[发明专利]一种TKY管节点焊缝相控阵超声束覆盖方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种TKY管节点焊缝相控阵超声束覆盖方法，属无损检测领域。

背景技术

在承受各种载荷的钢结构中，将支管的一端焊接在主管上（支管管径小于或等于主管管径），为保证焊接质量，在支管一端开坡口，这种结构形式称为管节点焊缝。如果主管、支管间夹角θ<90°，称Y节点焊缝。主支管夹角θ=90°，称T节点焊缝。在主装工艺线上（外径轴向）按设计的距离，焊接两个相对称的支管，形成对称于工艺线的两个Y型节点焊缝，称为K节点焊缝。管管T、K、Y型焊缝，是极易产生危害性缺陷的焊缝，常常危及工程质量安全。射线由于透射能量太小，无法检测此类焊缝，这种节点焊缝内部缺陷的检测只能采用超声波检测, 且难度大。目前国内主要采用传统的手工超声波扫查方法进行检验，在检测的过程中，主要存在以下问题。

TKY型管节点随焊缝位置的改变，焊缝剖面形状不断变化。焊缝剖面与主支管内外壁相交得到四条相交的空间曲线，分别是平面与支管外壁和内壁的相交曲线，平面与支管外壁和内壁的相交曲线，其曲线形状均为椭圆。采用传统横波检测由于探头与工件接触面椭圆曲率不断变化，导致扫查不便，很难实现对缺陷评定，从而带来复杂不准确的定位方法，这对产品生产质量影响颇为严重。 

常规超声探头由于入射角度单一，超声波扫查不到的焊接接头区域存在扫查盲区即“死区”。常规超声检测技术在管节点焊缝运用中存在较大的盲区，且随着焊缝位置变化，盲区大小同样也随之改变，对于一般探伤人员很难估计超声检测时管节点盲区的大小。对于管节点不论用何种折射角度的斜探头，均会出现盲区，其范围与焊缝剖面两面角有关，其规律为当二面角小于90度时，折射角增加时，焊缝根部盲区变小，焊缝上部盲区变大；当二面角小于90度时，折射角增加，焊缝根部盲区变大，焊缝上部盲区变小。

TKY管节点由于几何形状的特殊性，传统的单探头超声检测非常困难，无法控制声束方向，故需要不断移动探头位置从各个方向扫查，而这又往往受到限制，无法实现；为满足声束能够覆盖整个焊缝检测区域的要求，又必须频繁更换不同角度的探头。因此有必要通过采取一些技术方法解决频繁移动探头、盲区得不到改善等问题。

发明内容

本发明的目的是提出一种能够对TKY管节点焊接接头进行相控阵声束覆盖的方法。

本发明所述的TKY管节点焊缝相控阵声束覆盖方法，其操作步骤如下：

1.按管节点焊缝实物尺寸获取管节点特定位置处的剖面图形；

2.在步骤1得到的剖面图形中绘制焊缝接头轮廓；

3.获取相控阵探头长度、前沿长度、高度、倾斜角度、阵元中心高度；

4.在步骤2得到的图形支管外壁椭圆上选择阵元主声束入射点，并作该点的支管外壁椭圆切线；

5.以步骤4所确定的入射点为相控阵探头轮廓与支管外壁椭圆接触点，切线方向为相控阵探头长度方向，绘制相控阵探头轮廓，绘出阵元位置；

6.选择声束绘制方式，绘制声束线，使焊接接头声束线覆盖效果最好。

本发明所述步骤1中，获取管节点特定位置处的剖面图形方法如下：

在管节点相贯线上确定一点，过该点做管节点相贯线法面，该法面与主支管内外壁相交得到的交面图形即为该点处的管节点剖面图形。

本发明所述步骤2中，绘制焊缝接头轮廓方法如下：

a在步骤1所得到的法面与支管内壁交线上任意选择一点P。过P点作主管外壁椭圆垂线，交主管外壁椭圆于Q点。量取线段PQ距离，判断PQ距离与焊缝预留间隙距离大小。采用二分查找法在支管内壁椭圆上改变P点位置，直到直线PQ距离与焊缝预留间隙距离小于预设值结束；

b根据焊缝设计的坡口角度大小，过步骤a中确定的P点绘制直线，该直线与支管外壁椭圆的交点为R；

c以步骤b中确定的R点为圆心，作半径等于焊缝宽度的圆，交主管外壁椭圆的点为S。

d绘制直线连接P点和Q点，绘制直线连接P点和R点，绘制波浪线连接S点和R点，即完成焊接接头轮廓绘制。

本发明所述步骤4中，阵元主声束入射点为：过阵元中心点垂直于阵元长度方向的直线与相控阵探头底面轮廓所交的点。

本发明所述步骤6中，声束线绘制方式分为线扫方式和扇扫方式两种。

声束线选择在线扫方式绘制时，声束线以阵元长度所在位置为起点，根据所偏转角度的沿同一入射工件角度绘制，其角度依据下式确定：

式中：

----楔块中声波的入射角度，单位为度；

----支管中声波所要求的折射角度，单位为度；