[发明专利]管板堵头焊缝熔深均匀性与裂纹的非破坏测试方法及装置

权利要求书

1.一种管板堵头焊缝熔深均匀性与裂纹的非破坏测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)对管板焊接堵头样品的表面进行清理去除表面的氧化产物与油污附着物，防止其对堵头表面温度场演变和测量带来的影响；

2)测量获取堵头样品表面的中心并作标记，将直径介于堵头直径1/8-1/2的加热体与堵头表面中心区域进行紧密接触并固定，对堵头样品表面中心区域进行加热，并采用陶瓷保温纤维对表面进行覆盖；

3)加热预设时间后，取出陶瓷保温纤维，对堵头样品表面的温度场进行测试，若焊缝内部及焊缝外侧出现温度低于相同直径区域温度一定值，则判断该区域为焊缝熔深较浅或焊缝存在裂纹；

利用焊缝熔深较浅处及裂纹缺陷会减少或局部阻断自堵头中心沿直径方向向外的热传导路径，换热只能以更为低效的热辐射进行，从而导致熔深较浅或裂纹缺陷处靠近热源中心侧的温度高于同半径其他区域，熔深较浅或裂纹缺陷处远离热源中心侧的温度低于同半径其他区域的特点对焊缝熔深均匀性和裂纹缺陷进行半定量检测。

2.根据权利要求1所述的一种管板堵头焊缝熔深均匀性与裂纹的非破坏测试方法，其特征在于，步骤2)中的加热体对堵头表面中心区域的加热为电加热棒热传导加热、或是激光、氙灯形式的辐照加热。

3.根据权利要求1所述的一种管板堵头焊缝熔深均匀性与裂纹的非破坏测试方法，其特征在于，步骤2)中的加热体对堵头的加热不低于150℃使得熔深较浅处及裂纹缺陷引起的温差能被检测，加热上限温度不高于使材料组织和性能不发生变化的温度。

4.根据权利要求1所述的一种管板堵头焊缝熔深均匀性与裂纹的非破坏测试方法，其特征在于，步骤3)中的加热预设时间介于1-15min,堵头与焊缝材料的热导率越高或设定的焊缝熔深越深加热时间设置的越短，堵头与焊缝材料的热导率越低或设定的焊缝熔深越浅加热时间设置的越长。

5.根据权利要求1所述的一种管板堵头焊缝熔深均匀性与裂纹的非破坏测试方法，其特征在于，步骤3)温度场的测试采用薄膜热电偶、布网式热电偶、红外测温仪或红外摄像仪，温度分辨率不低于2℃，平面分辨率不低于0.2℃/mm。

6.根据权利要求1所述的一种管板堵头焊缝熔深均匀性与裂纹的非破坏测试方法，其特征在于，步骤3)中判断熔深较浅或裂纹缺陷时，目标区域两侧的温差需要大于5℃。

7.根据权利要求1所述的一种管板堵头焊缝熔深均匀性与裂纹的非破坏测试方法，其特征在于，结合材料的热源温度、加热时间与材料热导率，利用点热源半无限大区域非稳态传热关系推算结果，能够推断出不同区域焊缝熔深与缺陷尺寸。

8.根据权利要求1所述的一种管板堵头焊缝熔深均匀性与裂纹的非破坏测试方法，其特征在于，该方法不仅适用于管板焊接堵头新品，还适用于在役管板焊接堵头的质量检测。

9.实现权利要求1至8任一项所述的一种管板堵头焊缝熔深均匀性与裂纹的非破坏测试方法的测试装置，其特征在于，包括自动化测试装置三点支撑骨架(2)，固定在自动化测试装置三点支撑骨架(2)底部的用于与焊接堵头测试样件(1)固定的磁性固定装置(3)，固定在自动化测试装置三点支撑骨架(2)顶部内侧面的XY二维移动平台(4)，固定在XY二维移动平台(4)下部的水平旋转平台(5)，固定在水平旋转平台(5)下部两端的第一竖直方向滑轨(9)和第二竖直方向滑轨(10)，分别固定在第一竖直方向滑轨(9)和第二竖直方向滑轨(10)下部的红外摄像仪(8)和激光加热装置(7)，固定在水平旋转平台(5)下部并位于第一竖直方向滑轨(9)和第二竖直方向滑轨(10)之间的两个定位摄像头(6)，设置在自动化测试装置三点支撑骨架(2)上的数据与电力中转接口(11)，通过数据与电力中转接口(11)与XY二维移动平台(4)、水平旋转平台(5)、定位摄像头(6)、激光加热装置(7)、红外摄像仪(8)、第一竖直方向滑轨(9)和第二竖直方向滑轨(10)连接的过程监测与控制装置(12)和电源(13)。

10.根据权利要求9所述的测试装置，其特征在于，按照如下测试步骤实施：首先，采用机械打磨与有机溶剂清洗的方法去除焊接堵头测试样件1中堵头(1-3)表面及附近区域的氧化物及有机物等附着物，保证堵头中心部位平整；将测试装置通过磁性固定装置(3)固定在焊接堵头测试样件(1)表面；其次，开启测试装置，通过过程监测与控制装置(12)驱动相互不平行的两台定位摄像头(6)通过图像法测定待测堵头的几何中心，获取其平面坐标；通过过程监测与控制装置(12)驱动XY二维移动平台(4)、水平旋转平台(5)使激光加热装置(7)对准堵头(1-3)平面的几何中心；通过激光调焦或者驱动第二竖直方向滑轨(10)的方式利用激光或者加热棒的方式对直径介于堵头直径1/8-1/2区域的堵头(1-3)表面中心进行加热，并采用陶瓷保温纤维毯对表面进行覆盖；最后，加热一定时间后，取出陶瓷保温纤维，通过过程监测与控制装置(12)驱动XY二维移动平台(4)、水平旋转平台(5)使红外摄像仪(8)对准堵头(1-3)平面的几何中心，并通过驱动第一竖直方向滑轨(9)在合理的视场下对焊接堵头测试样件(1)表面的温度场进行测试，焊缝内部及焊缝外侧出现温度低于相同直径区域温度一定值的区域即可判断为焊缝熔深较浅或焊缝存在裂纹。