一種激光搭接焊縫寬度的測量方法和所用裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于超聲波無損檢測領域，特別提供一種利用超聲波反射回波的最小幅度來測量激光搭接焊縫寬度的方法，適用于交通運輸、航空航天、船舶制造、化工儲罐等大型裝備中薄板激光搭接焊縫結構的無損檢測。
【背景技術】
[0002]薄板結構在大型化工設備、交通運輸的車廂車體、航空航天裝置中使用廣泛。對于這些薄板結構的焊接，激光搭接焊是很好的選擇。如在軌道交通中，一些型號列車的車廂就采用了激光搭接焊。由于激光焊縫質量直接影響客車的運行安全，所以很有必要對其進行安全評價。通過Kaitanov等有關人員對激光焊縫的力學性能研究，發現激光搭接焊的焊縫寬度是影響焊縫靜態力學性能和疲勞性能的重要指標。因此，測量焊縫寬度對于車輛運行安全來說非常必要。
[0003]高頻水浸聚焦探頭在工業C掃描上應用廣泛，由于其聲束寬度比非聚焦探頭小，所以其探測的橫向分辨率更高，可以識別更為細微的特征。又由于檢測頻率比一般探頭高，所以探頭激勵出的聲波波長較小，可以識別更小尺寸的缺陷。基于這兩點優勢，工業C掃描設備上使用的水浸聚焦探頭逐漸地向高頻率、小焦斑直徑的方向發展，使得被檢工件的掃描成像更為清晰。但由于C掃描檢測需要對被檢區域逐點掃查，所以檢測過程非常耗時。為了能夠更快地測量搭接焊縫的寬度，滿足工程實際對快速檢測的需求，我們提出了一種利用具有一定聲束寬度的水浸聚焦探頭來快速檢測搭接焊縫寬度的方法。
[0004]本發明提供的方法是將水浸聚焦探頭激勵出的高頻率、具有一定聲束寬度的超聲波，應用在激光搭接焊縫寬度的檢測中。一個水浸聚焦探頭在距離激光搭接板適當高度處呈一定角度發射超聲波，激勵出超聲波入射到焊縫處，超聲波在焊縫處部分反射和部分透射后，其反射波被另一個水浸聚焦探頭以相同的角度接收，而透射波透射到下層薄板中無法被探頭接收，探頭接收的反射波信號在探傷儀上顯示。經研究發現，超聲波在焊縫處部分反射波的最小幅度與激光搭接焊縫寬度有單調上升的關系，本發明所述方法就是利用這種關系，測量激光搭接焊縫的寬度。
【發明內容】
[0005]本發明的主要目的在于提供一種激光搭接焊縫寬度的測量方法，該方法是針對快速測量激光搭接焊縫寬度的需求所提出的，通過使用水浸聚焦探頭，使得具有一定聲束寬度的超聲波在焊縫處形成部分反射和部分透射，利用超聲波在搭接焊縫處反射回波的最小幅度與焊縫寬度的單調遞增關系，根據探傷儀顯示的反射回波的最小幅度，來測量激光搭接焊縫的寬度。在一定的誤差范圍內，該方法有較強的可靠性。
[0006]本發明具體提供了一種激光搭接焊縫寬度的測量方法，其特征在于:所述檢測方法基于超聲波在搭接焊縫處發生部分反射和部分透射的現象，并基于反射回波的最小幅度與焊縫寬度呈單調遞增的關系，利用兩個水浸聚焦探頭在焊縫處實現一發一收的檢測方式，來測量激光搭接焊縫的寬度。
[0007]本發明所述激光搭接焊縫寬度的測量方法，其特征在于，測量步驟如下:
[0008]I)、根據被檢焊縫的寬度范圍，選擇合適的水浸聚焦探頭，其探頭的焦斑直徑在焊縫最大寬度的0.8倍到1.2倍之間；
[0009]2)、確立探頭的入射角度以及兩個探頭之間的距離，使得探頭接收到的聲束為第一次反射回波；
[0010]3)、確定探頭到被檢工件上表面的距離，使得探頭聚焦在上層板的下表面；
[0011]4)、根據探頭尺寸、入射角、兩探頭距離以及探頭到被檢工件上表面的距離，制作探頭固定模塊，并組裝成為檢測裝置；
[0012]5)、制作不同焊縫寬度的標準試樣；
[0013]6)、采集不同焊縫寬度試樣上反射回波的最小幅值；
[0014]7)、建立反射回波的最小幅度和焊縫寬度關系；
[0015]8)、根據步驟(7)的關系，利用步驟(4)所建立的檢測裝置來測量激光搭接焊縫寬度。
[0016]步驟I)根據統計的被檢激光搭接焊縫的寬度范圍，選擇的水浸聚焦探頭的焦斑直徑應稍小于最大焊縫寬度。這樣激勵出的聲束在焊縫處形成部分反射和部分透射的現象，更容易被發現。又由于探頭以一定角度斜入射，所以應考慮在焊縫處形成的焦斑直徑比垂直入射形成的焦斑直徑大。
[0017]步驟3)確定探頭到被檢工件上表面的距離:不銹鋼板中的橫波聲速是水中聲速的2.3倍，所以探頭到板上表面的距離=探頭焦距-2.3*鋼板厚度。
[0018]步驟5)制備標準試樣:由于檢測基于超聲波在激光搭接焊縫上的反射回波的最小幅度與焊縫寬度的關系，所以將該方法應用于檢測之前，需要明確反射回波最小幅度和焊縫寬度之間的對應關系。首先，需要制作一系列寬度已知的激光搭接焊縫。為了滿足與被檢工件有相同的條件，標準試樣的制作應盡可能與實際檢測工件相符。標準試塊由線切割制成，寬度均勻，板厚與實際檢測工件相當，形成不同寬度的試塊。
[0019]步驟6)信號采集:將制作好的探測裝置放置在標準試塊上，將兩個水浸聚焦探頭橫跨焊縫，緩慢移動至反射回波最小值處，并記錄數值，與焊縫寬度相對應。
[0020]步驟7)建立超聲波反射回波最小幅度和焊縫寬度關系:將不同焊縫寬度與其試樣上的反射回波最小幅度一一對應，畫出兩者的關系曲線。
[0021]本發明還提供了一種激光搭接焊縫寬度的檢測裝置，其特征在于:所述測量裝置包括入射探頭1、接收探頭2、探頭固定模塊3、探傷儀4以及用于模擬不同焊縫寬度的標準試塊5 ;其中入射探頭I為用于入射超聲波的水浸聚焦探頭；接收探頭2為用于接收超聲波的水浸聚焦探頭2 ;所述探頭并不局限于焦距大小、尺寸、激勵頻率和入射角度等參數。探頭固定模塊3用于固定入射探頭I和接收探頭2，并使兩探頭呈一定的角度和聚焦深度入射和接收超聲波；探傷儀4連接入射探頭I和接收探頭2，用于探頭的激勵和回波信號的接收；標準試塊5用于建立不同焊縫寬度和反射回波的最小幅度之間的關系，該標準試樣5不局限于尺寸、成分、制作方式等。
【附圖說明】
[0022]圖1是待檢激光搭接焊縫的模型。
[0023]圖2是探頭固定模塊結構示意圖。
[0024]圖3是用于測量激光搭接焊縫寬度的檢測裝置示意圖。
[0025]圖4是標準試塊的示意圖(其中，上板厚2mm，下板厚0.8mm)。
[0026]圖5是超聲波在激光搭接焊縫的反射最小幅度和焊縫寬度的關系曲線。
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