[发明专利]利用S0模态兰姆波反射回波测量激光搭接焊缝宽度的方法

说明书

技术领域

本发明属于超声波无损检测领域，特别提供一种利用S0模态兰姆波反射回波测量激光搭接焊缝宽度的方法，适用于交通运输、航空航天、船舶制造、化工储罐等大型装备中薄板激光搭接焊缝结构的无损检测。

背景技术

薄板结构在大型化工设备、交通运输的车厢车体、航空航天装置中使用广泛。对于这些薄板结构的焊接，激光搭接焊是很好的选择。如在轨道交通中，一些型号列车的车厢车体就采用了激光搭接焊。由于激光焊缝质量直接影响客车的运行安全，所以很有必要对其进行安全评价。通过Kaitanov等有关人员对激光焊缝的力学性能研究，发现激光搭接焊的焊缝宽度是影响焊缝静态力学性能和疲劳性能的重要指标。因此，测量焊缝宽度对于车辆运行安全来说非常必要。

兰姆波检测作为一种快速的薄板无损检测方法，在薄板探伤中有很重要的地位。兰姆波检测相对传统超声体波检测有以下两点优势：第一，兰姆波在检测过程传播距离远，探头固定一点即可以检测一条线，检测效率高；第二，兰姆波在薄板的整个壁厚方向都存在振动，所以兰姆波可实现整个厚度方向的检测。因此兰姆波相对于体波，更适合于薄板探伤。同时，兰姆波检测技术方法也被列入国内外的一些标准中，如美国军用标准MIL-STD-2154《变形金属超声波检验方法》、宇航材料规范AMS-2632《0.5英寸以下厚度薄板材料的超声检验》，以及我国军用标准GJB-1580《变形金属超声波检验方法》等。

兰姆波自身的一些缺点也给探伤带来一定的局限性。主要表现为以下几点：第一，兰姆波随激励频率和板厚的变化，存在不同数量的兰姆波模态。即使在很低的频厚积下，也会存在对称模态S0和反对称模态A0。在多个模态存在的情况下，兰姆波和缺陷作用后的信号很复杂，不利于缺陷识别和定位。第二，兰姆波的相速度和群速度随频率发生变化，造成了兰姆波存在频散现象。即兰姆波随传播距离增加，兰姆波的波包和能量发生扩散，导致兰姆波信号的可辨度降低。为了避免兰姆波自身缺点对检测的影响，在兰姆波检测时，要求激励出的模态数量少、激励出的模态频散要尽可能地小。

本发明提供的方法是将S0模态兰姆波应用在激光搭接焊缝宽度的检测中。探头在距离激光搭接焊缝适当长度的薄板中，激励出频散较小的S0模态兰姆波。S0模态兰姆波传播一定距离后，经激光搭接焊缝的反射形成反射回波，然后被同一个探头接收，探头接收信号在探伤仪或示波器上显示。经研究发现，S0模态兰姆波的反射系数与激光搭接焊缝宽度在一定范围内呈线性关系，本发明所述方法就是利用这种线性关系，测量激光搭接焊缝的宽度。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种激光搭接焊缝宽度的测量方法，该方法是针对快速测量激光搭接焊缝宽度的需求所提出的，通过使用合适角度的斜探头，在薄板工件上激励出S0模态兰姆波，利用S0模态兰姆波在激光搭接焊缝上的反射系数与焊缝宽度的线性关系，根据探伤仪或示波器上显示的兰姆波反射幅度，来测量激光搭接焊缝的宽度。在一定的误差范围内，该方法有较强的可靠性。

本发明具体提供了一种激光搭接焊缝宽度的测量方法，其特征在于：所述检测方法基于S0模态兰姆波在激光搭接焊缝上的反射系数与焊缝宽度的线性关系，利用S0模态兰姆波在激光搭接焊缝上的反射回波幅度来测量激光搭接焊缝的宽度。

本发明所述激光搭接焊缝宽度的测量方法，其特征在于，测量步骤如下：

1)、画出待测薄板的频散曲线；

2)、根据频散曲线确立S0模态兰姆波的激励频率；

3)、确定探头的入射角：探头的入射角由以下公式确定：

sinθ/c₁＝1/c_p，其中，θ为探头的入射角，c₁为探头材料中的声速(现有探头一般为有机玻璃，有机玻璃中的纵波声速为2720m/s)，c_p为选择的模态S0兰姆波在激励频率下的相速度，其值在频散曲线中求得；

4)、根据激励频率和入射角制作探头；

5)、制备标准试样；

6)、信号采集，记录反射回波峰峰值和该处的焊缝宽度数值；

7)、建立S0模态兰姆波反射系数和焊缝宽度关系；

8)、根据S0模态兰姆波反射系数和焊缝宽度关系，利用S0模态兰姆波反射回波幅度测量激光搭接焊缝宽度，在允许的误差范围内，该方法能有效地检测激光搭接焊缝的宽度。