CN114152674A - 一种正交异性钢箱梁u肋角焊缝的超声相控阵检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种正交异性钢箱梁U肋角焊缝的超声相控阵检测方法，所述方法包括以下步骤：步骤一、超声相控阵检测设备的校准；步骤二、U肋角焊缝对比试块的测试；步骤三、U肋角焊缝的检测准备；步骤四、U肋角焊缝的超声相控阵检测。本发明一种正交异性钢箱梁U肋角焊缝的超声相控阵检测方法，适用于单面非熔透U肋角焊缝、双面未熔透U肋角焊缝和双面全熔透U肋角焊缝的检测，亦可用于正交异性钢箱梁制造及服役后的U肋角焊缝的无损检测。

Description

一种正交异性钢箱梁U肋角焊缝的超声相控阵检测方法

技术领域

本发明涉及一种正交异性钢箱梁U肋角焊缝的超声相控阵检测方法，属于桥梁钢结构无损检测技术领域。

背景技术

正交异性钢箱梁由于质量轻、承载力强、建设周期短等优点，广泛应用于大跨径公路或公铁两用桥梁。但由于各种因素的影响，正交异性钢箱梁在服役一段时间后会出现不同程度的疲劳裂纹问题，其中U肋角焊缝的制造质量是正交异性钢箱梁及桥梁运行安全性和可靠性的关键因素之一。随着对正交异性钢箱梁研究的深入和焊接技术的发展，U肋角焊缝的设计要求由无熔深检测要求到单面非熔透角焊缝熔深不低于肋板厚度75％/80％的要求。随着智能机器人及内焊技术的发展，提出了U肋双面未熔透角焊缝和双面全熔透角焊缝的要求。设计要求和制造技术的进步对检测方法也提出了更高的要求，需要发展或提出能适用于不同设计要求的正交异性钢箱梁U肋角焊缝制造质量的超声相控阵检测方法。

超声相控阵技术由程序控制多个阵元形成形状可控的超声场，可实现复杂形状的无损检测、A扫描、S扫描等多种形式可有效提高缺陷检出率和检测效率，超声相控阵检测技术在正交异性钢箱梁U肋角焊缝的应用，需要进行U肋角焊缝对比试块的设计、典型缺陷的特征分析和缺陷定位/定量检测研究。因此，有必要提出一种正交异性钢箱梁U肋角焊缝制造质量的超声相控阵检测方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种正交异性钢箱梁U肋角焊缝的超声相控阵检测方法，其可用于正交异性钢箱梁制造及服役后U肋角焊缝的检测。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种正交异性钢箱梁U肋角焊缝的超声相控阵检测方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一、超声相控阵检测设备的校准；

步骤二、U肋角焊缝对比试块的测试；

步骤三、U肋角焊缝的检测准备；

步骤四、U肋角焊缝的超声相控阵检测。

优选的，步骤一采用CSK-ⅠA标准试块，按照ASTM E2491进行超声相控检测设备的时基准线和精准度的校准。

优选的，步骤二U肋角焊缝对比试块的测试为单面非熔透U肋角焊缝对比试块的测试、双面未熔透U肋角焊缝对比试块的测试或双面全熔透U肋角焊缝对比试块的测试。

优选的，单面非熔透U肋角焊缝对比试块中的角焊缝熔深为80％肋板厚度；双面未熔透U肋角焊缝对比试块中的角焊缝未熔透区域50％肋板厚度至75％肋板厚度；双面全熔透U肋角焊缝对比试块中有距离肋板外表面分别为25％肋板厚度、50％肋板厚度和75％肋板厚度、直径为0.5mm的横通孔3个。

优选的，单面非熔透U肋角焊缝对比试块测试时采用扇形扫查方式，可检测到角焊缝熔深与理论偏差不超过±0.02mm；若角焊缝熔深偏差超过±0.02mm，需重新进行时基准线和精准度调整；

双面未熔透U肋角焊缝对比试块测试时采用扇形扫查方式，可检测到角焊缝未熔透的两个端点且其位置偏差不超过±0.02mm；若位置偏差超过±0.02mm，需重新进行时基准线和精准度调整；

双面全熔透U肋角焊缝对比试块测试时采用扇形扫查方式，应能同时检测到3个横通孔，且圆心位置偏离不超过±0.02mm；若圆心位置偏差超过±0.02mm，需重新进行时基准线和精准度调整。

优选的，步骤三中检测准备的具体过程为：

(1)清除U肋角焊缝表面的飞溅、氧化皮、锈蚀，表面粗糙度应不超过6.3μm；

(2)采用有效且适用于工件的介质作为耦合剂；

(3)测量肋板厚度不少于3次并取平均值；

(4)测量肋板倾角不少于3次并取平均值。

优选的，耦合剂采用机油或工业浆糊；测量肋板厚度采用数字测厚仪或游标卡尺；测量肋板倾角采用角度测量仪或取形规。

优选的，步骤四U肋角焊缝的超声相控阵检测为单面非熔透U肋角焊缝S扫描的超声相控阵检测、双面未熔透U肋角焊缝S扫描的超声相控阵检测、双面全熔透U肋角焊缝S扫描的超声相控阵检测、单面非熔透U肋角焊缝A扫描的超声相控阵检测、双面未熔透U肋角焊缝A扫描的超声相控阵检测或是双面全熔透U肋角焊缝A扫描的超声相控阵检测。

优选的，单面非熔透U肋角焊缝S扫描的超声相控阵检测采用扇形扫查方式，将实测肋板厚度和肋板倾角输入检测系统；根据肋板厚度、肋板倾角度及声束对角焊缝区域的100％覆盖确定探头在肋板的位置，在该位置附近移动相控阵探头，找到可以清晰显示月牙形红色/黄色区域，测量月牙形区域的上端点位置，即为单面非熔透U肋角焊缝的熔深；

双面未熔透U肋角焊缝S扫描的超声相控阵检测采用扇形扫查方式，将实测肋板厚度和肋板倾角输入检测系统；根据肋板厚度、肋板倾角度及声束对角焊缝区域的100％覆盖确定探头在肋板的位置，在该位置附近移动相控阵探头，找到可以清晰显示月牙形红色/黄色区域，分别测量月牙形区域的上端点和下端点位置，即双面未熔透距离肋板表面的起始和终止位置，其差值为未熔透的大小；

双面全熔透U肋角焊缝S扫描的超声相控阵检测采用扇形扫查方式，将实测肋板厚度和肋板倾角输入检测系统；根据肋板厚度、肋板倾角度及声束对角焊缝区域的100％覆盖确定探头在肋板的位置，在该位置附近移动相控阵探头，若检测图像中无红色区域表示无缺陷；当检测图像可清晰显示月牙形红色/黄色区域时，分别测量月牙形区域的上端点、下端点位置并计算其差值，即为双面全熔透内部缺陷的位置及大小；

单面非熔透U肋角焊缝A扫描的超声相控阵检测采用A扫描模式，在肋板上前后移动，首先找到肋板内根部的反射波，此时根部反射波的左侧有一个熔合处的反射波，将根部反射波调整至显示屏满刻度的90％，将探头缓慢向根部移动，找到熔合处的反射波波高最大的位置，此时显示的位置即为U肋角焊缝的熔深；

双面未熔透U肋角焊缝A扫描的超声相控阵检测采用A扫描模式，在肋板上前后移动，在肋板厚度范围找到反射波，随着探头由根部向肋板移动，反射波由低转高、再由高转低，分别对应着未熔透的前端点和后端点，其位置和差值即为未熔透的位置和大小；

双面全熔透U肋角焊缝A扫描的超声相控阵检测采用A扫描模式，在肋板上前后移动，若肋板厚度范围内无反射波则表明熔合区无缺陷，若在肋板厚度范围内发现反射波，探头由根部向肋板移动，反射波由低转高、再由高转低，分别对应着缺陷的前端点和后端点，其位置和差值即为缺陷的位置和大小。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明一种正交异性钢箱梁U肋角焊缝的超声相控阵检测方法，适用于单面非熔透U肋角焊缝、双面未熔透U肋角焊缝和双面全熔透U肋角焊缝的检测，亦可用于正交异性钢箱梁制造及服役后的U肋角焊缝的无损检测。

附图说明

图1为单面U肋非熔透角焊缝对比试块的结构示意图。

图2为双面U肋未熔透角焊缝对比试块的结构示意图。

图3为双面U肋全熔透角焊缝对比试块的结构示意图。

图4为超声相控阵探头声束覆盖的示意图。

其中：

母板1

肋板2

熔合处3

肋板根部4

未熔合的前端点5

未熔合的后端点6

横通孔7

超声相控阵探头8

超声相控阵声束9。

具体实施方式

实施例一：单面非熔透U肋角焊缝S扫描

单面非熔透U肋角焊缝S扫描的超声相控阵检测方法步骤包括：

步骤一、超声相控阵检测设备的校准；

采用CSK-ⅠA标准试块，按照ASTM E2491进行超声相控检测设备的时基准线和精准度的校准；

步骤二、单面非熔透U肋角焊缝对比试块的测试；

如图1所示对比试块中的角焊缝熔深为80％肋板厚度。采用扇形扫查方式，可检测到角焊缝熔深与理论偏差不超过±0.02mm。若角焊缝熔深偏差超过±0.02mm，需重新进行时基准线和精准度调整；

步骤三、单面非熔透U肋角焊缝的检测准备；

清除U肋角焊缝表面的飞溅、氧化皮、锈蚀等，表面粗糙度应不超过6.3μm。应采用有效且适用于工件的介质作为耦合剂，推荐使用机油或工业浆糊。测量肋板厚度不少于3次并取平均值，推荐采用数字测厚仪或游标卡尺。测量肋板倾角不少于3次并取平均值，推荐采用角度测量仪或取形规；

步骤四、单面非熔透U肋角焊缝的超声相控阵检测。

采用扇形扫查方式，将实测肋板厚度和肋板倾角输入检测系统。根据肋板厚度、肋板倾角度及声束对角焊缝区域的100％覆盖确定探头在肋板的位置，在该位置附近移动相控阵探头，找到可以清晰显示月牙形红色/黄色区域，测量月牙形区域的上端点位置，即为单面非熔透U肋角焊缝的熔深。

实施例二：双面未熔透U肋角焊缝S扫描

步骤一、超声相控阵检测设备的校准；

采用CSK-ⅠA标准试块，按照ASTM E2491进行超声相控检测设备的时基准线和精准度的校准；

步骤二、双面未熔透U肋角焊缝对比试块的测试；

如图2所示对比试块中的角焊缝未熔透区域50％肋板厚度至75％肋板厚度。采用扇形扫查方式，可检测到角焊缝未熔透的两个端点且其位置偏差不超过±0.02mm。若位置偏差超过±0.02mm，需重新进行时基准线和精准度调整；

步骤三、双面未熔透U肋角焊缝的检测准备；

清除U肋角焊缝表面的飞溅、氧化皮、锈蚀等，表面粗糙度应不超过6.3μm。应采用有效且适用于工件的介质作为耦合剂，推荐使用机油或工业浆糊。测量肋板厚度不少于3次并取平均值，推荐采用数字测厚仪或游标卡尺。测量肋板倾角不少于3次并取平均值，推荐采用角度测量仪或取形规；

步骤四、双面未熔透U肋角焊缝的超声相控阵检测。

采用扇形扫查方式，将实测肋板厚度和肋板倾角输入检测系统。根据肋板厚度、肋板倾角度及声束对角焊缝区域的100％覆盖确定探头在肋板的位置，在该位置附近移动相控阵探头，找到可以清晰显示月牙形红色/黄色区域，分别测量月牙形区域的上端点和下端点位置，即双面未熔透距离肋板表面的起始和终止位置，其差值为未熔透的大小。

实施例三：双面全熔透U肋角焊缝S扫描

步骤一、超声相控阵检测设备的校准；

采用CSK-ⅠA标准试块，按照ASTM E2491进行超声相控检测设备的时基准线和精准度的校准；

步骤二、双面全熔透U肋角焊缝对比试块的测试；

如图3所示对比试块中有距离肋板外表面分别为25％肋板厚度、50％肋板厚度和75％肋板厚度、直径为0.5mm的横通孔3个。采用扇形扫查方式，应能同时检测到3个横通孔，且圆心位置偏离不超过±0.02mm。若圆心位置偏差超过±0.02mm，需重新进行时基准线和精准度调整；

步骤三、双面全熔透U肋角焊缝的检测准备；

清除U肋角焊缝表面的飞溅、氧化皮、锈蚀等，表面粗糙度应不超过6.3μm。应采用有效且适用于工件的介质作为耦合剂，推荐使用机油或工业浆糊。测量肋板厚度不少于3次并取平均值，推荐采用数字测厚仪或游标卡尺。测量肋板倾角不少于3次并取平均值，推荐采用角度测量仪或取形规；

步骤四、双面全熔透U肋角焊缝的超声相控阵检测。

采用扇形扫查方式，将实测肋板厚度和肋板倾角输入检测系统。根据肋板厚度、肋板倾角度及声束对角焊缝区域的100％覆盖确定探头在肋板的位置，在该位置附近移动相控阵探头，若检测图像中无红色区域表示无缺陷。当检测图像可清晰显示月牙形红色/黄色区域时，分别测量月牙形区域的上端点、下端点位置并计算其差值，即为双面全熔透内部缺陷的位置及大小。

实施例四：单面非熔透U肋角焊缝A扫描

步骤一、超声相控阵检测设备的校准；

采用CSK-ⅠA标准试块，按照ASTM E2491进行超声相控检测设备的时基准线和精准度的校准；

步骤二、单面非熔透U肋角焊缝对比试块的测试；

如图1所示对比试块中的角焊缝熔深为80％肋板厚度。采用扇形扫查方式，可检测到角焊缝熔深与理论偏差不超过±0.02mm。若角焊缝熔深偏差超过±0.02mm，需重新进行时基准线和精准度调整；

步骤三、单面非熔透U肋角焊缝的检测准备；

清除U肋角焊缝表面的飞溅、氧化皮、锈蚀等，表面粗糙度应不超过6.3μm。应采用有效且适用于工件的介质作为耦合剂，推荐使用机油或工业浆糊。测量肋板厚度不少于3次并取平均值，推荐采用数字测厚仪或游标卡尺。测量肋板倾角不少于3次并取平均值，推荐采用角度测量仪或取形规；

步骤四、单面非熔透U肋角焊缝的超声相控阵检测。

采用A扫描模式，在肋板上前后移动，首先找到肋板内根部的反射波，此时根部反射波的左侧有一个熔合处的反射波，将根部反射波调整至显示屏满刻度的90％，将探头缓慢向根部移动，找到熔合处的反射波波高最大的位置，此时显示的位置即为U肋角焊缝的熔深。

实施例五：双面未熔透U肋角焊缝A扫描

步骤一、超声相控阵检测设备的校准；

采用CSK-ⅠA标准试块，按照ASTM E2491进行超声相控检测设备的时基准线和精准度的校准；

步骤二、双面未熔透U肋角焊缝对比试块的测试；

如图2所示对比试块中的角焊缝未熔透区域50％肋板厚度至75％肋板厚度。采用扇形扫查方式，可检测到角焊缝未熔透的两个端点且其位置偏差不超过±0.02mm。若位置偏差超过±0.02mm，需重新进行时基准线和精准度调整；

步骤三、双面未熔透U肋角焊缝的检测准备；

清除U肋角焊缝表面的飞溅、氧化皮、锈蚀等，表面粗糙度应不超过6.3μm。应采用有效且适用于工件的介质作为耦合剂，推荐使用机油或工业浆糊。测量肋板厚度不少于3次并取平均值，推荐采用数字测厚仪或游标卡尺。测量肋板倾角不少于3次并取平均值，推荐采用角度测量仪或取形规；

步骤四、双面未熔透U肋角焊缝的超声相控阵检测。

采用A扫描模式，在肋板上前后移动，在肋板厚度范围找到反射波，随着探头由根部向肋板移动，反射波由低转高、再由高转低，分别对应着未熔透的前端点和后端点，其位置和差值即为未熔透的位置和大小。

实施例六：双面全熔透U肋角焊缝A扫描

步骤一、超声相控阵检测设备的校准；

采用CSK-ⅠA标准试块，按照ASTM E2491进行超声相控检测设备的时基准线和精准度的校准；

步骤二、双面全熔透U肋角焊缝对比试块的测试；

如图3所示对比试块中有距离肋板外表面分别为25％肋板厚度、50％肋板厚度和75％肋板厚度、直径为0.5mm的横通孔3个。采用扇形扫查方式，应能同时检测到3个横通孔，且圆心位置偏离不超过±0.02mm。若圆心位置偏差超过±0.02mm，需重新进行时基准线和精准度调整；

步骤三、双面全熔透U肋角焊缝的检测准备；

清除U肋角焊缝表面的飞溅、氧化皮、锈蚀等，表面粗糙度应不超过6.3μm。应采用有效且适用于工件的介质作为耦合剂，推荐使用机油或工业浆糊。测量肋板厚度不少于3次并取平均值，推荐采用数字测厚仪或游标卡尺。测量肋板倾角不少于3次并取平均值，推荐采用角度测量仪或取形规；

步骤四、双面全熔透U肋角焊缝的超声相控阵检测。

采用A扫描模式，在肋板上前后移动，若肋板厚度范围内无反射波则表明熔合区无缺陷，若在肋板厚度范围内发现反射波，探头由根部向肋板移动，反射波由低转高、再由高转低，分别对应着缺陷的前端点和后端点，其位置和差值即为缺陷的位置和大小。

除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种正交异性钢箱梁U肋角焊缝的超声相控阵检测方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

步骤一、超声相控阵检测设备的校准；

步骤二、U肋角焊缝对比试块的测试；

步骤三、U肋角焊缝的检测准备；

步骤四、U肋角焊缝的超声相控阵检测。

2.根据权利要求1所述的一种正交异性钢箱梁U肋角焊缝的超声相控阵检测方法，其特征在于：步骤一采用CSK-ⅠA标准试块，按照ASTM E2491进行超声相控检测设备的时基准线和精准度的校准。

3.根据权利要求1所述的一种正交异性钢箱梁U肋角焊缝的超声相控阵检测方法，其特征在于：步骤二U肋角焊缝对比试块的测试为单面非熔透U肋角焊缝对比试块的测试、双面未熔透U肋角焊缝对比试块的测试或双面全熔透U肋角焊缝对比试块的测试。

4.根据权利要求3所述的一种正交异性钢箱梁U肋角焊缝的超声相控阵检测方法，其特征在于：单面非熔透U肋角焊缝对比试块中的角焊缝熔深为80％肋板厚度；双面未熔透U肋角焊缝对比试块中的角焊缝未熔透区域50％肋板厚度至75％肋板厚度；双面全熔透U肋角焊缝对比试块中有距离肋板外表面分别为25％肋板厚度、50％肋板厚度和75％肋板厚度、直径为0.5mm的横通孔3个。

5.根据权利要求4所述的一种正交异性钢箱梁U肋角焊缝的超声相控阵检测方法，其特征在于：单面非熔透U肋角焊缝对比试块测试时采用扇形扫查方式，可检测到角焊缝熔深与理论偏差不超过±0.02mm；若角焊缝熔深偏差超过±0.02mm，需重新进行时基准线和精准度调整；

双面未熔透U肋角焊缝对比试块测试时采用扇形扫查方式，可检测到角焊缝未熔透的两个端点且其位置偏差不超过±0.02mm；若位置偏差超过±0.02mm，需重新进行时基准线和精准度调整；

双面全熔透U肋角焊缝对比试块测试时采用扇形扫查方式，应能同时检测到3个横通孔，且圆心位置偏离不超过±0.02mm；若圆心位置偏差超过±0.02mm，需重新进行时基准线和精准度调整。

6.根据权利要求1所述的一种正交异性钢箱梁U肋角焊缝的超声相控阵检测方法，其特征在于：步骤三中检测准备的具体过程为：

(1)清除U肋角焊缝表面的飞溅、氧化皮、锈蚀，表面粗糙度应不超过6.3μm；

(2)采用有效且适用于工件的介质作为耦合剂；

(3)测量肋板厚度不少于3次并取平均值；

(4)测量肋板倾角不少于3次并取平均值。

7.根据权利要求6所述的一种正交异性钢箱梁U肋角焊缝的超声相控阵检测方法，其特征在于：耦合剂采用机油或工业浆糊；测量肋板厚度采用数字测厚仪或游标卡尺；测量肋板倾角采用角度测量仪或取形规。

8.根据权利要求1所述的一种正交异性钢箱梁U肋角焊缝的超声相控阵检测方法，其特征在于：步骤四U肋角焊缝的超声相控阵检测为单面非熔透U肋角焊缝S扫描的超声相控阵检测、双面未熔透U肋角焊缝S扫描的超声相控阵检测、双面全熔透U肋角焊缝S扫描的超声相控阵检测、单面非熔透U肋角焊缝A扫描的超声相控阵检测、双面未熔透U肋角焊缝A扫描的超声相控阵检测或是双面全熔透U肋角焊缝A扫描的超声相控阵检测。

9.根据权利要求8所述的一种正交异性钢箱梁U肋角焊缝的超声相控阵检测方法，其特征在于：单面非熔透U肋角焊缝S扫描的超声相控阵检测采用扇形扫查方式，将实测肋板厚度和肋板倾角输入检测系统；根据肋板厚度、肋板倾角度及声束对角焊缝区域的100％覆盖确定探头在肋板的位置，在该位置附近移动相控阵探头，找到可以清晰显示月牙形红色/黄色区域，测量月牙形区域的上端点位置，即为单面非熔透U肋角焊缝的熔深；

双面未熔透U肋角焊缝S扫描的超声相控阵检测采用扇形扫查方式，将实测肋板厚度和肋板倾角输入检测系统；根据肋板厚度、肋板倾角度及声束对角焊缝区域的100％覆盖确定探头在肋板的位置，在该位置附近移动相控阵探头，找到可以清晰显示月牙形红色/黄色区域，分别测量月牙形区域的上端点和下端点位置，即双面未熔透距离肋板表面的起始和终止位置，其差值为未熔透的大小；

双面全熔透U肋角焊缝S扫描的超声相控阵检测采用扇形扫查方式，将实测肋板厚度和肋板倾角输入检测系统；根据肋板厚度、肋板倾角度及声束对角焊缝区域的100％覆盖确定探头在肋板的位置，在该位置附近移动相控阵探头，若检测图像中无红色区域表示无缺陷；当检测图像可清晰显示月牙形红色/黄色区域时，分别测量月牙形区域的上端点、下端点位置并计算其差值，即为双面全熔透内部缺陷的位置及大小；

单面非熔透U肋角焊缝A扫描的超声相控阵检测采用A扫描模式，在肋板上前后移动，首先找到肋板内根部的反射波，此时根部反射波的左侧有一个熔合处的反射波，将根部反射波调整至显示屏满刻度的90％，将探头缓慢向根部移动，找到熔合处的反射波波高最大的位置，此时显示的位置即为U肋角焊缝的熔深；

双面未熔透U肋角焊缝A扫描的超声相控阵检测采用A扫描模式，在肋板上前后移动，在肋板厚度范围找到反射波，随着探头由根部向肋板移动，反射波由低转高、再由高转低，分别对应着未熔透的前端点和后端点，其位置和差值即为未熔透的位置和大小；

双面全熔透U肋角焊缝A扫描的超声相控阵检测采用A扫描模式，在肋板上前后移动，若肋板厚度范围内无反射波则表明熔合区无缺陷，若在肋板厚度范围内发现反射波，探头由根部向肋板移动，反射波由低转高、再由高转低，分别对应着缺陷的前端点和后端点，其位置和差值即为缺陷的位置和大小。

Images