[发明专利]一种薄壁型材对接焊缝超声爬波检测方法

说明书

本发明基于超声爬波探伤原理，提供了一种用于薄壁型材对接焊缝中缺陷检测的方法。根据型材结构，对爬波探头的晶片尺寸、晶片角度及探头前沿等进行优化设计，满足薄壁型材检测要求，具有较高的检测灵敏度。根据型材焊接结构设计了专用对比试块，在检测前标定焊道自身干扰和型材结构干扰信号位置和幅度，排除非缺陷信号对检测结果的干扰，进而得到焊缝内清晰的缺陷信号，能够有效排除型材结构的干扰。

技术领域

本发明专利涉及薄壁型材对接焊缝构件中结构复杂型材焊缝的无损检测领域，提供一种基于超声爬波探伤原理，通过特殊制作爬波探头、专用对比试块及检测工艺，用于铝合金薄壁型材对接焊缝中缺陷检测的方法。

背景技术

随着我国高速铁路事业的快速发展，车体轻量化已经成为提高列车速度的关键。密度小、塑性好、比强度高的铝合金薄壁型材构件正被大量应用到高速列车中。列车车体的铝合金焊接新方法成为近些年轨道交通制造领域研究的新热点。高速列车车体铝合金薄板焊接结构复杂，为带垫板型材插接式，在单面采用激光-MIG复合焊焊接而成的对接焊缝结构，型材厚度较薄(一般为2～4mm)，带有焊缝余高，焊缝与型材支撑结构距离较近，可供实施检测操作的空间有限。常见缺陷多为近下表面的根部未焊透、内部气孔和内部裂纹等，这些缺陷的存在减小焊缝的有效承压面积，影响焊缝抗拉强度和疲劳强度，车体使用过程中存在着极大的安全隐患。采用先进的无损检测方法或技术对铝合金薄板激光焊缝进行高效、可靠、准确的检测与评价是非常必要的。

超声检测方法具有设备简单、检测速度快、灵敏度高等优点，且对面积性缺陷具有较高的检测灵敏度，因此已经形成了诸多检测标准。其中，NB/T47013.3中和GB/T11345分别规定了厚度为6mm～25mm和板厚为 8mm～25mm的对接焊缝超声检测法，推荐采用横波直射法和一次反射法，斜探头的折射角范围63°～72°(K值2.0～3.0)，推荐频率是4～5MHz和1～5MHz。常规横波检测无法应用于薄板对接接头的检测。原因在于：(1)由于板厚薄，横波的直射波和一次反射波的声程太短，处于声场近场区，信号发生混叠或处于检测盲区中，结果分析难度极大。(2)由于焊缝余高影响，横波检测对接焊缝时易形成“山形”伪缺陷干扰波，影响缺陷的判定。尤其在薄板检测时，影响更为明显。(3)利用横波的多次反射波进行检测，会因反射次数增加，能量衰减大，检测灵敏度降低。相控阵检测方法多用于摩擦搅拌焊焊接质量检测，因受焊缝形貌影响较大，检测时须打平余高。超声Lamb波在传播过程中会发生模态转换、频散和能量衰减，且Lamb对焊缝形貌变化敏感，检测结果混叠信号多，分析难度大。超声表面波对表面缺陷敏感，余高和焊道的不平整都会干扰检测结果分析。综上所述，对于板厚6mm的薄壁型材对接焊缝的超声检测方法还有待完善和开发新的检测技术。

发明内容

为了解决铝合金薄壁型材焊缝质量检测的问题，本发明根据超声爬波探伤原理，结合铝薄壁型材焊缝结构特点，通过特殊制作爬波探头、专用对比试块及检测工艺，用于铝合金薄壁型材对接焊缝中缺陷检测的方法。在本发明中，特殊设计的爬波探头可以很好的适应检测空间限制，有效避开型材结构干扰；根据型材焊接结构设计的专用对比试块，可以在检测前期提前标定焊道自身干扰和型材结构干扰信号位置和幅度，排除非缺陷信号对检测结果的干扰，进而得到焊缝内清晰的缺陷信号；根据铝合金薄壁型材焊缝缺陷类型，在实际焊接样板上设计制作人工缺陷试块，验证超声爬波检测工艺的有效性。

本发明公开了一种基于超声爬波探伤原理，通过特殊制作爬波探头、专用对比试块及检测工艺，用于铝合金薄壁型材对接焊缝中缺陷检测的方法，包括以下步骤：

步骤1)将模拟铝合金薄壁型材对接焊缝的焊接结构试块放置于水平检测工作台上，并在焊缝结构对比试块平板侧(非垫板侧)靠近模拟焊缝位置，沿着焊缝方向涂抹耦合液；

步骤2)将制作的爬波探头放置在焊缝结构对比试块平板侧，探头前沿靠近模拟焊缝边沿，且平行于焊缝匀速移动；

步骤3)根据垫板与探头爬波检测时的声程距离，设置检测闸门，移动探头的时候，同时观察检测闸门附近的超声信号；