y型管节点焊缝的超声检测实验研究

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1、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）摘要本文针对Y型管节点焊缝的特点，为解决在Y型管节点焊缝超声波检测中的缺陷定位困难、方法繁琐和耗时严重等问题，结合计算机辅助软件，设计了Y型管节点焊缝超声相控阵检测工艺，对该类焊缝进行实验研究。实验证实：采用计算机辅助超声相控阵技术检测Y型管节点焊缝有利于该类焊缝检测效率的提高，可以有效地避免常规方法频繁移动探头的检测方式。关键词Y型管节点焊缝；计算机辅助技术；超声波检测在承受各种载荷的钢结构中，将支管的一端焊接在主管上，这种结构形式称为管节点焊缝。如果主支管间夹角θ小于90，

2、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。1Y管节点焊缝1.1Y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

3、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。1.2Y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1Y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

4、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。1.3Y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）。图2管节点焊缝接头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

5、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

6、研究采用VisualBasic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3.1Y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），分别取自于Y形管节点焊缝不同钟点区域。在支管外壁绘制母线，母线间距为30mm，根据设计的试块尺寸绘制切割线，如图4所示。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

7、。表1试块中母线范围试样编号ABC母线编号-2~35~910~14弧长范围/mm0~60165~230295~405试块加工的成品如图5所示。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AA1122B2201.6131.6试块BA1202B118222023.2探测条件的选择1、探头：由于实验的管节点焊缝的主支管直径较小，探测面曲率较大，因此探头的尺寸小一点好，以便改善耦合效果。又由于不同探测位置的截面曲率半

8、径不同，所以探头斜楔不要修成与支管表面相吻合的曲面。