薄板搭接窄焊縫超聲快速無損檢測方法與裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于軌道車輛焊接領(lǐng)域，具體涉及一種城軌、鐵路客車薄板搭接激光焊縫快速無損檢測的方法與裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前開始使用激光焊對城軌車體進行焊接，此類焊接焊縫的特點是焊縫熔合區(qū)特別細窄。在整個焊接過程中，由于此類焊接方法焊接參數(shù)異常波動、工件裝配等因素很容易造成虛焊、未熔合、熔寬太窄或熔深太淺等缺陷，嚴重影響焊縫的質(zhì)量，可能造成重大的經(jīng)濟損失和安全事故。而對于薄板搭接窄焊縫，熔寬對接頭力學(xué)性能影響最大，因此對搭接窄焊縫檢測的一個主要問題就是需要對焊縫熔寬進行檢測。對熔寬尺寸達不到標準的焊縫可直接剔除；熔寬尺寸達到標準且無其他缺陷的焊縫為合格，目前還沒有薄板搭接窄焊縫熔寬無損檢測技術(shù)。
[0003]發(fā)明專利內(nèi)容
[0004]針對以上的一個或多個問題，本發(fā)明提供一種薄板搭接激光窄焊縫超聲掃快速無損檢測方法與裝置，其能檢測搭接焊縫質(zhì)量，特別是能對窄焊縫熔寬進行測量的無損檢測技術(shù)，具有操作簡便，成本低廉，適用性強等特點。使用該方法及裝置，能夠?qū)Ρ“宕罱蛹す夂缚p進行快速超聲檢測，實現(xiàn)薄板搭接激光焊縫的質(zhì)量評價，提前發(fā)現(xiàn)焊縫中的缺陷，保證產(chǎn)品質(zhì)量。
[0005]本發(fā)明屬于產(chǎn)品自主研發(fā)技術(shù)。本發(fā)明的設(shè)計原理是:通過兩個探頭，左側(cè)探頭發(fā)射的超聲波經(jīng)發(fā)射、傳播、遇到焊縫左側(cè)壁返回、被左側(cè)探頭晶片接收的整個過程中，超聲波傳播的距離(即聲程)為SI ;同理右側(cè)聲程為S2。根據(jù)聲的傳播特性，探頭發(fā)射的聲波遇到最近的焊縫壁，然后反射回來被原探頭接收，此時聲波所傳播的距離S為探頭發(fā)射晶片距焊縫近壁距離的兩倍，即SI = 2(L1+L0)、S2 = 2(L2+L0)。根據(jù)以上數(shù)據(jù)可計算出焊縫寬度W = L+2L0-(Sl+S2)/2?根據(jù)此原理，發(fā)明本裝置，將焊縫寬度計算過程進行模塊化設(shè)計，在探頭掃查過程完成后即可迅速得到檢測結(jié)果。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0007]一種薄板搭接窄焊縫超聲快速無損檢測裝置，其特征在于，包括第一探頭、第二探頭、探傷儀、運算裝置，具體地:
[0008]第一探頭設(shè)置在焊縫左側(cè)，第二探頭設(shè)置在焊縫右側(cè)，第一、第二探頭均兼具信號收發(fā)的功能，第一、第二探頭的聲軸軸線的連線垂直于焊縫；
[0009]運算裝置與第一探頭、第二探頭、探傷儀連接；
[0010]探傷儀與第一探頭、第二探頭連接獲得聲程數(shù)據(jù)；
[0011]運算裝置包括焊縫熔寬計算模塊、數(shù)據(jù)獲得模塊、輸出模塊、人機交互裝置，數(shù)據(jù)獲得模塊從探傷儀獲得聲程數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)獲得模塊連接人機交互裝置獲得第一、第二探頭之間的距離以及探頭的前沿長度；焊縫熔寬計算模塊連接數(shù)據(jù)獲得模塊、輸出模塊；數(shù)據(jù)獲得模塊、輸出模塊均連接人機交互裝置。
[0012]進一步地，所述的數(shù)據(jù)獲得模塊包括兩探頭之間的距離獲得模塊、兩探頭聲程讀取模塊、探頭的前沿長度獲得模塊，所述的兩探頭之間的距離獲得模塊、兩探頭聲程讀取模塊、探頭的前沿長度獲得模塊均連接焊縫熔寬計算模塊。
[0013]進一步地，所述的焊縫熔寬計算模塊根據(jù)以下關(guān)系式計算焊縫熔寬:焊縫熔寬W=L+2L0-(Sl+S2)/2，其中:兩探頭之間的距離為L ;焊縫熔寬為W ;左側(cè)探頭發(fā)射的超聲波從發(fā)射、傳播、遇到焊縫左側(cè)壁返回、被左側(cè)探頭晶片接收的整個過程中超聲波傳播的距離，即左側(cè)聲程SI ;同理右側(cè)聲程為S2 ;L0為探頭的前沿長度，即聲波在探頭范圍內(nèi)的傳播距離。
[0014]進一步地，所述的第一探頭、第二探頭為斜探頭；所述的第一、第二探頭的型號相同。
[0015]進一步地，所述的探傷儀為帶有B掃描功能的超聲探傷儀。
[0016]進一步地，還設(shè)有滑動裝置，滑動裝置包括驅(qū)動機構(gòu)、導(dǎo)軌或滑道，滑動裝置分別供第一探頭、第二探頭平行于焊縫的軸線方向滑動，驅(qū)動機構(gòu)包括位移控制器，第一探頭、第二探頭連接位移控制器，位移控制器驅(qū)動兩探頭同步滑動。
[0017]進一步地，所述的運算裝置還包括成像模塊，成像模塊連接示波器，顯示出沿焊縫方向的熔寬曲線。
[0018]一種薄板搭接窄焊縫超聲快速無損檢測裝置，其特征在于，采用兩個相同型號的斜探頭1、與探頭I連接的編碼器2、控制探頭I和編碼器2移動的位移控制器3、帶有B掃描功能的超聲探傷儀4、數(shù)據(jù)處理及成像模塊5、導(dǎo)軌6 ;兩個同型號的斜探頭I置于導(dǎo)軌6上，斜探頭I兼具信號收發(fā)的功能，分別置于待檢焊縫的兩側(cè)，兩個斜探頭I聲軸軸線的連線垂直于焊縫；位移控制器3精確控制兩探頭I的間距以及兩探頭沿焊縫方向移動；超聲探傷儀4用于激勵和接收探頭I的超聲信號，并顯示檢測波形，然后將檢測數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理及成像模塊5 ;數(shù)據(jù)處理及成像模塊5同時接收探傷儀4和位移控制器3的數(shù)據(jù)，計算出焊縫熔寬并顯示出沿焊縫方向的熔寬曲線。
[0019]進一步地，所述的數(shù)據(jù)處理及成像模塊中設(shè)有數(shù)據(jù)處理模塊，數(shù)據(jù)處理模塊中計算焊縫熔寬所采用的關(guān)系式為:焊縫熔寬w = L+2L0-(Sl+S2)/2，其中:兩探頭之間的距離為L ;焊縫熔寬為W ;左側(cè)探頭發(fā)射的超聲波從發(fā)射、傳播、遇到焊縫左側(cè)壁返回、被左側(cè)探頭晶片接收的整個過程中超聲波傳播的距離，即左側(cè)聲程SI ;同理右側(cè)聲程為S2 ;L0為探頭的前沿長度，即聲波在探頭范圍內(nèi)的傳播距離；聲程S1、S2從探傷儀4中讀出。
[0020]一種薄板搭接窄焊縫超聲快速無損檢測方法，其特征在于，采用上述權(quán)利要求1至9任一所述的一種薄板搭接窄焊縫超聲快速無損檢測方法，包括以下步驟:
[0021]stepl:先將兩探頭I及導(dǎo)軌6放置在焊縫兩側(cè)，導(dǎo)軌平行于焊縫放置，兩探頭的發(fā)射軸線垂直于焊縫且兩軸線在同一直線上，調(diào)整探頭位置至合適的距離并固定；
[0022]St印2:檢測過程中探頭之間相對位置始終固定，位移控制器3控制探頭I整體沿焊縫移動，即可檢測整條焊縫的寬度；探頭I收到的信號傳輸至探傷儀4，處理后的數(shù)據(jù)再傳至數(shù)據(jù)處理及成像模塊5 ;
[0023]Step3:數(shù)據(jù)處理及成像模塊中計算焊縫熔寬所采用的關(guān)系式為:焊縫熔寬W =L+2L0-(Sl+S2)/2，其中:兩探頭之間的距離為L ;焊縫熔寬為W ;左側(cè)探頭發(fā)射的超聲波從發(fā)射、傳播、遇到焊縫左側(cè)壁返回、被左側(cè)探頭晶片接收的整個過程中超聲波傳播的距離，即左側(cè)聲程SI ;同理右側(cè)聲程為S2 ;L0為探頭的前沿長度，即聲波在探頭范圍內(nèi)的傳播距離；聲程S1、S2從探傷儀4中讀出；
[0024]Step4:數(shù)據(jù)處理及成像模塊將結(jié)果發(fā)送到顯示裝置或示波器上，得到焊縫各處的熔寬并以熔寬曲線顯示。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明的薄板搭接窄焊縫超聲快速無損檢測裝置的一個實施例的結(jié)構(gòu)圖；
[0026]圖2為本發(fā)明裝置的一個實施例檢測時探頭及導(dǎo)軌放置的俯視示意圖；
[0027]圖3為本發(fā)明裝置的一個實施例的探頭處聲波傳播示意圖；
[0028]圖4為本發(fā)明裝置的一個實施例的檢測原理示意圖；
[0029]圖5為本發(fā)明裝置的一個實施例的聲波傳播示意圖；
[0030]圖6為本發(fā)明裝置的示波器上的波形顯示圖；
[0031]圖7為本發(fā)明裝置的一個實施例的運算裝置的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0032]現(xiàn)結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步地說明:
[0033]本發(fā)明各部分的具體連接方式如圖1所示，兩個斜探頭在待檢工件上的放置方式如圖2所示。先將探頭I及導(dǎo)軌6放置在焊縫兩側(cè)，導(dǎo)軌平行于焊縫放置，兩探頭的發(fā)射軸線垂直于焊縫且兩軸線在同一直線上，調(diào)整探頭位置至合適的距離(約5?50mm)并固定。檢測過程中探頭之間相對位置始終固定，位移控制器3控制探頭I整體沿焊縫移動，即可檢測整條焊縫的寬度。探頭I收到的信號傳輸至探傷儀4，處理后的數(shù)據(jù)再傳至數(shù)據(jù)處理及成像模塊5，最后可以得到焊縫各處的熔寬并以熔寬曲線顯示。
[0034]本發(fā)明檢測焊縫寬度的原理如下:
[0035]圖3是斜探頭正常檢測時超聲波的傳播路線。設(shè)兩斜探頭I的前沿長度均為L0，忽略聲波在探頭內(nèi)部的傳播，則LO即可代表聲波在探頭范圍內(nèi)的傳播距離。
[0036]圖4為檢測焊縫時的原理示意圖。左探頭前端距焊縫左側(cè)壁的距離為L1、右探頭前端距焊縫右側(cè)壁的距離為L2，探頭之間的距離為L。由圖4可知，若焊縫熔寬為W，則有W=L-(L1+L2)。左側(cè)探頭發(fā)射的超聲波從發(fā)射、傳播、遇到焊縫左側(cè)壁返回、被左側(cè)探頭晶片接收的整個過程中，超聲波傳播的距離(即聲程)為SI ;同理右側(cè)聲程為S2。聲程S1、S2可以從探傷儀4中讀出。根據(jù)聲的傳播特性和圖4可知，探頭發(fā)射的聲波遇到最近的焊縫壁，然后反射回來被原探頭接收，此時聲波所傳播的距離S為探頭發(fā)射晶片距焊縫近壁距離的兩倍，即SI = 2(L1+L0)、S2 = 2(L2+L0)o根據(jù)以上數(shù)據(jù)可計算出焊縫寬度W =L+2L0-(Sl+S2)/2o
[0037]根據(jù)以上原理，將焊縫寬度計算過程進行模塊化設(shè)計，在探頭掃查過程完成后即可迅速得到檢測結(jié)果。
[0038]本發(fā)明提供的薄板搭接窄焊縫熔寬無損檢測裝置原理簡單、操作簡便，投入較少的人力便可對現(xiàn)場搭接焊縫進行快速、準確地檢測。
[0039]優(yōu)選實施例1
[0040]一種薄板搭接窄焊縫超聲快速無損檢測裝置，是通過快速無損測量的方法檢測熔寬，該裝置主要包括兩個相同型號的斜探頭1、與探頭I連接的編碼器2、控制探頭I和編碼器2移動的位移控制器3、帶有B掃描功能的超聲探傷儀4、數(shù)據(jù)處理及成像模塊5、導(dǎo)軌6。兩個同型號的斜探頭I置于導(dǎo)軌6上，探頭I兼具信號收發(fā)的功能，分別置于待檢焊縫的兩偵牝兩個斜探頭I聲軸軸線的連線垂直于焊縫。位移控制器3精確控制兩探頭I的間距以及兩探頭沿焊縫方向移動。超聲探傷儀4用于激勵和接收探頭I的超聲信號，并顯示檢測波形，然后將檢測數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理及成像模塊5。數(shù)據(jù)處理及成像模塊5同時接收探傷儀4和位移控制器3的數(shù)據(jù)，計算出焊縫熔寬并顯示出沿焊縫方向的熔寬曲線。
[0041]運算裝置包括焊縫熔寬計算模塊、數(shù)據(jù)獲得模塊、輸出模塊、人機交互裝置，數(shù)據(jù)獲得模塊從探傷儀獲得聲程數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)獲得模塊連接人機交互裝置獲得第一、第二探頭之間的距離以及探頭的前沿長度；焊縫熔寬計算模塊連接數(shù)據(jù)獲得模塊、輸出模塊；數(shù)據(jù)獲得模塊、輸出模塊均連接人機交互裝置。數(shù)據(jù)獲得模塊包括兩探頭之間的距離獲得