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1、利用超声变型纵波检测焊缝中间未焊透第22卷第4期2000年4月无损检测NDTVo1.22ApriINo.4Z000性.利用超声变型纵焊缝中间未焊透李建忠(新疆钢铁哜琵_830022)17T侈摘要通过理论分析与对比试验,提出用变型纵波检测蚪缝中间未烊透,并计论7其可行主题词超声检验烊缝未焊透啪I.亟/(ULTRASoNICDETECT10N0FINCoMPLETEPENETRATIoNINWELDSBYMoDIFIEDLONGITUDINALWAVEsLiJianzhong(XiniiangIronandSteelResearchInstitute)AbstractBymeansoftheore
2、ticalanalysisandcomparativetests,ultrasonicdetectionofincompletepenetrationinweldsbymodihedlongitudinalwaveswasputforward.Feasibilityofthemethodwasalsodiscussed-KeywordsUhrasonictestingWeldIncompletepenetration中问未焊透是x型和K型坡口焊缝中常见缺陷之一,是由焊接时坡口钝边处未熔台到一起而形成的沿焊缝方向的长条形空隙,在其缺口和端部会形成应力集中点,且减小焊缝截面,承载后易产生扩展裂纹,
3、故为危险性缺陷口用常规K3,0,K2.5,K1.5和K1.0单斜探头对其检测时灵敏度很低,有时甚至不能发现这些未焊透,而选用K1,92或其附近折射角探头,利用变型纵波检测,可获得较高的检测灵敏度和检出率.1检测原理1.1波型转换与声压反射率当横波在工件中传播遇到缺陷时,就会在两种介质的交界面(即缺陷表面)产生反射,同时还能产生波型转换(图1),产生波型转换的情况与横波在?168?图1斜角探伤中的嫂型转换s横渡L纵波缺陷表面的入射角话(话一90.一卢)有关.关于横波入射角话和纵波反射角礼以及临界角话-的关系,可用正弦定律表示.临界角话t的意义是.当横波入射角话>话.时,将只有反射横波而无反
4、射纵波.对于钢,当横被入射在钢和空气交界面(如中间未焊透)上时,话.一33.2,横波入射角话与横波反射率y和纵波反射率问的关系如图2所示.话一26.6.(卢一63.4.K一2.0)时,礼一54.9.一87,YLs一163;话一27,5(卢一62.5,K一1,92)时,礼一图z入射横渡在钢和空气界面上臼勺反射澳李建忠:利用超声变型纵波拉测焊缝中间未焊透57.5,=83,yLs=166;话:27.8.(p=62.2.,K=1.9)时,住一58.4.,ss一78,Ls一170.J.2几何证明利用K1.92(一62.5.,传=27.5.<传.)单斜探头检测焊缝中间未焊透缺陷时,探头是收不到横波反
5、射波的,而变型纵波经底面反射后正好为探头所接收(图3)口.证明过程如下:设横波入射至中间未焊透表面0点时,探头入射点至焊缝中心的水平距离为z,变型纵波经底面c点反射后到达探测面点,且点至焊缝中心的水平距离为.图3超声波的途径S横渡L纵波在直角AON中f=0=1Ttg丁.tg62.50.96T在直角COM中1OM一寺丁?c0t住在直角A,CP中PA一T?c.t仇.=OM+PA71c0t住+Tcot=号n.t住一号Ot57.5.0.96丁即f,A点和A点基本重台.同理可得,K2.0探头,fT,f一一1.0ST;K1.9探头,一0.94T,f一0.90T.令;-I,则板厚丁不同时,值见表1.另外,入
6、射点是指主声束轴线与探测面的交点,所以,变型纵波经底面反射后能为探头接收到.衰l探头值T/mm20304050507080200】0152.0253O35401.9200000001.g00.812一l52.0242.83.2对于反射横波,依据波的反射原理,入射波AO与反射波OB对于法线ON来说是对称的,点和口点对于ON是对称的.所以反射波OB经底面B点反射后,探头是接收不到的.1.3声程计算利用K1.92单斜探头对焊缝中间未焊透检测时,由三角关系求得入射横波声程s丁S一AO=08T变型纵波声程&=OC+CA一+舞=(c+尸c)=1_(吾+丁)一1.78丁相当于横波声程Ss=1.78T
7、=0.97丁式中cs钢中横波声速cL钢中纵波声速同理可得,K2.0探头,s一1.12T,=1.83T,S一1.00T;K1.9探头,风=1.07T,&=1.76T,S一0.96T.若仪器扫描线比例阱深度1t1调节,板厚丁不同时,在仪器荧光屏上显示的中间未焊遗缺陷埋藏深度与其实际埋藏深度(1/2)T之差Ah(Ah=丁一下Ss-FS,.c.)值见表2.衰2探头瞳a/nu:aT/mm故变型纵波经底面反射后被探头接收,显示在荧光屏上深度为(1/2)丁附近1.4适用条件分析表1和表2,该法较适用于厚度丁60ram的x型坡口焊缝,对太厚的焊缝是不适用的.由图3可知,当焊缝下部半宽度小于CD时,变型
8、纵波才能经底面反射后为探头所接收.x2.0探头?169?李建忠:利用超声变型纵波检测焊缝中间未焊透CDi1.c0t礼一1t54.90.35K1.92探头CD1T?c.t礼一.c0t57.5一0.32TK1.9探头CD1?c.t礼一.c0t58.4.一0.31T2试验及结果2.1试验条件2.1.1仪器与探头选用汕头产CTS一22型超声波探伤仪,探头为5P8mm12mmK2.5.2.5Pl0mml4mmK2.0和2.5P8ram12ramK1.5横波单斜探头.2.1.2试块与耦合荆选用CSKIA,CSK一A,RB一1和RB一2型试块以及GD-1型耦合剂进行仪器调试和检测试验.2.1.3试板2号试板
9、材质为16Mn,厚度为l6ram,X型坡口,双面焊双面成形,焊缝中间有长度一12mm的未焊透缺陷(编号为2一1).3号试板材质为16Mn,厚度为30ram,X型坡口,双面焊双面成形,焊缝中间有长度一65mm,一25mm,以一45mm的未焊透缺陷(编号分别为3一寰31,3-2和3-3).2.2检测灵敏度采用定量线灵敏度,表面补偿4dB后进行检测试验.2.3试验数据采用3mm-10dB和mm6mm一9dB灵敏度检测,试验数据见表3和表4.2.4波形特征缺陷一般都较直,呈直线连续状或间断状分布,反射波规则单一.其动态包络见图4.探头垂直于缺陷作定点转动时回波消失较快(图4a);探头作环绕扫描时探头垂直焊缝时最高,而在偏转角度时逐渐消失(图4b);探头沿缺陷长度方向平行移动时,反射波位置和波高变化不大(图4c);探头前后移动时,缺陷高度不同,移动匪离也不同,且反射波高和包络线变化不大(图4A).3结束语(1)理论分析和试验结果表明,用K1.92或相近折射角单斜探头的变型纵波检测焊缝中间未焊透是有效可行的.(2)K1.92或相近折射角探头对焊缝中间未焊透的检测灵敏度较K2.5和K1.5探头高10dB左右.(3)根据GB1134589标准对x型坡口双面土dB1mrrLu,a/ldB0反射菠幅度低于定量线(在1区)探头前沿长度-mm?170?