未焊透形焊縫的測量與分析

在港口機(jī)械和森工機(jī)械的制造中，采用易于加工、省工、省料的t形焊接。為了保證工藝質(zhì)量和安全，允許未焊接的焊接寬度受到一定的限制，這意味著需要測量未焊接的焊接寬度和位置。筆者根據(jù)未焊透的特點(diǎn)以及普通斜探頭和直探頭的聲場結(jié)構(gòu),采用未焊透端線定位法和兩端線同時(shí)回波聲程定位法對T形焊縫的內(nèi)部和根部未焊透進(jìn)行檢測,經(jīng)超聲波和焊縫低倍宏觀檢驗(yàn)相比較,前者檢測方便,準(zhǔn)確度高,重復(fù)性好。1未焊透形狀比較(1)部分未焊透T形焊縫的形式如圖1所示,圖1a為雙側(cè)焊根部未焊透,圖1b為單側(cè)焊根部未焊透。自動(dòng)焊的未焊透端線形狀較為整齊,而手工電弧焊的未焊透形狀比較彎曲。另外由于焊接電流和電壓等因素,均會(huì)對焊縫形狀產(chǎn)生影響,造成未焊透端線形狀彎曲不平。(2)未焊透位置和方向基本都是固定的,屬面狀缺陷,有一定的寬度,位于腹板與翼板的結(jié)合處,其表面為翼板表面的一部分,并垂直于腹板。2非焊接寬度的測定2.1未焊透回波聲程測量把斜探頭放在翼板外側(cè),用斜射法測量未焊透兩端線同時(shí)回波的聲程,從而計(jì)算出未焊透的寬度。該方法可利用斜射波的上半部聲束和主聲束,或者利用下半部聲束和主聲束來測量,圖2中O點(diǎn)為虛擬聲波中心。對于一定的折射角β和翼板厚度T,主聲束在未焊透處的回波聲程是固定的,可用下式計(jì)算式中W1——主聲束未焊透端線回波總聲程β——斜探頭折射角W0——斜探頭有機(jī)玻璃中相當(dāng)于鋼中橫波的等效聲程當(dāng)采用上半部聲束和主聲束測量時(shí),可采用下式進(jìn)行計(jì)算式中W2為上半部聲束回波總聲程。當(dāng)采用主聲束和下半部聲束進(jìn)行測量時(shí)可采用下式進(jìn)行計(jì)算式中W3為下半部聲束回波總聲程。測量時(shí)最好能使用數(shù)字式探傷儀,如CTS2000和CTS3000等機(jī)型,用閘門分別套取兩回波,直接讀出兩回波聲程。翼板厚度14.5mm,腹板厚度12mm時(shí)的回波波形如圖3所示。使用模擬機(jī)時(shí),要確保儀器的水平線性良好,掃描比例按聲程調(diào)節(jié),回波盡量在示波屏水平刻度的20%～80%,以減小誤差。2.2端線定位法2.2.1未焊透/波幅確定法根據(jù)未焊透的特點(diǎn),用斜探頭直射法在翼板外側(cè)測量時(shí),對于一定的折射角β,由公式W=T/cosβ可知未焊透處的回波聲程是固定的。因此利用主聲束軸線聲程定位法即可精確確定未焊透端線的位置,與波幅確定法相比,可避免由于耦合變化引起的誤差,從而更精確測量未焊透寬度。該方法測量示意圖如圖4所示,未焊透端線應(yīng)位于翼板外側(cè),距探頭入射點(diǎn)下方的Ttgβ處,未焊透寬度的計(jì)算方法如下式中b——未焊透寬度L0——探頭前沿長度L——兩探頭前沿間距離β——探頭折射角2.2.2未焊透寬度的確定在JGJ81—2002《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》附錄C“箱形柱(梁)內(nèi)隔板電渣焊縫未焊透寬度的測量”中給出了直探頭垂直探傷法測量焊縫未焊透寬度的方法。該法可以以翼板外側(cè)作為探側(cè)面,使用直探頭來測定,選用頻率為5MHz?10mm探頭,這是因?yàn)樘筋^頻率越高,聲束指向性越好,而晶片尺寸小,聲束直徑也越小,可提高檢測精度。對于內(nèi)部未焊透寬度大于等于探頭聲束直徑時(shí),可簡單采用6dB法來測定缺陷指示長度,但一般情況下允許的內(nèi)部未焊透寬度都小于探頭聲束直徑。如此時(shí)再使用6dB法所測的未焊透寬度將會(huì)比實(shí)際的尺寸大。將探頭放置在翼板外側(cè)對應(yīng)焊縫的位置上,讓聲束中心對準(zhǔn)未焊透的部位,找出未焊透最高反射波位置,并調(diào)整靈敏度使波幅固定在某一高度(80%),然后沿著未焊透的深度方向移動(dòng)探頭(移動(dòng)時(shí)要緩慢,壓力要均勻,最好做一個(gè)探頭壓塊,這樣可減少誤差),注意波幅的變化,如未焊透寬度大于等于探頭聲束直徑時(shí),當(dāng)波幅下降到原高度的50%時(shí),探頭向兩側(cè)移動(dòng)的中心距離的長度就可以確定為未焊透的寬度。如未焊透寬度小于探頭聲束直徑時(shí),則波幅下降到原高度的50%。2.3測試塊的測量對于允許存在的根部未焊透寬度的測定,可用試塊比較的方法。如圖5所示,根據(jù)母材的厚度T和允許存在的未焊透寬度h加工一個(gè)帶槽口的試塊。測量時(shí),應(yīng)選用5～10MHz,K2.5探頭,這是因?yàn)楦哳l率探頭的聲束指向性好,在檢測垂直缺陷時(shí),反射率高,定位簡便,準(zhǔn)確度高。首先將探頭置于試塊上探測槽口,將示波屏上槽口的最大反射波高調(diào)到一定高度記下,然后用此時(shí)的靈敏度,加上耦合補(bǔ)償來檢測焊縫根部,根據(jù)焊縫根部反射波與試塊槽口反射波高度的比較,來判定未焊透是否超標(biāo)。3試驗(yàn)結(jié)果與討論3.1相模件采用CTS—3000超聲波探傷儀;IIW試塊;5P9×9K2前沿9.0mm的斜探頭;晶片直徑10mm,頻率5MHz的5C10N窄脈沖直探頭;被測試件翼板厚度16mm,腹板厚度12mm。超聲波測量與低倍宏觀檢測數(shù)據(jù)比較見表1。3.2折射角和可能存在的問題(1)端線定位法測量內(nèi)部未焊透寬度時(shí),影響測量精度的因素主要有斜探頭前沿長度的測量誤差,試塊和工件的聲速差,儀器水平線性誤差和儀器調(diào)節(jié)誤差等。當(dāng)工件聲速大于試塊聲速時(shí),實(shí)際折射角β大于在試塊上測得的折射角,對于圖4b和c兩種方式來說,要提高探頭本身前沿長度和折射角β的測量精度,才能提高未焊透寬度的測量精度,用圖4a方式測量,則不受探頭前沿長度和折射角的影響。因此,在可能的情況下,盡量采用圖4a方式來測量。(2)圖4a和c方式適用于未焊透寬度較大的情況,當(dāng)寬度較小時(shí),端線回波較難觀察,且測量誤差較大。(3)當(dāng)未焊透寬度較大時(shí),采用兩端線同時(shí)回波聲程法測量可能得不到兩端線的同時(shí)回波,此時(shí)可以采用端線定位法來測定。當(dāng)未焊透寬度小到一定程度時(shí),兩端線回波的前后沿相互重疊,可能無法區(qū)分而導(dǎo)致無法測量。4檢測回波時(shí)測量方法的可靠性(1)通過試驗(yàn)對比,采用超聲波對T形焊縫中允許的未焊透寬度進(jìn)行測量準(zhǔn)確度較高,方法簡單可行,測量結(jié)果可靠,能基本滿足要求。(2)對于寬度<2mm的未焊透,較