焊缝的超声波检测与有限元仿真.pdfVIP

第 36卷第 5期 武 汉 工 程 大 学 学 报 V01．36 NO．5 2014年 5月 J． Wuhan Inst． Tech． May 2014 文章编号 ：1674—2869(2014)05—0053—06 焊缝的超声波检测与有限元仿真 陈汉新，余 冈4，杨诗琪，刘 岑，孙 魁 武汉工程大学机电工程学院，湖北 武汉 430205 摘 要：为了避免超声波在检测焊缝的过程 中因噪声信号干扰而导致结果的错估 ，首先采用 MUTII软件中 的超声波衍射时差法 (TOFD)来检测人为的焊缝缺陷试块 ，得到准确 的A扫 图与 TOFD图像 ；然后利用 ANSYS软件模拟仿真超声波 的检测过程 ，根据惠更斯原理建立超声波检测 的有限元数值模型．将超声波 的传 播过程看做对试块 的加载过程 ，从不同的节点上施加具有时间延迟的载荷 ，得到声压幅值 图像 ．对 比分析实验 幅值图像与仿真幅值图像，两种图像的相似度很高，证实有限元仿真方法有助于超声波对焊缝的检测．从仿真 的幅值图像中可以判定实验图像中的干扰信号，对检测结果的误差分析具有很大的帮助． 关键词 ：超声波衍射 时差法 ；焊缝 ；有 限元 中国分类号 ：TB553 文献标识码 ：A doi：10．3969／j．issn．1674—2869．2014．05．012 0 引 言 1 实验部分 焊接技术现在在各种领域应用十分广泛 ，特 1．1 焊缝 自然缺陷的分类 别是锅炉 、压力容器 、压力管道和各种钢结构都是 焊缝缺陷根据其性质 、特征主要分为以下 6 采用焊接方法制造 的，通过焊接加工 的钢材几乎 个大类 ：(1)裂纹：纵向与横 向裂纹，弧坑裂纹与支 占世界钢材产量的 5O 以上．超声检测是提供焊 状裂纹等．(2)孔穴 ：气孔，结晶缩孔 ，弧形坑孔等． 接接头质量评价数据和焊缝缺陷定位的重要无损 (3)固体夹杂：夹渣 ，焊剂与溶剂夹渣 ，氧化物和金 检测手段之一．TOFD技术最早是在 20世纪 7O 属夹杂等．(4)未焊透及未熔合．(5)形状和尺寸不 年代提出来的，原理是超声波在检测时会 出现衍 良：咬边 ，缩沟 ，下榻 ，焊瘤 ，错边 ，烧穿 ，未焊满等． 射现象，MJSilk发现了这个重要的现象并将其用 (6)其它缺陷：电弧擦伤 ，飞溅等 ]． 到超声检测 当中口]．TOFD将探头对称分布于焊 在上述 6种常见 的缺陷 中，肉眼可看见表面 缝两侧 ，一个发出信号 ，另一个接收信号．检测到 缺陷，不用检测 ；未熔合和未焊接在检测 中很难 区 缺陷时，接收探头可以接收到直通波与反射波之 分开 ，所以不适合使用 TOFD法检测 ，这里不作过 间的衍射波．用 Mutli软件不仅可 以自由设置超 多表述．内部缺陷包括气孔与夹杂，非内部缺陷则 声波检测过程的各种参数 ，还可以轻易得出A扫 包括根部、边缘、焊缝表面起 的纵深裂纹等．焊缝 描信号和 TOFD图像 ，TOFD图像是将每个 A扫 中的横向裂纹以及横 向排列的气孔夹杂等通过射 描的信号显示成的一维图像线条沿探头 的运动方 线检测后能得 到相当精确的成像 ，但对 于纵 向排 向拼接成的二维视 图l2]． 列的缺陷来说 ，射线检测具有很大 的局限性，焊缝 用有限元 ANSYS软件对超声波在 固体中的 最上方的缺陷或者最大的缺陷会将射线底片 中所 传播过程进行仿真建模是将要检测的试件看做是 有 的纵 向缺 陷的成像掩盖 6【]．因此焊缝 内部缺 陷 向同性均匀 的f3]．超声波