数据处理及成像模块5。数据处理及成像模块5同时接收探伤仪4和位移控制器3的数据，计算出焊缝熔宽并显示出沿焊缝方向的熔宽曲线。
[0041]运算装置包括焊缝熔宽计算模块、数据获得模块、输出模块、人机交互装置，数据获得模块从探伤仪获得声程数据，数据获得模块连接人机交互装置获得第一、第二探头之间的距离以及探头的前沿长度；焊缝熔宽计算模块连接数据获得模块、输出模块；数据获得模块、输出模块均连接人机交互装置。数据获得模块包括两探头之间的距离获得