CN103487510B - 不等厚对接焊缝超声波检测缺陷定位方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机车车辆、工程机械、桥梁建筑等技术领域，尤其是一种不等厚对接焊缝超声波检测缺陷定位装置，包括设有探头的探头架、固定装置一、固定装置二、固定装置三和固定装置四，所述模拟的厚板底平面和模拟的焊缝母材上平面相互平行，所述模拟的焊缝母材上平面与模拟的厚板侧坡口面固定连接，所述模拟的厚板底平面与模拟的厚板侧削薄斜面固定连接，所述固定装置二上设有可水平移动的深度定位尺。在铁路装备制造、工程机械、桥梁建筑等，凡涉及钢结构焊接不等厚对接的超声波检测工作中，均存在实际的使用价值，为超声波检测的缺陷定位方法填补了一项空白，在超声波检测教学方面也具有填补工艺空缺的价值。

Description

不等厚对接焊缝超声波检测缺陷定位方法及装置

技术领域

本发明涉及机车车辆、工程机械、桥梁建筑等技术领域，尤其是一种不等厚对接焊缝超声波检测缺陷定位方法及装置。

背景技术

机车车辆、工程机械、桥梁建筑等各类钢结构焊缝中，常常有一种不等厚对接的焊缝，厚板一侧的母材采用单面削薄，从焊缝根部按一定的坡度过渡，使焊接处两侧厚度相等。该类焊缝超声波检测时，由于厚板侧底面斜面的存在，一次反射法检测时改变了声波固有传播路径，目前的检测缺陷定位方法只有计算法和实物试块对比法，在现场使用过程中，都存在操作困难和误差大的问题，影响检测结果，目前还没有较为合理的缺陷定位方法和定位装置。

发明内容

为了克服现有的不等厚对接焊缝厚板侧探伤缺陷定位方法的不足，本发明提供了一种不等厚对接焊缝超声波检测缺陷定位方法及装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种不等厚对接焊缝超声波检测缺陷定位装置，包括设有探头的探头架、用于固定模拟的厚板底平面和模拟的焊缝母材上平面的固定装置一、用于固定模拟反射声束的装置和水平刻度装置的固定装置二、用于固定模拟入射声束的装置和模拟反射声束的装置的水平刻度装置、用于固定探头架和模拟入射声束的装置的固定装置三和用于固定模拟的厚板底平面和模拟的焊缝母材上平面的固定装置四，所述模拟的厚板底平面和模拟的焊缝母材上平面相互平行，所述模拟的焊缝母材上平面与模拟的厚板侧坡口面固定连接，所述模拟的厚板底平面与模拟的厚板侧削薄斜面固定连接，所述固定装置二上设有可水平移动的深度定位尺；

A点为固定装置一1与模拟的厚板底平面2之间的连接点；

B点为固定装置一1与模拟的焊缝母材上平面3之间的连接点；

D点为深度定位尺14的上悬挂点；

E点为模拟的厚板侧坡口面5与模拟的厚板侧削薄斜面7的关节；

F点为模拟的厚板侧坡口面5与模拟的焊缝母材上平面3的连接点；

G点为导管一与导管二之间夹角控制装置与导管二的连接点；

H点为模拟入射声束的装置12与模拟反射声束的装置13的结合点；

I点为模拟的厚板侧削薄斜面7与模拟的厚板底平面2的连接点；

J点为模拟入射声束的装置12与固定装置三6之间的连接点；

K点为声束入射点；

L点为固定装置三6与探头架8之间的连接点；

M点为模拟的厚板底平面2与探头架8之间的连接点；

N、O为固定装置四9的固定装置；

P点为导管一与导管二之间夹角控制装置与导管一的固定点；

Q点为导管一和导管二之间的连接点。

一种不等厚对接焊缝超声波检测缺陷定位方法，该方法包括以下步骤：

一、根据焊缝结构（是指图2中实际的焊缝坡口结构），调节定位装置中的固定装置一、模拟的焊缝母材上平面、模拟的厚板侧坡口面、模拟的厚板侧削薄斜面，将A、F、I、N、O各连接点的旋钮旋紧固定；

二、根据探头的折射角，调节水平刻度装置、模拟入射声束的装置、模拟反射声束的装置、固定装置二、固定装置三，将G、J、K、L各连接点的旋钮旋紧固定；

三、探伤过程中，发现疑似缺陷反射波后，将探头固定在探头架上，调节探头架的位置，使探头入射点对准调节水平刻度装置、模拟入射声束的装置的交点，即水平刻度装置、模拟入射声束的装置的零点，旋紧旋钮；

四、将定位装置与焊缝纵轴垂直放置，探头位于厚板侧表面，根据对焊缝端面的观测，找出定位装置中E点的水平位置，使其与实际不等厚对接焊缝坡口结构中的A点在垂直方向重合，将实际不等厚对接焊缝坡口结构中固定装置一1固定；

五、在探测面上前后移动探头，找出疑似缺陷最高反射波，读出示波器上的声程，单位为mm；

六、声程减去从模拟入射声束的装置的零点算起、到模拟反射声束的装置的下侧面下端角的读数，单位为mm，得到一个声程数值，即为模拟反射声束的装置上的声程，从模拟反射声束的装置上找出这个读数的位置，水平移动深度定位尺，使其右平面对准模拟反射声束的装置上的读数位置；

七、从深度定位尺的零点算起，到与模拟反射声束的装置下侧面的交点读数即为缺陷的埋藏深度，从水平刻度装置的零点算起，到与深度定位尺的右平面的交点读数即为缺陷的水平位置，缺陷定位完成，可记录并返修；

八、当缺陷的水平位置，模拟反射声束的装置、深度定位尺的交点位置在焊缝平面的垂直投影在焊缝及热影响区域之外的位置时，反射波基本上是由形状波或变型波组成，反射波为非缺陷波。

本发明的有益效果是，在铁路装备制造、工程机械、桥梁建筑等，凡涉及钢结构焊接不等厚对接的超声波检测工作中，均存在实际的使用价值，为超声波检测的缺陷定位方法填补了一项空白，在超声波检测教学方面也具有填补工艺空缺的价值。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明定位装置的结构示意图；

图2是不等厚对接焊缝坡口结构图。

图中1、固定装置一，2、模拟的厚板底平面，3、模拟的焊缝母材上平面，4、固定装置二，5、模拟的厚板侧坡口面，6、固定装置三，7、模拟的厚板侧削薄斜面，8、探头架，9、固定装置四，11、水平刻度装置，12、模拟入射声束的装置，13、模拟反射声束的装置，14、深度定位尺，15、夹角控制装置，101、导管一，102、导管二。

具体实施方式

图1中，1为固定装置一（可用带开关的磁铁）；2为模拟的厚板底平面（上表面为焊缝底面基准）；3为模拟的焊缝母材上平面（上表面为焊缝母材上平面基准）；4为模拟入射声束的装置12与水平刻度装置11之间的固定装置二，101为套住水平刻度装置11并可与水平刻度装置11之间滑移的导管一，102为套住模拟反射声束的装置13并可与模拟反射声束的装置13之间滑移的导管二，导管一101、导管二102之间通过夹角控制装置15控制角度，G点为旋紧控制装置，通常采用旋钮旋紧；5为模拟的厚板侧坡口面；6为探头架8与模拟入射声束的装置12之间的固定装置三（可调）；7为模拟的厚板侧削薄斜面（上侧表面为母材斜面基准）；8为探头架（可带动模拟声束水平移动）；9为上下模拟平面固定装置四，11、水平刻度装置，12、模拟入射声束的装置，13、模拟反射声束的装置，14、深度定位尺。

导管一101和导管二102之间用铰链连接，导管二102可绕Q点旋转，夹角控制装置15为一半圆支架，下端与导管一101固定连接，上端与导管二102之间通过旋钮G活连接，导管一101和导管二102之间夹角可调节，调节到位后通过旋钮G压紧，压紧后夹角固定。导管一101和导管二102内为空腔，导管二102套住模拟反射声束的装置13，导管一101套住水平刻度装置11，导管一101与水平刻度装置11之间、导管二102与模拟反射声束的装置13之间都可以相对滑动。

图2中，焊缝的坡口面角为α，T1为薄板板厚，T2为厚板板厚，AB为厚板削薄后的斜面。厚板侧超声检测时，直射波入射到AB面，反射后，改变了传播规律，使缺陷难以定位。

图1中的水平刻度装置11、模拟入射声束的装置12、模拟反射声束的装置13、深度定位尺14为带刻度的标尺，其中，11是水平刻度装置，与导管一101、导管二102、夹角控制装置15、模拟反射声束的装置13一起构成固定装置二4，刻度尺的零点在右侧，即探头架8的左侧垂直面，与探头入射点垂直方向平齐；模拟入射声束的装置12为模拟的入射声束，带刻度，刻度的零点与水平刻度装置11重合，基准面为上侧面；模拟反射声束的装置13为模拟的反射声束，带刻度，刻度的零点以模拟入射声束的装置12的上侧面开始，基准面为下侧面；深度定位尺14可水平任意移动，基准在右侧面，零点是模拟的焊缝上平面。

图1中，A为固定装置一1与模拟的厚板底平面2之间的连接点，模拟的厚板底平面2可根据厚板板厚上下移动，在A点旋紧固定；B为固定装置一1与模拟的焊缝母材上平面3之间的连接点，不可动；D是深度定位尺14的上悬挂点，使深度定位尺14不至于掉落；E是模拟的厚板侧坡口面5与模拟的厚板侧削薄斜面7的关节，可旋转，现场定位时，E点必须与图2中的A点垂直对齐；F是模拟的厚板侧坡口面5与模拟的焊缝母材上平面3的连接点，焊缝结构确定后即将其固定；G是导管一101、导管二102及夹角控制装置15之间的连接点，当探头角度确定后，模拟反射声束的装置13与水平刻度装置11之间的夹角就确定了，将G点旋紧固定，模拟反射声束的装置13带动固定装置二4左右移动，模拟反射声束的装置13本身可在导管二102内滑移，水平刻度装置11可在导管一101内滑移；H是模拟入射声束的装置12与模拟反射声束的装置13的结合点，不采用任何连接，模拟反射声束的装置13的左下角为支撑点，由模拟入射声束的装置12的移动与模拟的厚板侧削薄斜面7一起推动模拟反射声束的装置13左右及升降动作，带动固定装置二4左右移动；I为模拟的厚板侧削薄斜面7与模拟的厚板底平面2的连接点，与图2中的B点对应，焊缝结构确定后，该点旋紧固定；J为模拟入射声束的装置12与固定装置三6之间的连接点，探头折射角确定后即旋紧固定；K为声束入射点，模拟入射声束的装置12可移动，但探头折射角确定后模拟入射声束的装置12与探头架旋紧固定，探头架可在上平面槽内水平移动，水平刻度装置11、模拟入射声束的装置12、固定装置三6与探头架8之间没有相对动作，均同步移动，固定装置二4在模拟反射声束的装置13带动下左右移动；L为固定装置三6与探头架8之间的连接点，探头折射角确定后即旋紧固定；M为模拟的厚板底平面2与探头架8之间的连接点，不固定，探头架8在模拟的厚板底平面2槽内可水平滑动；N、O为固定装置四9的固定装置，板厚确定后，分别予以固定。图1中，A点、F点、G点、I点、J点、L点、N点和O点处通过旋钮旋紧固定。

不等厚对接焊缝超声波检测缺陷定位方法，包括以下步骤：

一、根据焊缝结构（是指图2中实际的焊缝坡口结构），调节图1中的固定装置一1、模拟的焊缝母材上平面3、模拟的厚板侧坡口面5、模拟的厚板侧削薄斜面7，将A、F、I、N、O各连接点的旋钮旋紧固定；

二、根据探头的折射角，调节水平刻度装置11、模拟入射声束的装置12、模拟反射声束的装置13、固定装置二4中的导管一101和导管二102、固定装置三6，将G、J、K、L各连接点的旋钮旋紧固定；

三、探伤过程中，发现疑似缺陷反射波后，将探头固定在探头架8上，调节探头架8的位置，使探头入射点对准调节水平刻度装置11、模拟入射声束的装置12的交点（即水平刻度装置11、模拟入射声束的装置12的零点），旋紧旋钮；

四、将定位装置与焊缝纵轴垂直放置，探头位于厚板侧表面，根据对焊缝端面的观测，找出图2中A点的水平位置，使其与图1中的E点在垂直方向重合，将图1中固定装置一1固定；

五、在探测面上前后移动探头，找出疑似缺陷最高反射波，读出示波器上的声程（单位为mm）；

六、声程减去从模拟入射声束的装置12的零点算起、到模拟反射声束的装置13的下侧面下端角的读数(单位为mm)，得到一个声程数值，即为模拟反射声束的装置13上的声程，从模拟反射声束的装置13上找出这个读数的位置，水平移动深度定位尺14，使其右平面对准模拟反射声束的装置13上的读数位置；

七、从深度定位尺14的零点算起，到与模拟反射声束的装置13下侧面的交点读数即为缺陷的埋藏深度，从水平刻度装置11的零点算起，到与深度定位尺14的右平面的交点读数即为缺陷的水平位置，缺陷定位完成，可记录并返修；

八、当缺陷的水平位置(模拟反射声束的装置13、深度定位尺14的交点位置)在焊缝平面的垂直投影在焊缝及热影响区域之外的位置时，反射波基本上是由形状波或变型波组成，反射波为非缺陷波。

本方法通过设计一种不等厚对接焊缝超声波检测缺陷定位装置，该装置利用几何学原理，结合焊缝厚板侧坡口形状及削薄结构形式，将超声波示波器上的声程读数直接转化成装置上的水平和深度读数，实现焊缝内部缺陷的定位，使用方便，定位精确，适用于所有类型不等厚对接焊缝厚板侧平面一次反射法检测。

不等厚对接焊缝超声波检测缺陷定位装置为一种全新的结构，操作简便，四个标尺可读出缺陷定位需要的全部位置数据，与超声波检测的其他任何辅助装置均没有雷同；

将装置固定在焊缝两侧，现场不需要任何辅助标尺，利用装置读数，不用计算，解决了计算法的繁琐与不实用问题，避免了实物对比法的定位误差。

Claims (2)

1.一种不等厚对接焊缝超声波检测缺陷定位装置，其特征是，包括设有探头的探头架（8）、用于固定模拟的厚板底平面（2）和模拟的焊缝母材上平面（3）的固定装置一（1）、用于固定模拟反射声束的装置（13）和水平刻度装置（11）的固定装置二（4）、用于固定模拟入射声束的装置（12）和模拟反射声束的装置（13）的水平刻度装置（11）、用于固定探头架（8）和模拟入射声束的装置（12）的固定装置三（6）和用于固定模拟的厚板底平面（2）和模拟的焊缝母材上平面（3）的固定装置四（9），所述模拟的厚板底平面（2）和模拟的焊缝母材上平面（3）相互平行，所述模拟的焊缝母材上平面（3）与模拟的厚板侧坡口面（5）固定连接，所述模拟的厚板底平面（2）与模拟的厚板侧削薄斜面（7）固定连接，所述固定装置二（4）上设有可水平移动的深度定位尺（14）和控制水平刻度装置（11）与模拟反射声束的装置（13）的夹角的导管一（101）和导管二（102）及夹角控制装置（15）；

A点为固定装置一（1）与模拟的厚板底平面（2）之间的连接点；

B点为固定装置一（1）与模拟的焊缝母材上平面（3）之间的连接点；

D点为深度定位尺（14）的上悬挂点；

E点为模拟的厚板侧坡口面（5）与模拟的厚板侧削薄斜面（7）的关节；

F点为模拟的厚板侧坡口面（5）与模拟的焊缝母材上平面（3）的连接点；

G点为导管一（101）与导管二（102）之间夹角控制装置（15）与导管二（102）的连接点；

H点为模拟入射声束的装置（12）与模拟反射声束的装置（13）的结合点；

I点为模拟的厚板侧削薄斜面（7）与模拟的厚板底平面（2）的连接点；

J点为模拟入射声束的装置（12）与固定装置三（6）之间的连接点；

K点为声束入射点；

L点为固定装置三（6）与探头架（8）之间的连接点；

M点为模拟的厚板底平面（2）与探头架（8）之间的连接点；

N、O为固定装置四（9）的固定装置；

P点为导管一（101）与导管二（102）之间夹角控制装置（15）与导管一（101）的固定点；

Q点为导管一（101）与导管二（102）之间的连接点。

2.一种使用权利要求1所述装置的定位方法，其特征是，该方法包括以下步骤：

一、根据焊缝结构，调节定位装置中的固定装置一（1）、模拟的焊缝母材上平面（3）、模拟的厚板侧坡口面（5）、模拟的厚板侧削薄斜面（7），将A、F、I、N、O各连接点的旋钮旋紧固定；

二、根据探头的折射角，调节水平刻度装置（11）、模拟入射声束的装置（12）、模拟反射声束的装置（13）、固定装置二（4）、固定装置三（6），将G、J、K、L各连接点的旋钮旋紧固定；

三、探伤过程中，发现疑似缺陷反射波后，将探头固定在探头架（8）上，调节探头架（8）的位置，使探头入射点对准调节水平刻度装置（11）、模拟入射声束的装置（12）的交点，即水平刻度装置（11）、模拟入射声束的装置（12）的零点，旋紧旋钮；

四、将定位装置与焊缝纵轴垂直放置，探头位于厚板侧表面，根据对焊缝端面的观测，找出定位装置中E点的水平位置，使其与实际不等厚对接焊缝坡口结构中的A点在垂直方向重合，将定位装置中的固定装置一（1）固定，A点为不等厚对接焊缝坡口处厚板T2削薄后AB面的A点；

五、在探测面上前后移动探头，找出疑似缺陷最高反射波，读出示波器上的声程，单位为mm；

六、声程减去从模拟入射声束的装置（12）的零点算起、到模拟反射声束的装置（13）的下侧面下端角的读数，单位为mm，得到一个声程数值，即为模拟反射声束的装置（13）上的声程，从模拟反射声束的装置（13）上找出这个读数的位置，水平移动深度定位尺（14），使其右平面对准模拟反射声束的装置（13）上的读数位置；

七、从深度定位尺（14）的零点算起，到与模拟反射声束的装置（13）下侧面的交点读数即为缺陷的埋藏深度，从水平刻度装置（11）的零点算起，到与深度定位尺（14）的右平面的交点读数即为缺陷的水平位置，缺陷定位完成；

八、当缺陷的水平位置，模拟反射声束的装置（13）、深度定位尺（14）的交点位置在焊缝平面的垂直投影在焊缝及热影响区域之外的位置时，反射波基本上是由形状波或变型波组成，反射波为非缺陷波。