CN108008010A - 一种斜入射平底孔反射的定量试块 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种斜入射平底孔反射的定量试块，试块为带有倾角的试块，所述的试块包括倾斜面、垂直面和底面，其中底面与水平面平行，垂直面与底面相垂直，倾斜面与底面形成一个倾斜夹角；垂直面设有若干平底孔，所述的平底孔沿着垂直面纵向分布，每一个平底孔均与底面相平行，上、下相邻的平底孔之间的距离相等；倾斜面设有与平底孔一一对应的斜探头射入孔；斜探头射入孔用于放置超声波倾斜测试探头，使超声波折射产生垂直入射到平底孔平面上的主声束，使得回波幅值最高，等效模拟焊缝坡口面积型缺陷反射特征。利用设计的试块，制作对应距离‑波幅曲线，满足对焊缝未熔合缺陷的检测。
Description
技术领域
本发明涉及焊缝检测的技术领域，具体地说是一种斜入射平底孔反射的定量试块，尤其涉及用于模拟焊缝坡口未熔合状态下的斜入射平底孔反射的定量试块。
背景技术
超声波斜入射焊缝无损检测中，需要对不同深度的相同直径反射体的回波幅值进行标定，这些反射体一般有横孔、平底孔、沟槽等。目前常用的平底孔反射体设置一般直接在焊缝坡口侧按照坡口角度设置不同规格的反射体，用于检测坡口未熔合缺陷时的缺陷灵敏度定量。
常用的平底孔反射体校准灵敏度存在的问题：
(1) 由于在焊缝试板上直接钻孔，钻孔深度不容易控制，如将平底孔平面设置到母材中和焊缝中，会导致超声波检测灵敏度出现偏差；另外，由于工件夹持的原因，其平底孔垂直度可能出现偏差。
(2) 平底孔在上表面及下表面区域熔合线面积型缺陷定量出现盲区，灵敏度无法全部覆盖，导致平底孔反射面不能反映全部坡口熔合面的反射情况。
因此，现在急需要一种结构简单，准确可靠的定量试块来解决现有方法的不足之处。
发明内容
本发明的目的在于提供一种斜入射平底孔反射的定量试块，它可克服现有技术中对比试块加工复杂、灵敏度低、误差大、体积大不便于携带和现场作业的问题，可制作距离-波幅曲线，满足对焊缝坡口未熔合缺陷的定量检测及现场校准，提高检出可靠性和定量精度。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种斜入射平底孔反射的定量试块，所述的定量试块是用于检测焊接坡口未熔合缺陷的，其特征在于：所述的试块为带有倾角的试块，所述的试块包括倾斜面、垂直面和底面，其中底面与水平面平行，垂直面与底面相垂直，倾斜面与底面形成一个倾斜夹角；垂直面设有若干平底孔，所述的平底孔沿着垂直面纵向分布，每一个平底孔均与底面相平行，上、下相邻的平底孔之间的距离相等；倾斜面设有与平底孔一一对应的斜探头射入孔；所述的斜探头射入孔用于放置超声波倾斜测试探头，并使得超声波倾斜测试探头产生的超声波折射垂直入射到平底孔平面上的主声束，产生最高回波幅值。
优选的，所述的平底孔设有开口端和封闭端，该封闭端沿水平面到倾斜面之间的距离为S，沿着垂直面从上至下，第一个平底孔的距离为S1，最后一个平底孔的距离为SN，S1、S2、……SN为等差数列，N为大于2的自然数。
优选的，设置于垂直面的每个平底孔的深度和孔径均相同，定量试块呈三角状，其两端设有倒角。
进一步，所述的倾斜面与底面形成的倾斜夹角为θ，超声波倾斜测试探头的折射角为90°-θ ；
当焊缝的厚度为T， SN 2T/cos(-)，上、下两个平底孔之间的垂直距离为L，L=(SN-SN-1)tan。倾斜夹角θ的范围值为20°-70°。
一种斜入射平底孔反射的定量试块的制备和验证方法，其特征在于：所述的方法包括如下步骤：a、首先根据焊缝坡口角度，同时得到焊缝坡口面角度，然后记录焊缝的厚度T；然后确定平底孔尺寸，并根据焊缝坡口面角度来确定倾斜夹角的角度为，并且确定检测使用的斜探头，根据检测标准选择相应频率和角度，调整斜探头的折射角为-，使超声波折射产生垂直入射到平底孔平面上的主声束，使得回波幅值最高，等效模拟焊缝坡口面积型缺陷反射特征；
b、选择合适的试块，并按照倾斜角度来加工倾斜面、垂直面和底面，其中底面与水平面平行，垂直面与底面相垂直；
c、确定平底孔的孔径和深度M，在垂直面对平底孔进行加工，保证上、下相邻的平底孔之间的垂直距离相同，同时保证从上至下每一个平底孔到倾斜面之间的距离S1、S2、……SN为等差数列，N为大于2的自然数；
d、对定量试块的整体外形进行修整，对三角形定量试块的两端尖角进行切除，形成两个倒角；
e、对试块进行验证，制作距离-波幅DAC曲线，完成对焊缝坡口未熔合缺陷的超声检测，通过距离-波幅曲线，还可以得到焊缝坡口两侧上表面及下表面区域盲区的检测灵敏度值，减少漏检区域，保证质量安全。
更进一步，c步骤中，SN 2T/cos(-)，上、下两个平底孔之间的垂直距离为L，L=(SN-SN-1)tan。
实施中，本发明的定量试块加工简单、灵敏度高，可制作精确的距离-波幅曲线，满足对焊缝坡口未熔合缺陷的定量检测及现场校准，提高检出可靠性和定量精度。
本发明的定量试块设计巧妙，同时在同一个平面对平底孔进行加工，孔与孔之间的垂直距离相同，每一个孔的加工深度相同，使得加工简便并且精度高，大大简化了加工的难度，并且保证从上至下每一个平底孔到倾斜面之间的距离S1、S2、……SN为等差数列，为进一步制作距离-波幅曲线提供精确的数据。
本发明设计的定量试块的倾斜夹角的角度根据实际坡口面角度进行调整，符合实际的坡口形状，同时调整斜探头的折射角为-，使超声波折射产生垂直入射到平底孔平面上的主声束，使得回波幅值最高，等效模拟焊缝坡口面积型缺陷反射特征。
附图说明
图1 本发明的所需要进行检测的焊缝坡口角度示意图。
图2 本发明一实施例的斜入射平底孔反射定量试块的结构示意图。
图3为图2的俯视图。
图4为图2的侧视图。
图5为本发明 30°斜入射平底孔反射定量试块的结构示意图。
图6为图5的俯视图。
图7为图5的侧视图。
图8本发明的斜探头60°折射角放置结构示意图。
图9为本发明实施例中平底孔1至平底孔7各点位置显示示意图。
图10为图7中各点连成距离-波幅曲线示意图。
附图标记
1倾斜面、2垂直面、3底面、4平底孔、5斜探头射入孔、6超声波倾斜测试探头、7倒角、8焊缝坡口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
本发明所述的是一种斜入射平底孔反射的定量试块，具体参见图1中的结构，所述的定量试块是用于检测焊接坡口未熔合缺陷的，其特征在于：所述的试块为带有倾角的试块，所述的试块包括倾斜面、垂直面和底面，其中底面与水平面平行，垂直面与底面相垂直，倾斜面与底面形成一个倾斜夹角；可选的，垂直面设有若干平底孔，所述的平底孔沿着垂直面纵向分布，每一个平底孔均与底面相平行，上、下相邻的平底孔之间的距离相等；倾斜面设有与平底孔一一对应的斜探头射入孔；所述的斜探头射入孔用于放置超声波倾斜测试探头，并使得超声波倾斜测试探头产生的超声波折射垂直入射到平底孔平面上的主声束，产生最高回波幅值。
本发明所设计的定量试块，结构小巧简单，不仅便于加工，保证了加工精度，同时更容易携带，解决了现有技术中对比试块加工复杂、灵敏度低、误差大、体积大不便于携带和现场作业的问题，可制作距离-波幅曲线，满足对焊缝坡口未熔合缺陷的定量检测及现场校准，提高检出可靠性和定量精度。
在一个实施例中，斜入射平底孔反射（模拟坡口未熔合）定量试块设计思路是根据不同焊缝坡口角度制作对应倾角的试块，斜入射平面夹角根据实际坡口面角度进行调整，符合实际的坡口形状，同时调整斜探头的折射角为-，使超声波折射产生垂直入射到平底孔平面上的主声束，使得回波幅值最高，等效模拟焊缝坡口面积型缺陷反射特征。设置于垂直面的若干个平底孔加工深度相同，孔直径大小Ф符合检测标准，孔与孔之间的垂直间距相同，位于同一个平面，加工简便并且精度高。所述的平底孔设有开口端和封闭端，该封闭端沿水平面到倾斜面之间的距离为S，沿着垂直面从上至下，第一个平底孔的距离为S1，最后一个平底孔的距离为SN，S1、S2、……SN为等差数列，N为大于2的自然数。
最后，根据设计的斜入射平底孔反射（模拟坡口未熔合）定量试块，通过制作距离-波幅曲线，可得到焊缝坡口两侧上表面及下表面区域盲区的检测灵敏度值，减少漏检区域，保证质量安全。
在一个实施例中，所述的倾斜面与底面形成的倾斜夹角为θ，超声波倾斜测试探头的折射角为90°-θ ；当焊缝的厚度为T， SN 2T/cos(-)，上、下两个平底孔之间的垂直距离为L，L=(SN-SN-1)tan。进一步的，倾斜夹角θ的范围值为20°-70°，最大埋深Tmax（一般要求Tmax>2T），确定好DAC曲线最大检测埋深Tmax和斜入射平面夹角之后，需要保证在平底孔相同的前提下，对孔进行加工。首先保证平底孔加工深度相同，孔直径大小Ф符合检测标准，孔与孔之间的间距相同，位于同一个平面，加工简便并且精度高。同时保证在平底孔加工相同，斜入射平面夹角为，控制孔与孔之间的距离L相同的前提下，使得斜入射平面到平底孔的水平距离S为等差数列，两孔之间的距离L满足L=(Sj-Si)tan。
根据实际中DAC曲线的制作过程，相邻水平距离SN-SN-1之差一般为10mm或者20mm，因此L1=10tan，L2=20tan。
确定好平底孔直径大小Ф和相对位置以及斜入射平面夹角之后，最后确定平底孔的深度M，和上面平底孔之外预留长度N和试块的整体厚度t。斜入射平底孔反射（模拟坡口未熔合）定量试块设计方案中的所有参数基本已经形成，如图2所示。
试块设计完成之后需要对试块进行验证，制作DAC曲线，完成对焊缝坡口未熔合缺陷的超声检测。通过距离-波幅曲线，还可以得到焊缝坡口两侧上表面及下表面区域盲区的检测灵敏度值，减少漏检区域，保证质量安全。
定量试块为了保证使用的安全和可靠性，在加工倾斜面和平底孔结束之后，对两个尖角进行切除，分别形成一个倒角，保证在使用过程中的安全。
在另一个实施例中，如图5、6、7所示，根据被检材料的材质，选择材质相同的均匀材料作为试块的加工材料（比如碳钢、不锈钢材质），然后确定焊缝坡口角度，同时得到倾斜夹角的角度，并记录焊缝的厚度T。
以30°倾斜夹角的斜面为例，定量试块的外形规格为100*166mm，厚度t为25mm。试块尺寸精度满足JB/T8428-2006《无损检测 超声检测用试块》要求。材料切割完成，根据检测的板厚，确定需要平底孔的个数，本次示例焊缝厚度应小于等于35mm，因此，至少需要打7个平底孔，平底孔底面距离斜面距离分别S为：20mm、40mm、60mm、80mm、100mm、120mm、140mm。保证S7 2T/ cos(-)=235/cos60°=140，两孔之间的距离L满足L=(S7-S6 tan=20tan30°=11.547。这里所加工的平底孔的孔径可以全部相同，选择Ф2mm，也可为了取得更加的检测效果，垂直面从上往下前4个平底孔采用Ф2mm，后3个平底孔的采用Ф1.8mm，即上半部的平底孔直径与下半部的平底孔直径的比值为1：0.9，如遇到平底孔的数量为奇数时，上半部的孔数量比下半部的孔数量多1。倾斜面设有与平底孔一一对应的，这里的斜探头射入孔的孔径小于平底孔的孔径，平底孔的孔径与斜探头射入孔的孔径之比为1:0.95，这样就能保证超声波的路线到达需要的地方；斜探头射入孔用于放置超声波倾斜测试探头，并使得超声波倾斜测试探头产生的超声波折射垂直入射到平底孔平面上的主声束，产生最高回波幅值。
在一个斜入射平底孔反射的定量试块的制备和验证方法的实施例中，包括如下步骤：a、首先根据焊缝坡口角度，同时得到焊缝坡口面角度，然后记录焊缝的厚度T；然后确定平底孔尺寸，并根据焊缝坡口面角度来确定倾斜夹角的角度为，这里的角度是与焊缝坡口面角度完全一致，也可以根据情况选择倾斜夹角的角度±7°，最佳值可以选择倾斜夹角的角度±3°，并且确定检测使用的斜探头，根据检测标准选择相应频率和角度，调整斜探头的折射角为-，使超声波折射产生垂直入射到平底孔平面上的主声束，使得回波幅值最高，等效模拟焊缝坡口面积型缺陷反射特征；b、选择合适的试块，并按照倾斜角度来加工倾斜面、垂直面和底面，其中底面与水平面平行，垂直面与底面相垂直；c、确定平底孔的孔径和深度M，这里的平底孔孔径和深度M可以通过查询相关检测标准确定，在垂直面对平底孔进行加工，保证上、下相邻的平底孔之间的垂直距离相同，同时保证从上至下每一个平底孔到倾斜面之间的距离S1、S2、……SN为等差数列，N为大于2的自然数；SN 2T/cos(-)，上、下两个平底孔之间的垂直距离为L，L=(SN-SN-1)tan；d、对定量试块的整体外形进行修整，对三角形定量试块的两端尖角进行切除，形成两个倒角；e、对试块进行验证，制作距离-波幅DAC曲线，完成对焊缝坡口未熔合缺陷的超声检测，通过距离-波幅曲线，还可以得到焊缝坡口两侧上表面及下表面区域盲区的检测灵敏度值，减少漏检区域，保证质量安全。
在另一个实施例中，如图8所示，针对斜入射平面夹角=30°焊缝坡口（面积型缺陷）未熔合的存在特征，调节斜探头入射角度，使得探头折射角在60°左右，将60°斜探头放置在斜入射平底孔反射定量试块斜平面上，使斜探头折射角60°垂直入射到平底孔平面上的主声束，产生最大回波，等效模拟焊缝坡口面积型缺陷反射特征。实现了焊缝检测坡口超声波检测灵敏度校准全覆盖，不存在定量盲区的问题。同时，本试块重量轻，便于携带至现场进行校准和复核。根据声程的距离和平底孔的位置，确定平底孔加工深度M=12.91（平面加工垂直性和精度高），保证距离精度高，以免影响整体检测和定量精度。
如图9、10所示，在超声波显示屏上深度显示1：1，将探头置于位置1～7 处，依次扫查平底孔1～孔7位置得到一系列反射回波(如图8孔1至孔7各点 位置显示示意图所示)，显示回波分别位于声程20mm、40mm、60mm、80mm、 100mm、120mm、140mm处。连接各点峰值得到距离-波幅曲线(如图8各点连 成距离波幅曲线示意图所示)显示回波分别位于深度10mm、20mm、30mm、 40mm、50mm、60mm、70mm处，这样对于坡口未熔合检测的灵敏度曲线完成。 试块设计完成之后需要对试块进行验证，制作DAC曲线，完成对焊缝坡口未熔 合缺陷的超声检测。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施只局限于上述这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种斜入射平底孔反射的定量试块，所述的定量试块是用于检测焊接坡口未熔合缺陷的，其特征在于：所述的试块为带有倾角的试块，所述的试块包括倾斜面、垂直面和底面，其中底面与水平面平行，垂直面与底面相垂直，倾斜面与底面形成一个倾斜夹角；
垂直面设有若干平底孔，所述的平底孔沿着垂直面纵向分布，每一个平底孔均与底面相平行，上、下相邻的平底孔之间的距离相等；
倾斜面设有与平底孔一一对应的斜探头射入孔；
所述的斜探头射入孔用于放置超声波倾斜测试探头，并使得超声波倾斜测试探头产生的超声波折射垂直入射到平底孔平面上的主声束，产生最高回波幅值。
2.根据权利要求1所述的一种斜入射平底孔反射的定量试块，其特征在
于：所述的平底孔设有开口端和封闭端，该封闭端沿水平面到倾斜面之间的距离为S，沿着垂直面从上至下，第一个平底孔的距离为S1，最后一个平底孔的距离为SN，S1、S2、……SN为等差数列，N为大于2的自然数。
3.根据权利要求1所述的一种斜入射平底孔反射的定量试块，其特征在于：设置于垂直面的每个平底孔的深度和孔径均相同，定量试块呈三角状，其两端设有倒角。
4.根据权利要求2所述的一种斜入射平底孔反射的定量试块，其特征在于：所述的倾斜面与底面形成的倾斜夹角为θ，超声波倾斜测试探头的折射角为90°-θ ；
当焊缝的厚度为T， SN 2T/cos(-)，上、下两个平底孔之间的垂直距离为L，L=(SN-SN-1)tan。
5.根据权利要求4所述的一种斜入射平底孔反射的定量试块，其特征在于： 倾斜夹角θ的范围值为20°-70°。
6.根据权利要求1所述的一种斜入射平底孔反射的定量试块的制备和验证方法，其特征在于：所述的方法包括如下步骤：a、首先根据焊缝坡口角度，同时得到焊缝坡口面角度，然后记录焊缝的厚度T；然后确定平底孔尺寸，并根据焊缝坡口面角度来确定倾斜夹角的角度为，并且确定检测使用的斜探头，根据检测标准选择相应频率和角度，调整斜探头的折射角为-，使超声波折射产生垂直入射到平底孔平面上的主声束，使得回波幅值最高，等效模拟焊缝坡口面积型缺陷反射特征；
b、选择合适的试块，并按照倾斜角度来加工倾斜面、垂直面和底面，其中底面与水平面平行，垂直面与底面相垂直；
c、确定平底孔的孔径和深度M，在垂直面对平底孔进行加工，保证上、下相邻的平底孔之间的垂直距离相同，同时保证从上至下每一个平底孔到倾斜面之间的距离S1、S2、……SN为等差数列，N为大于2的自然数；
d、对定量试块的整体外形进行修整，对三角形定量试块的两端尖角进行切除，形成两个倒角；
e、对试块进行验证，制作距离-波幅DAC曲线，完成对焊缝坡口未熔合缺陷的超声检测，通过距离-波幅曲线，还可以得到焊缝坡口两侧上表面及下表面区域盲区的检测灵敏度值，减少漏检区域，保证质量安全。
7.根据权利要求6所述的一种斜入射平底孔反射的定量试块的制备和验证方法，其特征在于：c步骤中，SN 2T/cos(-)，上、下两个平底孔之间的垂直距离为L，L=(SN-SN-1)tan。
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