薄壁焊縫的超聲板波檢測方法研究1.pdf

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1、增刊應用基礎與工程科學學報Supplement2005年10月JOURNALOFBASICSCIENCEANDENGINEERINGOctober2005文章編號:100520930(2005)20124206中圖分類號:TH82文獻標識碼:A薄壁焊縫的超聲板波檢測方法研究何清,陳國光,田曉麗(中北大學機械電子工程系,山西太原030051)摘要:針對高壓薄壁焊接鋼筒工件的內(nèi)部質量檢測問題,通過對五種常規(guī)無損檢測方法的比較,確定了采用超聲波板波法的優(yōu)點.本介紹了板波的原理、特點、速度與入射角的關系、模式的能流分部并繪制了能流分部圖.以高壓薄壁焊接鋼筒檢

2、測為例進行了現(xiàn)場試驗,并以X射線檢測復測來確認板波檢測的可靠性,對比試驗結果證明,超聲波板波法可有效的發(fā)現(xiàn)高壓薄壁焊接鋼筒焊縫內(nèi)部缺陷,并可實現(xiàn)快速在線檢測,具有廣闊的應用前景.關鍵詞:超聲檢測;板波;薄壁;鋼筒高壓薄壁焊接鋼筒的形成過程為:薄板→卷圓→焊接→輥壓→成型.由于鋼筒焊接過程中可能會在焊接區(qū)形成各種缺陷,而鋼筒使用過程中又承受較大壓力,因此需要對其焊縫進行100%檢測.對于焊縫,目前已有多種檢測手段,比較常見的有:射線檢測、渦流檢測、磁粉檢測、滲透檢測、超聲檢測等技術.常見的五種方法中,磁粉、滲透、渦流、主要是檢測表面或近表面缺陷,對于焊

3、縫內(nèi)部缺陷的檢測采用較多是射線和超聲檢測,而射線檢測成本高、效率低、不適合批量檢測,超聲檢測是采用較多的另一種檢測方法,但對于薄板焊縫的檢測,還沒有一種成熟的技術和方法可供借鑒,針對這種情況,在理論分析和實踐的基礎上,我們提出了采用超聲板波法進行檢測,從而達到了對鋼筒焊縫的檢測目的.1超聲板波檢測原理1.1板波的產(chǎn)生機理眾所周知,超聲波以一定的入射角傾斜入射到薄板中,在板厚與波長相當?shù)谋“逯袀鞑サ牟ǚQ為板波.要產(chǎn)生較強的板波,就要使探頭楔塊中的振動與薄板中的振動產(chǎn)生共振,當楔塊中的縱波波長λ與薄板中圖1板波的產(chǎn)生LFig11Generationofp

4、latewave的板波波長λ相對應時楔塊中的振動就會與薄板中P的振動產(chǎn)生共振,從而產(chǎn)生較強的板波,如圖1所示.1.2板波的特點板波的傳播按照質點振動軌跡的不同,分為對稱型(S型)和非對稱型(A)兩種.如圖2所示.作者簡介:何清,(1966—),男,在職博士研究生.?8何清等:薄壁焊縫的超聲板波檢測方法研究125對稱型(S型)板波的特點是:薄板中心質點作縱向振動,上下表面質點作橢園運動,振動相位相反并對稱于中心.非對稱型(A型)板波的特點是:薄板中心質點作橫向振動,上下表面質點作橢園運動,并相位相[1]同不對稱.1.3板波的反射板波在薄板中傳播時,遇到

5、板的端部或缺陷同樣會產(chǎn)生反射,而且會產(chǎn)生波型轉換.反射波經(jīng)過探頭轉換成電脈沖,在探傷儀的示波屏上顯示出來.反射的聲能大小,決定于聲阻抗變化之差,聲阻抗的有效值又等于傳聲介質的密度值與超聲波在介質中傳播速度的乘積,而在缺陷的邊緣聲阻抗變化最圖2薄板中板波傳播示意圖Fig.2Sketchmapofplatewavetransmissioninthinplate大,因而缺陷反射回波就在這里形成.1.4板波的速度與入射角當介質一定時,板波的傳播速度C與頻率(f)和板厚[2](d)以及入射角(α)有關.在一定的情況下可以有多種速度與波型存在,當頻率與板厚(f×

6、d)值確定時,隨聲波入射角的不同,所得到的板波類型和模數(shù)也不同,而當聲波入射角一定時,隨頻率與板厚(f×d)值圖3鋼板中相速度和頻率×板厚的關系的改變,所得到的板波速度也Fig.3Relationbetweenphasevelocityandfrequency×plate隨之改變.如圖3—圖5所示.sicknessinsteelplate圖4鋼板中群速度和頻率×板厚的關系FRyfqy×?1994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www

7、.cnki.net126應用基礎與工程科學學報圖5鋼板中入射角和頻率×板厚的關系Fig.5Relationbetweenentranceangleandfrequency×platesicknessinsteelplate當超聲波束斜入射于介質時,其入射角與板波的相速度有如下關系:CLsinα=CP其中CL為逶聲斜楔中的縱波波速;CP為薄板中的板波相速度.2試驗方案研究由鋼板中入射角和頻率×板厚的關系曲線圖和以上公式可知:當板厚和頻率確定后,可使用的探頭角度較多(見表1).選用那種角度最佳,也就是選用那種角度做為入射角,即能將板材和焊縫中的缺陷檢出而

8、又不漏檢.此入射角就為最佳入射角.因此,必須對所選的角度做能流分布測試.表1從板波曲線族中查到頻率、板厚、入