[发明专利]一种超声相控阵测量U肋焊缝熔深的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种桥面板U型肋角焊缝熔深的超声波相控阵检测方法，可以满足钢桥梁板单元U肋焊缝熔深的测量，属于钢桥梁制造领域。

背景技术

正交异性钢桥面板直接承受轮载作用时，U肋与面板之间会发生较大的面外变形。由于面板与U肋的板厚相对较小，面外变形在U肋与面板的连接焊缝处会引起较高的局部弯曲应力。焊缝频繁承受较大的弯曲拉应力，就会产生疲劳裂纹，据统计U肋与桥面板焊缝处疲劳裂纹占钢桥面损伤的18.9%，所以U肋角焊缝是影响正交异性钢桥面板疲劳性能最为重要的因素之一。

一般钢桥面板U肋厚度为8mm，设计熔透深度要求大于80%，未焊透不大于1.6mm，又不焊漏，见图1。通常情况下，U肋焊缝采用磁粉检测，受检测方法所限，只能对U肋焊缝表面和近表面焊接缺陷做出判断，而焊缝熔深没有办法检测。

针对U肋角焊缝熔深检测存在的情况，进行超声波相控阵检测试验，通过制作模拟试件，将检测数据和实际的切片数据相对比，指导进行超声波相控阵检测。

发明内容

本发明的目的在于开发一种U肋焊缝超声波相控阵熔深检测方法、熔深效验试块、检测定位样板，实现U肋焊缝熔深检测及控制焊接熔深。

一种超声相控阵测量U肋焊缝熔深的方法，其利用一个超声波探头扫查焊缝，依据超声波声学特性，根据U肋焊缝熔深处的回波信号的入射角度、声程及板厚计算出探头距离焊缝熔深处的水平距离，测量出此时探头离U肋板的距离后，减去探头前沿值精确地得出U肋焊缝熔深数值。

所述超声波探头为相控阵探头，并且扫查按照扇形扫查进行，扇形的入射角度为30°~80°，角度步进最小为每隔0.1°进行激发；通过相控阵分析软件测量得出熔深反射信号的时间、声程、水平距离、深度的数据，最后通过对相控阵探头的放置位置尺寸，测量出U肋焊缝的实际熔深值。

采用专用的定位样块确定探头距U肋板的距离并使探头在检测过程中位置固定，所述定位样块为“7”字形，且外侧具有两个直角边用于确定探头距U肋板的距离，内侧两个边与U肋板夹角吻合使探头在检测过程中位置固定。

优先推荐的探头入射角度35°~55°，角度步进设置为0.1°。

进行工件的熔深检测前还进行检测系统的效验，并且按照如下方法进行：

第一步：水平距离调校试块

① 制作试块：采用与U肋焊缝底板同材质、同厚度的材料加工试块；

②效验方法：仪器检测参数设置好后，相控阵探头每隔1mm且不少于3点，对试块线切割槽进行检测，采集数据图像后在相控阵数据分析中测量出水平距离的值，与探头放置的水平距离值相一致；

第二步： U肋焊缝熔深效验

① 采用与U肋焊缝底板同材质材料制作效验试块；

② 效验方法

确定探头到U肋板的距离后，选择使用相应的定位样板，检测U肋焊缝熔深试块，采集数据图像后在相控阵数据分析中测量熔深值，应与试块值一致。

本发明提供的一种桥面板U型肋角焊缝熔深的超声波相控阵检测方法，其读数直观、准确率高、实用性强，可以满足钢桥梁板单元U肋焊缝熔深的测量。

附图说明

图1 U肋焊缝示意图；

图2方案原理示意图；

图3测量示意图；

图4 U肋检测定位样块示意图；

图5水平距离调校试块及方法演示图；

图6为图5中A部放大图；

图7效验试块示意图。

具体实施方式

1、设计方案原理

依据超声波声学特性，根据U肋焊缝熔深处的回波信号的入射角度、声程及板厚可计算出探头2距离焊缝熔深处的水平距离，测量出此时探头离U肋板1的距离后，减去探头前沿值可精确地得出U肋焊缝熔深数值，见图2。

相控阵探头的激发原则为一个扇形扫查，扇形的入射角度可为30°~80°，角度步进最小可为每隔0.1°进行激发。熔深反射信号的时间、声程、水平距离、深度的数据能通过相控阵分析软件测量得出，通过对相控阵探头的放置位置尺寸，可测量出U肋焊缝的实际熔深值，见图3。

2、探头定位装置

本检测方法探头距U肋板的距离直接影响到检测精度，因U肋板与底板存在夹角且有焊缝的阻碍，探头距U肋板的距离很难进行测量，因此需要制作专用的定位样块3以确定探头距U肋板的距离并使探头在检测过程中位置固定，见图4。

3、扇形角度范围的选择