焊接空心球对接焊缝超声波探伤技术

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1、焊接空心球对接焊缝超声波探伤中探头折射角选用及缺陷定位的浅述周文超石约翰摘要以国标GB11345-89和行标JG/T3034·1-1996为依据论述对空心焊接球对接焊缝超声波探测时探头有效折射角必须进行科学选择，缺陷定位必须进行计算的叙述。关键词空心焊接球超声波探伤有效折射角内曲面反射角缺陷弧长位置实际埋藏位置引言在制造安装大中型钢网架结构中，因工程结构需要较多使用焊接球节点以进一步增加结构的强度和稳定性。焊接球的制作是由成型的两只空心半球加肋板或加垫板对接组焊而成，其焊缝的内在质量直接影响到网架主体结构的安全性。因此建设部网架行业据国标《钢结构工程施工

2、质量验收规范》GB50205-2001规定焊接球焊缝应进行超声波探伤，但焊接球是个空心球体，具有曲率，声波在壳体介质中传播，因对应圆心角的变化，其声束与内曲面有相切或有不同于折射角度的反射，甚至有不与内曲面相迂的特性，它不同于平板焊缝的探测。对缺陷波的认定及对缺陷的精确定位，都与平板焊缝探伤不同，所以对空心焊接球焊缝超声波探伤应有所探讨。一、关于所用探头有效折射角度的选用分析超声波探伤是利用探头中压电晶片由电能转变为声能产生超声波束在介质中传播迂到介面产生反射、折射、透射这一基本原理实施的。对平板焊缝的探伤，只需考虑声束的覆盖面，声能强度的损耗欲检缺陷的

3、当量及方向，而各种规格的空心球有其相应的曲率，当声束在外界面以一定的折射角度β进入介质后，在内界面产生反射有一个对应的随之变化的园心角O′的影响，它在内界面可能不形成反射见图1或与内界面相切，同时产生表面波见图2，而探测球焊缝则需声束中心射线在内界面有一合适γ的反射见图3。部标JG/T3034·1-1996及国标GB11345-89中给了一个检测对象为曲面工件的探头折射βmax角提示：“声束在曲底面的入射角度不超过70°”的推荐数值，为此我们对βmax再给上一个反射角γ=70°的正弦值，即β有效=sin-1（βmax·sin70°）=sin-1（βmax

4、·0.939）———公式1，使声波在内曲面的入射角限定在γ70°以内。但声束在曲底面的入射角度因球壁的厚度、球径的不同，即使用同一个探头声束中心射线与内球面交点亦是一个变量，所以其入射角γ也是变量值，入射角变量值利用正弦定理得γ入=sin-1（R外/R内·sinβ）———公式2。图4中若R1外、R2外、R3外、R1内、R2内、R3内分别代表三只壁厚均为已知的球的内外球半径，此时声束中心射线只能与三只球内曲面相切的最大标称折射角β1、β2、β3的折射角度分别为：β1=sin-1·R内/R外=sin-1·190/210=64.79°β2=sin-1·R内/R

5、外=sin-1·170/190=63.47°β3=sin-1·R内/R外=sin-1·150/170=61.93°此时β1、β2、β3角度在各自球壳介质内曲面的入射角度都为90°，波型已基本全转换为表面波，沿内曲面表面爬行振动，难以扫查到焊缝的上半部，造成漏检，现用上例三只空心焊接球以不同的折射角βa=61.93°、βb=56.31°入射，在内曲面的入射角γ1、γ2、γ3量值分别为：a：以折射角βa=61.93°为例量值分别为：γ1=sin-1·（R内/R外·sinβa）=sin-1·（210/190·sin61.93°）=77.23°γ2=sin-1·

6、（R内/R外·sinβa）=sin-1·（170/190·sin61.93°）=80.46°γ3=sin-1·（R内/R外·sinβa）=sin-1·（150/170·sin61.93°）=90°b：以入射角折射角βb=56.3°为例量值分别为：γ1=66.86°γ2=68.4°γ3=70.54°从上述条件下理论计算所得的：γ1、γ2、γ3各数值比较分析：①从a系列数据已知βa为61.93°时，用该探头检测上述三只球所形成的内曲面入射角γ都已大于70°，使声束中心射线在内球面都已产生大量的表面波。②从a、b两探头的理论计算情况看不宜选用折射角度大的探头。

7、再从同一角度探头对直径相同、壁厚不同空心焊接球焊缝的扫查情况看，设同时使用β=56.3°的探头见图5。β4max=sin-1·R内/R外=sin-1·180/200=64.16°β3max=sin-1·R内/R外=sin-1·160/200=53.13°γ4=sin-1·（R外/R内·sinβ）=sin-1·（200/180·sin56.3°）=67.58°γ3=sin-1·（R外/R内·sinβ）=sin-1·（200/160·sin56.3°）=sin-11.04°（大于90°）从上述计算可知同一角度的探头在同直径球内球面的反射角随壁厚增大而增大，当

8、入角大于90°时将无法与内球面相遇。综上分析欲对空心钢球焊缝实施超声波探伤，首先