基于斜板对接接头的超声波探伤方法

基于斜板对接接头的超声波探伤方法

在船体结构中，除了最重要的连接缝、t型缝、k型缝和l型缝外，还有更复杂的端部结构。大量焊接结构件的使用,导致了不少安全隐患,40%的船舶脆断事故是从焊缝的缺陷处开始的,特别是船体结构中的异型焊缝结构,不仅极易产生各类焊接缺陷,而且在探伤过程中也易漏探和错探,这些缺陷的存在严重威胁船舶及人身安全。因此,提高焊接及其检测技术特别是异型焊接部位的检测得到越来越多的研究人员的重视。目前,钢结构中原材料的受力构件和焊接件中的T型焊缝、角焊缝和搭接焊缝等都要求进行探伤,并且异形焊接件的焊缝区通常要求100%超声波探伤。超声波探伤的三大关键问题是缺陷的定位、定量和定性评定。不同于常见焊接接头,异形焊接接头的缺陷定位因为接头的复杂性有其特定的判定方法。1次声程探伤定位复杂通常的平板对接接头的探伤可以直接从探伤仪中读出缺陷距离探头的水平或者垂直距离,如图1中OB和BF所示。但是于斜面对接接头来说,如图2所示,探伤仪得到的距离实际上是OA和AF,而我们需要的距离却是OB和BF,所以如果再按照探伤仪中显示的距离,会导致错探和漏探,特别是二次声程的探伤定位,比一次声程探伤定位更加复杂。本文根据对某厂此类板的探伤任务,通过一次、二次声程对斜面对接接头的探伤理论分析和探伤结果检验,提出切实可行的斜面对接接头的探伤方法。2缺陷定位分析2.1缺陷的具体位置图3所示为斜面对接接头的一次声程超声波探伤示意图,假定O点为斜探头入射点,F点为焊接接头内的缺陷,θ为两块钢板的夹角,仪器以声程1:1调节。由图3可知,以探头接触平面为水平面,根据超声波探伤仪可以得到缺陷所在位置F点到探头入射点O点的水平距离FB和垂直距离OB。为了更直观描述缺陷F的具体位置,采用OA和AF分别描述其水平和垂直距离。因为斜探头的入射角β是确定的,所以,通过简单的三角函数转换,有:FA=OC=OFsin(θ+β)(1)OA=CF=OFcos(θ+β)(2)可以得到以O点为基础的F点的位置。根据缺陷的一次声程可以确定缺陷距离斜探头入射点的水平距离AF及其垂直高度OA。2.2探伤接头的定位如图4所示,假设被检验区域内存在F点缺陷,β为入射角,θ为斜板对接角度。当β+θ>90°,可知α=β-(90°-θ)=β+θ-90°,δ=90°-β,由此计算出AD=S1×sin(β+θ-90°),OD=S1×cos(β+θ-90°)。因为∠EAF=δ=90°-β,∠FAB=90°-β+θ,可知AB=S2×cos(90°-β+θ),FB=S2×sin(90°-β+θ),可以得到:L水平=OC=S1×sin(β+θ)+S2×sin(β+θ)(3)L垂直=FC=S2×cos(β-θ)+S1×cos(β+θ)(4)同理,可以得到当β+θ≤90°时,L水平=S1×sin(β+θ)+S2×sin(β-θ)(5)L垂直=S2×cos(β-θ)-S1×cos(β+θ)(6)在具体的计算中如果用探头前沿进行定位的话,还要注意探头前沿和探头入射点之间的距离。但是此探伤方法也有不足的地方,图3虚线处以上基本漏探。可以用图5所示进行补探,将对接试样翻转180°,一是利用上述总结的斜面探伤方法进行补探,二是利用通常平面探伤方法进行补探,保证探伤接头截面100%全面探伤。除了缺陷定位时有其特定的判定方法,其他定性和定量的判定基本与对接焊缝接头一致。3实际检测结果截取部分斜面对接板进行超声波探伤(见图6)。根据GB/T11345—1989《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》及CB/T3559—2011《船舶钢焊缝超声波检测工艺和质量分级》规定,采用A级单面单侧直射法的检验方式,为保证100%焊接接头探伤,采用一次声程双面双侧的探伤方法,具体位置见图6中箭头表示的A、B面处(因为板长不够,暂不用二次声程方法验证)。实验材料为普通船用一般强度结构钢,板厚为30mm,两板之间的夹角为20°,斜探头K=2,折射角β=63°,入射点到探头前沿的距离为11.3mm。表1为双面探伤的缺陷结果数据,经过式(1)、式(2)的定位分析计算,得到B面缺陷水平距离离探头入射点为38.51mm,缺陷的垂直距离离探头入射点为4.73mm,确定缺陷在焊缝内部,因为回波幅度较稳定,在不同方向探测时,有反射波高不同的情况出现,且无出现簇状波,基本确定缺陷为点渣。对试样进行切片验证,在水平距离探头入射点38.18mm、垂直距离探头入射点4.95mm处,发现黑色点状夹渣,如图7所示,经测量,缺陷长为2mm,宽≤1mm。可见,实际值与理论计算值误差<0.5mm,产生误差的原因主要是计算式中有关参数(如探头入射点、K值折射角)的测量误差以及有关尺寸的度量误差等。同时考虑到检测的准确性,建议用K=1.5的探头进行一次复检。4验证了定位方法的准确性本文根据船用斜面对接接头的结构特点,进行超声波