Y型管节点缝的超声检测实验研究.docVIP

型管节点焊缝的超声检测实验研究 邓燕燕 陈贤洮 （合肥通用机械研究院，合肥 230031）θ小于90，称Y节点焊缝。随着这种大型焊接钢结构被广泛采用，其安全性问题逐渐显现。 本文针对Y管节点焊缝超声探伤缺陷定位复杂和定位困难，运用计算机辅助技术将建立的管节点模型进行软件化，实现焊缝界面快速绘制，快速判别缺陷以及对缺陷快速定位等功能。并通过实验研究对比分析软件辅助超声波检测方法的误差。 1 Y管节点焊缝 1.1 Y管节点焊缝的介绍 Y型管节点是主支管斜交的管节点，其主支管成任意角度；在工程上，主管直径从600到2000毫米，壁厚从18到80毫米，支管从400到900毫米，壁厚从12到60毫米。 如图1所示，定义主管外径为D1，主管壁厚为t1，支管外径为Dn，支管壁厚tn，主支管轴线交叉角度为θ，其中tl、tn、Dl、Dn、θ是不变的，φ表示管节点的相贯角，φ随焊缝中位置不同而连续变化。 1.2 Y管节点焊缝超声波检测难点 Y型管节点焊缝焊接制造需经过卷板、管子纵缝焊接、支管相贯线的坡口加工、主支管组装、相贯线处焊接等过程。 在无损检测方法中，目前多采用常规超声检测方法，由于管节点的特殊性，常规超声存在以下难点： 图1 Y型管节点焊缝的结构参数 1）反射波识别困难：二面角、坡口角度、间隙等结构参数随相贯线上点的位置不同而发生无规则变化，使缺陷波识别变得复杂，容易造成误判或漏检。 2）缺陷定位方法复杂：管节点不同截面，主支管椭圆曲率连续改变，使半跨距声程不断变化，导致缺陷定位方法复杂，精确度受诸多因素影响。 3）缺陷当量误差大：由于焊缝沿节点相贯线伸展，无论用单个波峰6dB法或20dB法测长均存在较大误差，缺陷自身高度的测定误差更大。 4）对根部缺陷区分困难。 1.3 Y管节点焊缝模型 焊缝剖面图如下图2所示。直线AB为焊缝根部间隙，间隙量为m。直线AC为焊缝坡口所在位置。曲线CD为焊缝宽度，长度为n。在平面直角坐标系中，坐标系原点为支管轴线椭圆中心点O支（0,0），主管的椭圆中心点O主（x主,y主支管椭圆方程表示为： 主管椭圆经过原坐标系顺时针旋转λ，并向左下角平移后的方程为： 式中：,为支管椭圆的长短轴，,为主管椭圆的长短轴 以O主为圆心，作一条平行于主管外壁的椭圆曲线L，曲线L与支管交于点A，连接A点与O主点，交主管外壁与点B，直线AB即为间隙所在位置。 直线AC与曲线L在A点的缺陷夹角为支管所在坡口角度，根据平面直角坐标系总两直线的夹角公式，坡口直线的斜率为K，联立直线AC方程与支管外壁椭圆方程可缺点C点坐标。圆心为C，半径为n的圆交主管外壁于D，即可确定D点坐标。 直线连接点A、B、C，曲线连接点C与点D，此时管节点焊缝任意位置处焊缝接头模型建立完成。 2 计算机辅助软件的设计 在建立的管节点焊缝模型基础上，运用计算机辅助技术实现模型的软件化。本研究采用Visual Basic程序设计语言，程序主要包括：空间管节点结构计算、焊缝截面绘制、声束覆盖、程序定位五大模块，程序框图如图3所示。 图3 程序设计框图 3 试验分析 3.1 Y管节点焊缝试样制作 本研究所制作的试样管材规格为：主管外径910mm，主管壁厚为25mm，支管外径610mm，支管壁厚为20mm。Y形管节点主支管交叉角度为45°。本套试块共有六个小试块组成（A、B、C、D、E、F 图4 各试块分割线 各试块中所具有的母线编号范围如表1所示。 表1 试块中母线范围 试样编号 A B C 母线编号 -2~3 5~9 10~14 弧长范围/mm 0~60 165~230 295~405 图5 待检测试块 每块试块均有二个端面分别用字母A和B表示，现选取试块A、B，在两个端面设计人工横孔，横孔长度为20mm，如表2所示。 表2 试块中人孔位置 试块编号 端面编号 横孔编号 孔深/mm 孔径/mm 试块A A 1 12 2 B 2 20 1.6 1 3 1.6 试块B A 1 20 2 B 1 18 2 2 20 2 CTS-602超声相控阵检测仪，该设备最多可支持128阵元相控阵探头，单次激发阵元总数可以达到32片。双极性方波发射，发射脉宽可调，发射单点聚焦，接收动态聚焦。本文实验采用超声相控阵探头 TL4T8(4MHz,阵元间距0.5mm，16晶片相控阵探头)，横波斜楔型号8A1 (楔块声速：2337m/s，中心阵元高度：10.6mm，楔块角度：36.0°)，最大偏转范围标称值为30°~70°； A、BY形管节点焊缝具有代表性试块（A、BA试块：当弧长为60mm，探头距离焊缝边缘为10mm时，声束仍可覆盖焊缝大部分区域，由于间隙影响，靠近焊缝中部的主管侧壁尚存在部分未覆盖区域