CN102435675A - 不等厚板对接焊缝超声tofd技术检测方法 - Google Patents

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Abstract

一种不等厚板对接焊缝超声TOFD技术检测方法，方法步骤为：步骤一：发射探头放置于不等厚板对接焊缝部件厚板上平面，接收探头放置于不等厚板对接焊缝部件薄板上平面；步骤二：探头角度和探头间距的确定与传统TOFD方法一样；步骤三：发射探头首先在厚板中产生一定角度的入射纵波；步骤四：结束于底面回波；步骤五：求解出缺陷深度。本发明的技术效果是：新的TOFD工艺对不等厚度板对接焊缝部件的检查，会出现新的直通波代替传统平面消失的直通波，从而可以实现对缺陷识别和定位，拓宽了TOFD检查对象的范围。

Description

不等厚板对接焊缝超声TOFD技术检测方法
技术领域
本发明涉及一种不等厚板对接检测方法，尤其涉及一种不等厚板对接焊缝超声TOFD技术检测方法。
背景技术
时差衍射法，也称TOFD法，是一种基于超声波与缺陷端部的相互作用，此相互作用的结果：在相当大的角度范围发射衍射波。检出衍射波就能确定缺陷的存在以及缺陷的埋深和长度等。在具体检测过程中，设定直通波（即近表面爬波）和一次底面回波为检测范围，以保证检测区域完全覆盖工件，适用于一定厚度的平板焊缝工件检测。但对于不等厚板焊缝工件，由于工件结构原因，传统意义上的直通波消失，即无法进行TOFD检测。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种不等厚板对接焊缝超声TOFD技术检测方法，本方法解决现有的TOFD技术无法对不等厚板焊缝部件进行检测的问题，对TOFD技术进行拓展，以达到扩大TOFD技术检测范围的目的。
本发明是这样来实现的，方法步骤为：
步骤一：发射探头放置于不等厚板对接焊缝部件厚板上平面，接收探头放置于不等厚板对接焊缝部件薄板上平面；
步骤二：探头角度和探头间距的确定与传统TOFD方法一样，但工件参考厚度以不等厚板对接焊缝部件厚板厚度                                                
Figure 2011102838749100002DEST_PATH_IMAGE001
为选择标准；
步骤三：发射探头首先在厚板中产生一定角度的入射纵波，并在两板连接端点A处衍射出沿焊缝和薄板表面传播的下表面直通波，将厚板中的入射纵波和对接端点衍射出的下表面直通波作为整个不等厚板对接焊缝TOFD检测的直通波，根据被检部件材料属性和几何尺寸确定直通波和底面反射波，根据传播时间找出上述波形，并可设置D扫图像检测范围，根据几何关系计算出直通波和底面反射回波的时间；
步骤四：对不等厚板焊缝进行TOFD方法的非平行D扫查，设置D扫查范围起始于直通波，结束于底面回波；
步骤五：当焊缝区域有缺陷时，直通波和底面回波之间会出现缺陷波，以直通波为基准波，读取缺陷波与新的直通波到达时间差，联立公式
Figure 286633DEST_PATH_IMAGE002
度。
本发明的技术效果是：新的TOFD工艺对不等厚度板对接焊缝部件的检查，会出现新的直通波代替传统平面消失的直通波，从而可以实现对缺陷识别和定位，拓宽了TOFD检查对象的范围。
附图说明
图1 不等厚对接焊板超声TOFD检测时示意图；
图2 不等厚对接焊板超声TOFD检测有限元模拟的波场快照；
图3不等厚对接焊板超声TOFD检测有限元模拟得到的接收A型信号；
图4不等厚对接焊板超声TOFD检测实验测试得到的接收A型信号。
具体实施方式
结合本发明方法的内容提供以下数值仿真和实验测试得到的实施例：
一）         数值仿真例
1）              建立如图1所示的阶梯型试块的有限元模型进行不等厚板焊缝构件的TOFD检测，其中，与试块对应的有限元模型几何尺寸参数如表1所示，有限元模型材料为钢。在对接处距离薄板上表面深为D=5mm的横通孔的直径为1mm。
表1
针对该方法，制作一阶梯人工缺陷试块，高平面厚度
Figure 266090DEST_PATH_IMAGE001
为20mm，底平面厚度为10mm，缺陷埋深5mm。选择纵波折射角为60°的探头，探头距阶梯处长度S1、S2都为10mm。所得新方法TOFD的A信号如图2所示。缺陷波相位与直通波相位相反，则缺陷波和直通波的时间间隔将由1.15
Figure 2011102838749100002DEST_PATH_IMAGE005
处缺陷波的第一个负相位峰值和0.45
Figure 858877DEST_PATH_IMAGE005
处直通波的第一个正相位峰值确定，即间隔时间为0.7
Figure 316403DEST_PATH_IMAGE005
，得针对缺陷波和新直通波时间间隔，联立上文所述公式求解缺陷深度D为5.29mm，与真实深度绝对误差不超过0.3mm。
2）              在发射探头处施加激励信号，激发折射角度为60°的入射纵波，图2（a）-（e）为模拟的声波波场传播快照图。从图2（c）可以看出不等厚板连接端点A处衍射出新的沿薄板上表面传播的直通波，斜入射纵波加上此直通波即可构成检测整个构件的直通波参考波。图2（d）显示了入射纵波在人工缺陷横孔B处产生的衍射信号过程。图2（e）显示了入射纵波到底面产生的反射回波。
3）              接收信号分析：最先到达接收探头信号是斜入射纵波经连接端点A产生的沿薄板上表面传播的直通波，紧随其后的为缺陷衍射回波，再次为斜入射纵波经底面的反射回波，三种波的具体声路如图1中声路1、声路2、声路3所示。
图1中S2’为S2关于底面的对称投影，由三角几何关系可知三种路径的声程分别为：
Figure 2011102838749100002DEST_PATH_IMAGE006
4）              根据表1参数，提取的TOFD检测A型信号如图3所示，第一个波形出现的时间在4.20μs，与理论时间4.16μs吻合，第二个缺陷波与第一个基准波时间差为0.83μs，与理论时间间隔0.87μs基本吻合，第三个底面回波与第一个基准波时间
5）              差值为2.02μs，与理论间隔时间2.06μs基本吻合。
二）实验测试例
1）制作一块如图1所示的不等厚钢板对接焊缝试样，其中，试块几何尺寸参数如表1所示。在对接处距离薄板上表面深度为D=5mm处所加工横通孔直径为1mm。
2）采用晶片直径8mm、角度为60°TOFD探头，S1、S2分别设置为20mm和10mm，获取得到的A扫数据波形如图4所示。横通孔衍射波缺陷波与直通波时间间隔为0.7μs，针对缺陷波和新直通波时间间隔，利用公式(1)和(2)联立求解缺陷深度D为5.29mm，与试块加工深度D=5.00mm相比，误差小于0.3mm。

Claims (1)

1. 一种不等厚板对接焊缝超声TOFD技术检测方法，其特征是方法步骤为：
步骤一：发射探头放置于不等厚板对接焊缝部件厚板上平面，接收探头放置于不等厚板对接焊缝部件薄板上平面；
步骤二：探头角度和探头间距的确定与传统TOFD方法一样，但工件参考厚度以不等厚板对接焊缝部件厚板厚度                                               
Figure 2011102838749100001DEST_PATH_IMAGE001
为选择标准；
步骤三：发射探头首先在厚板中产生一定角度的入射纵波，并在两板连接端点A处衍射出沿焊缝和薄板表面传播的下表面直通波，将厚板中的入射纵波和对接端点衍射出的下表面直通波作为整个不等厚板对接焊缝TOFD检测的直通波，根据被检部件材料属性和几何尺寸确定直通波和底面反射波，根据传播时间找出上述波形，并可设置D扫图像检测范围，根据几何关系计算出直通波和底面反射回波的时间；
步骤四：对不等厚板焊缝进行TOFD方法的非平行D扫查，设置D扫查范围起始于直通波，结束于底面回波；
步骤五：当焊缝区域有缺陷时，直通波和底面回波之间会出现缺陷波，以直通波为基准波，读取缺陷波与新的直通波到达时间差，联立公式
Figure 2011102838749100001DEST_PATH_IMAGE003
度。
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Granted publication date: 20130724

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