薄板焊缝缺陷超声散射检测方法的研究

【摘要】：焊缝作为焊接构件重要的组成部分,其质量的好坏直接影响焊接构件的性能、可靠性和使用寿命。超声TOFD(Time-of-Flight Diffraction)检测方法作为一种对传统超声焊缝检测方法的补充,已经在实际检测中得到应用。但是由于超声TOFD检测方法存在一定近表面检测盲区,特别是对于薄板焊缝,检测盲区的问题尤为突出。本文旨在研究薄板型焊缝超声散射特征以提高超声对薄板焊缝中缺陷的检出能力。首先,本文回顾了超声TOFD检测方法,分析了超声TOFD近表面盲区的形成原因和改善近表面检测盲区的方法。总结了近些年来基于超声衍射/散射检测方法的进展和适用检测对象。之后,本文研究了横孔和裂纹在纵波和横波入射条件下的散射规律,包括散射波波型的转换、能量强弱及方向性分布。声波入射缺陷周围时,反射声波在缺陷上部的能量分布均满足声压反射率的计算结果。并且,纵波入射掠入射缺陷时,会出现明显的散射头波辐射。横波以大于第三临界角斜入射时,缺陷表面会出现超前的反射纵波。以上的散射特征均通过有限差分软件WAVE2000对声场进行了模拟和分析。根据纵波与横波入射不同缺陷时的散射规律,本文提出了纵波发射-横波接收(简称纵发-横收)和横波发射-纵波接收(横发-纵收)两种新型检测方式。纵发-横收检测方式是通过纵波直探头发射并由横波斜探头接收缺陷的反射横波或散射头波。横发-纵收检测方式则是使用横波斜探头发射并由纵波直探头垂直接收缺陷的散射(反射)纵波信号。由于两种检测方式不受直通波和底波的影响,本文在此基础上提出了一种适用于薄板焊缝的超声散射检测方法并开展了9mm厚试样定量检测实验。实验结果表明,使用纵发-横收检测方式时,利用散射头波可以观察到距表面埋深1mm宽0.2mm的刻槽波形信号,并且定量结果误差与实际值相差0.2mm以内。利用反射横波,能够检测到距表面埋深2mm的刻槽。横发-纵收检测方式下A扫描信号与纵发-横收波形信号相似,具有同纵发-横收检测方式一样的测量精度。本文还对6mm厚的搅拌摩擦焊焊缝开展了实验,获得了典型的A-扫描波形信号,可以观察到焊缝中缺陷的明显散射波信号。最后,利用手动光电定位检测成像系统,通过B-扫描成像方式,对设计制备的不同薄板试件进行了扫描成像分析,取得了较好的成像效果。实验表明,结合不同的扫查方式可准确判别缺陷位置。因此,本文提出的方法有利于改善包板焊缝近表面检测盲区的问题。
【关键词】：超声检测 焊缝 TOFD 超声散射
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TG441.7