利用超声变型纵波检测焊缝中间未焊透.pdf
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1、试验研究 利用超声变型纵波检测 焊缝中间未焊透 李建忠 (新疆钢铁研究所,新疆 830022) 摘 要 通过理论分析与对比试验,提出用变型纵波检测焊缝中间未焊透,并讨论了其可行 性。 主题词 超声检验 焊缝 未焊透 ULTRASONIC DETECTI ON OF INCOM PLETE PENETRATI ON IN W ELDS BY MOD IFIED LONGITUD INAL WAVES L i Jianzhong (Xinjiang Iron and Steel Research Institute) Abstract By means of theoretical analysi
2、s and comparative tests,ultrasonic detection of incomplete penetration in welds bymodified longitudinalwaveswas put forward. Feasibility of themethodwas also discussed. Keywords U ltrasonic testing W eld Incomplete penetration 中间未焊透是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合到一起而形 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
3、,且减小焊缝截面,承载后易产生扩 展裂纹,故为危险性缺陷1。用常规K3. 0,K2. 5,K 1. 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 图1 斜角探伤中的波型转换 S横波 L纵波 缺陷表面的入射角 S(S= 90-)有关。关于横波 入射角 S和纵波反射角 L以及临界角 S的关系,
4、 可用正弦定律表示。临界角 S的意义是,当横波入 射角 SS时,将只有反射横波而无反射纵波。对 于钢,当横波入射在钢和空气交界面(如中间未焊 透)上时,S= 33. 2,横波入射角 S与横波反射率 SS和纵波反射率 LS间的关系如图2所示。S= 26. 6(= 63. 4,K= 2. 0)时,L= 54. 9,SS= 87, LS= 163;S= 27. 5(= 62. 5,K= 1. 92)时,L= 图2 入射横波在钢和空气界面上的反射 861 第22卷第4期 2 0 0 0年4月 无损检测 NDT Vol . 22 No. 4 April 2 0 0 0 1995-2004 Tsinghu
5、a Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 标准搜搜网 提供各类标准行业资料免费下载 57. 5,SS= 83,LS= 166;S= 27. 8(= 62. 2,K= 1. 9) 时,L= 58. 4,SS= 78,LS= 170。 1. 2 几何证明 利用K1. 92(= 62. 5,S= 27. 5S)单斜探 头检测焊缝中间未焊透缺陷时,探头是收不到横波 反射波的,而变型纵波经底面反射后正好为探头所 接收(图 3) 2。证明过程如下: 设横波入射至中间未 焊透表面O点时,探头入射点A至焊缝中心的水平 距离为l,变型纵波经底
6、面C点反射后到达探测面 A 点,且A 点至焊缝中心的水平距离为l 。 图3 超声波的途径 S横波 L纵波 在直角A ON中 l=ON= 1 2 Ttg 1 2 Ttg62. 5 0. 96T 在直角COM中 OM= 1 2 TcotL 在直角ACP中 PA=TcotL l=OM+PA= 1 2 TcotL+TcotL= 3 2 TcotL= 3 2 Tcot57. 5 0. 96T 即ll,A点和A 点基本重合。 同理可得,K2. 0探头,l=T,l= 1. 05T;K1. 9 探头,l= 0. 94T,l= 0. 90T。令 =l-l,则板厚T 不同时,l值见表1。 另外,入射点是指主声束轴
7、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。 表1 探头 K值 l?mm T?mm 20304050607080 2. 001. 01. 52. 02. 53. 03. 54. 0 1. 920000000 1. 90- 0. 8- 1. 2- 1. 6- 2. 0- 2. 4- 2. 8- 3. 2 对于反射横波,依据波的反射原理,入射波A O 与反射波OB对于法线ON来说是对称的,A点和 B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SS SS=A
8、 O= A N cos = T 2 cos62. 5 = 1. 08T 变型纵波声程SL SL=OC+CA= M C sinL + PC sinL = 1 sinL (M C+PC ) = 1 sin57. 5 T 2 +T= 1. 78T 相当于横波声程SS SS= CS CLS L= 3 230 5 900 1. 78T= 0. 97T 式中 CS钢中横波声速 CL钢中纵波声速 同理可得,K2. 0探头,SS= 1. 12T,SL= 1. 83T, SS= 1. 00T;K1. 9探头,SS= 1. 07T,SL= 1. 76T,SS = 0. 96T。 若仪器扫描线比例以深度11调节,板
9、厚T 不同时,在仪器荧光屏上显示的中间未焊透缺陷埋 藏深度与其实际埋藏深度 (1 ? 2) T之差 h(h= 1 2 T- SS+SS 2 cos)值见表2。 表2 探头 K值 h?mm T?mm 20304050607080 2. 000. 50. 81. 01. 31. 51. 82. 0 1. 920. 50. 81. 11. 31. 61. 92. 1 1. 900. 50. 81. 11. 31. 61. 92. 1 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) T附近。 1. 4 适用条件 分析表1和表2,该法较适用于厚度T60mm 的X型坡口焊缝,对太
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