一種超聲相控陣測(cè)量u肋焊縫熔深的方法
【專利摘要】<b/>一種超聲相控陣測(cè)量U肋焊縫熔深的方法，其利用一個(gè)超聲波探頭掃查焊縫，依據(jù)超聲波聲學(xué)特性，根據(jù)U肋焊縫熔深處的回波信號(hào)的入射角度、聲程及板厚計(jì)算出探頭距離焊縫熔深處的水平距離，測(cè)量出此時(shí)探頭離U肋板的距離后，減去探頭前沿值精確地得出U肋焊縫熔深數(shù)值。本發(fā)明方法讀數(shù)直觀、準(zhǔn)確率高、實(shí)用性強(qiáng)，可以滿足鋼橋梁板單元U肋焊縫熔深的測(cè)量。
【專利說明】一種超聲相控陣測(cè)量U肋焊縫熔深的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種橋面板U型肋角焊縫熔深的超聲波相控陣檢測(cè)方法，可以滿足鋼橋梁板單元U肋焊縫熔深的測(cè)量，屬于鋼橋梁制造領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]正交異性鋼橋面板直接承受輪載作用時(shí)，U肋與面板之間會(huì)發(fā)生較大的面外變形。由于面板與U肋的板厚相對(duì)較小，面外變形在U肋與面板的連接焊縫處會(huì)引起較高的局部彎曲應(yīng)力。焊縫頻繁承受較大的彎曲拉應(yīng)力，就會(huì)產(chǎn)生疲勞裂紋，據(jù)統(tǒng)計(jì)U肋與橋面板焊縫處疲勞裂紋占鋼橋面損傷的18.9%，所以U肋角焊縫是影響正交異性鋼橋面板疲勞性能最為重要的因素之一。
[0003]—般鋼橋面板U肋厚度為8mm,設(shè)計(jì)熔透深度要求大于80%,未焊透不大于1.6mm,又不焊漏，見圖1。通常情況下，U肋焊縫采用磁粉檢測(cè)，受檢測(cè)方法所限，只能對(duì)U肋焊縫表面和近表面焊接缺陷做出判斷，而焊縫熔深沒有辦法檢測(cè)。
針對(duì)U肋角焊縫熔深檢測(cè)存在的情況，進(jìn)行超聲波相控陣檢測(cè)試驗(yàn)，通過制作模擬試件，將檢測(cè)數(shù)據(jù)和實(shí)際的切片數(shù)據(jù)相對(duì)比，指導(dǎo)進(jìn)行超聲波相控陣檢測(cè)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于開發(fā)一種U肋焊縫超聲波相控陣熔深檢測(cè)方法、熔深效驗(yàn)試塊、檢測(cè)定位樣板，實(shí)現(xiàn)U肋焊縫熔深檢測(cè)及控制焊接熔深。
一種超聲相控陣測(cè)量U肋焊縫熔深的方法，其利用一個(gè)超聲波探頭掃查焊縫，依據(jù)超聲波聲學(xué)特性，根據(jù)U肋焊縫熔深處的回波信號(hào)的入射角度、聲程及板厚計(jì)算出探頭距離焊縫熔深處的水平距離，測(cè)量出此時(shí)探頭離U肋板的距離后，減去探頭前沿值精確地得出U肋焊縫熔深數(shù)值。
[0005]所述超聲波探頭為相控陣探頭，并且掃查按照扇形掃查進(jìn)行，扇形的入射角度為30° ~80°，角度步進(jìn)最小為每隔0.1°進(jìn)行激發(fā)；通過相控陣分析軟件測(cè)量得出熔深反射信號(hào)的時(shí)間、聲程、水平距離、深度的數(shù)據(jù)，最后通過對(duì)相控陣探頭的放置位置尺寸，測(cè)量出U肋焊縫的實(shí)際熔深值。
[0006]采用專用的定位樣塊確定探頭距U肋板的距離并使探頭在檢測(cè)過程中位置固定，所述定位樣塊為“7”字形，且外側(cè)具有兩個(gè)直角邊用于確定探頭距U肋板的距離，內(nèi)側(cè)兩個(gè)邊與U肋板夾角吻合使探頭在檢測(cè)過程中位置固定。
[0007]優(yōu)先推薦的探頭入射角度35° ~55°，角度步進(jìn)設(shè)置為0.1°。
[0008]進(jìn)行工件的熔深檢測(cè)前還進(jìn)行檢測(cè)系統(tǒng)的效驗(yàn)，并且按照如下方法進(jìn)行:
第一步:水平距離調(diào)校試塊
①制作試塊:采用與U肋焊縫底板同材質(zhì)、同厚度的材料加工試塊；
②效驗(yàn)方法:儀器檢測(cè)參數(shù)設(shè)置好后，相控陣探頭每隔1_且不少于3點(diǎn)，對(duì)試塊線切割槽進(jìn)行檢測(cè)，采集數(shù)據(jù)圖像后在相控陣數(shù)據(jù)分析中測(cè)量出水平距離的值，與探頭放置的水平距離值相一致；
第二步:U肋焊縫熔深效驗(yàn)
①采用與U肋焊縫底板同材質(zhì)材料制作效驗(yàn)試塊；
②效驗(yàn)方法
確定探頭到U肋板的距離后，選擇使用相應(yīng)的定位樣板，檢測(cè)U肋焊縫熔深試塊，采集數(shù)據(jù)圖像后在相控陣數(shù)據(jù)分析中測(cè)量熔深值，應(yīng)與試塊值一致。
[0009]本發(fā)明提供的一種橋面板U型肋角焊縫熔深的超聲波相控陣檢測(cè)方法，其讀數(shù)直觀、準(zhǔn)確率高、實(shí)用性強(qiáng)，可以滿足鋼橋梁板單元U肋焊縫熔深的測(cè)量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1 U肋焊縫示意圖；
圖2方案原理示意圖；
圖3測(cè)量示意圖；
圖4 U肋檢測(cè)定位樣塊示意圖；
圖5水平距離調(diào)校試塊及方法演示圖；
圖6為圖5中A部放大圖；
圖7效驗(yàn)試塊不意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0011]1、設(shè)計(jì)方案原理
依據(jù)超聲波聲學(xué)特性，根據(jù)U肋焊縫熔深處的回波信號(hào)的入射角度、聲程及板厚可計(jì)算出探頭2距離焊縫熔深處的水平距離，測(cè)量出此時(shí)探頭離U肋板I的距離后，減去探頭前沿值可精確地得出U肋焊縫熔深數(shù)值，見圖2。
[0012]相控陣探頭的激發(fā)原則為一個(gè)扇形掃查，扇形的入射角度可為30° ~80°，角度步進(jìn)最小可為每隔0.1°進(jìn)行激發(fā)。熔深反射信號(hào)的時(shí)間、聲程、水平距離、深度的數(shù)據(jù)能通過相控陣分析軟件測(cè)量得出，通過對(duì)相控陣探頭的放置位置尺寸，可測(cè)量出U肋焊縫的實(shí)際熔深值，見圖3。
[0013]2、探頭定位裝置
本檢測(cè)方法探頭距U肋板的距離直接影響到檢測(cè)精度，因U肋板與底板存在夾角且有焊縫的阻礙，探頭距U肋板的距離很難進(jìn)行測(cè)量，因此需要制作專用的定位樣塊3以確定探頭距U肋板的距離并使探頭在檢測(cè)過程中位置固定，見圖4。
[0014]3、扇形角度范圍的選擇
入射角度越大聲程就越大，誤差也會(huì)隨之增大。角度過小時(shí)，聲程變小，水平距離也小相控陣探頭就會(huì)因焊縫的尺寸阻擋無(wú)法將相控陣探頭放到位置，角度選擇能覆蓋焊縫即可，推薦35° ~55°，角度步進(jìn)設(shè)置為0.1°。
[0015]4、檢測(cè)系統(tǒng)的效驗(yàn)
4.1水平距離調(diào)校試塊及方法
①試塊:采用與U肋焊縫底板同材質(zhì)、同厚度(16mm)的材料加工，線切割定位槽型的對(duì)比試塊見圖5、圖6 ②效驗(yàn)方法
儀器檢測(cè)參數(shù)設(shè)置好后，相控陣探頭每隔Imm且不少于3點(diǎn)，對(duì)試塊線切割槽進(jìn)行檢測(cè)，采集數(shù)據(jù)圖像后在相控陣數(shù)據(jù)分析中測(cè)量出水平距離的值，應(yīng)與探頭放置的水平距離值相一致。
[0016]4.2 U肋焊縫熔深效驗(yàn)
①采用與U肋焊縫底板同材質(zhì)材料制作效驗(yàn)試塊。
[0017]②效驗(yàn)方法
確定探頭到U肋板的距離后，選擇使用相應(yīng)的定位樣板，檢測(cè)U肋焊縫熔深試塊，采集數(shù)據(jù)圖像后在相控陣數(shù)據(jù)分析中測(cè)量熔深值，應(yīng)與試塊值一致，見圖7。
[0018]相控陣檢測(cè)參數(shù)經(jīng)效驗(yàn)合格后方可進(jìn)行工件的熔深檢測(cè)。
[0019]經(jīng)過實(shí)際實(shí)驗(yàn)，本超聲波相控陣U肋焊縫熔深測(cè)量方法的實(shí)施效果如下:
①解決了目前無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量U肋焊縫熔深的問題；
②開發(fā)了一種U肋焊縫超聲波相控陣熔深的測(cè)定方法，有效控制了焊縫質(zhì)量。
[0020]③與編碼器同時(shí)使用時(shí)可對(duì)U肋焊縫進(jìn)行連續(xù)的C掃描檢測(cè)，大大提高檢測(cè)效率。
[0021]④超聲波相控陣U肋焊縫檢測(cè)數(shù)據(jù)以圖像形式顯示，直觀，易分辨，熔深測(cè)量通過計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行，降低了人為因素引起的測(cè)量誤差。
[0022]⑤檢測(cè)數(shù)據(jù)以數(shù)字化的模式存檔保存，可隨時(shí)調(diào)用查看。
[0023]⑥通過對(duì)U肋焊縫進(jìn)行超聲檢測(cè)，對(duì)焊工的工作狀態(tài)起到一定督促威懾作用。
【權(quán)利要求】
1.一種超聲相控陣測(cè)量U肋焊縫熔深的方法，其特征是利用一個(gè)超聲波探頭掃查焊縫，依據(jù)超聲波聲學(xué)特性，根據(jù)U肋焊縫熔深處的回波信號(hào)的入射角度、聲程及板厚計(jì)算出探頭距離焊縫熔深處的水平距離，測(cè)量出此時(shí)探頭離U肋板的距離后，減去探頭前沿值精確地得出U肋焊縫熔深數(shù)值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲相控陣測(cè)量U肋焊縫熔深的方法，其特征是超聲波探頭為相控陣探頭，并且掃查按照扇形掃查進(jìn)行，扇形的入射角度為30° ~80°，角度步進(jìn)最小為每隔0.1°進(jìn)行激發(fā)；通過相控陣分析軟件測(cè)量得出熔深反射信號(hào)的時(shí)間、聲程、水平距離、深度的數(shù)據(jù)，最后通過對(duì)相控陣探頭的放置位置尺寸，測(cè)量出U肋焊縫的實(shí)際熔深值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超聲相控陣測(cè)量U肋焊縫熔深的方法，其特征是采用專用的定位樣塊確定探頭距U肋板的距離并使探頭在檢測(cè)過程中位置固定，所述定位樣塊為“ 7 ”字形，且外側(cè)具有兩個(gè)直角邊用于確定探頭距U肋板的距離，內(nèi)側(cè)兩個(gè)邊與U肋板夾角吻合使探頭在檢測(cè)過程中位置固定。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲相控陣測(cè)量U肋焊縫熔深的方法，其特征是探頭入射角度35° ~55°，角度步進(jìn)設(shè)置為0.1°。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲相控陣測(cè)量U肋焊縫熔深的方法，其特征是進(jìn)行工件的熔深檢測(cè)前還進(jìn)行檢測(cè)系統(tǒng)的效驗(yàn)，并且按照如下方法進(jìn)行: 第一步:水平距離調(diào)校試塊 ①制作試塊:采用與U肋焊縫底板同材質(zhì)、同厚度的材料加工試塊； ②效驗(yàn)方法:儀器檢測(cè)參數(shù)設(shè)置好后，相控陣探頭每隔1_且不少于3點(diǎn)，對(duì)試塊線切割槽進(jìn)行檢測(cè)，采集數(shù)據(jù)圖像后在相控陣數(shù)據(jù)分析中測(cè)量出水平距離的值，與探頭放置的水平距離值相一致； 第二步:U肋焊縫熔深效驗(yàn) ①采用與U肋焊縫底板同材質(zhì)材料制作效驗(yàn)試塊； ②效驗(yàn)方法 確定探頭到U肋板的距離后，選擇使用相應(yīng)的定位樣板，檢測(cè)U肋焊縫熔深試塊，采集數(shù)據(jù)圖像后在相控陣數(shù)據(jù)分析中測(cè)量熔深值，應(yīng)與試塊值一致。
【文檔編號(hào)】G01B17/00GK104501750SQ201410775173
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月16日
【發(fā)明者】裴雪峰, 田建濱, 車平, 李軍平, 伍方明, 薛長(zhǎng)利 申請(qǐng)人:中鐵寶橋集團(tuán)有限公司