一种搅拌摩擦焊焊缝的相控阵超声检测方法、装置及系统与流程

本发明属于航空检测领域，特别针对一种搅拌摩擦焊焊缝的相控阵超声检测方法、装置及系统。

背景技术：

某工程中后段斜台地板需采用搅拌摩擦焊焊接工艺，该零件所使用材料为7050-t7451，焊缝厚度在1.8mm～5.0mm范围，目前零件数模中规定对搅拌摩擦焊焊缝内部进行100％x射线检测其内部缺陷。

国外航空航天工业以及国内的航天工业中搅拌摩擦焊的检测中，对于焊缝厚度大于9mm的搅拌摩擦焊焊缝，已经普遍采用相控阵超声检测方法，

gb/32563-2016《无损检测超声检测相控阵超声检测方法》这个规范适用于厚度为6mm～200mm的细晶钢焊接接头，对于其他金属细晶焊接接头，及厚度超出以上范围的焊接接头，在通过演示证明系统具有足够的检测能力后，也可参照本标准。

astme2700-14《使用相控阵的接触法焊缝超声检测的规范》这个规范适用于用扇扫和线扫的方法，对对接焊缝和t形焊缝进行检测。该规范使用的厚度范围是9mm～200mm，当然如果实验成功，检测方法对相同厚度的模拟对比试块有效，也能够用于更薄或者更厚工件的检测。

iso13588-2012焊缝超声相控阵自动检测该标准规定了用相控阵技术对厚度6mm以上的金属材料融化焊接接头超声检测方法。

对于6mm以下的焊缝国内外目前仍采用100％x射线检测。但是使用射线检测不仅仅检测效率低，且对检测者带来的健康隐患。

技术实现要素：

本发明克服了原有检测方法的不足，提供了一种专用于搅拌摩擦焊焊缝厚度小于6mm的相控阵超声检测方法。因为射线检测成本较高，对人员有一定的伤害，不利于广泛采用。相比这两种方法，超声检测设备简单，成本较低，能够检测焊缝内部细密、紧贴型缺陷，如孔洞缺陷、弱连接等。因此相控阵超声检测该焊缝是较为理想的检测手段。

通过对某工程后段斜台地板搅拌摩擦焊焊缝两种无损检测方法的比较，对该焊缝采用相控阵超声检测，这样可以提高检测效率和检测质量。另外，避免使用射线检测对检测者带来的健康隐患。

第一方面，提供一种搅拌摩擦焊焊缝的相控阵超声检测方法，包括：

按照检测标准，通过相控阵超声对对比试块进行焊缝检测，得到所述对比试块的标准结果；所述对比试块的焊缝满足预设的最低标准要求；所述对比试块仅模拟焊缝的一种缺陷类型；

按照所述检测标准，通过相控阵超声对受检件进行焊缝检测，得到检测结果；

对比所述检测结果与所述标准结果，确定所述受检件的焊缝是否超过所述最低标准要求。

可选的，所述检测标准包括：

用于检测的探头到焊缝的距离、扫查的间距、速度、方向；

其中，缺陷类型不同，检测标准也不相同。

可选的，所述对比试块的背面作为所述相控阵超声的检测面；所述受检件的背面作为所述相控阵超声的检测面。

可选的，所述按照目标类型的焊缝的检测标准，通过相控阵超声对具有所述目标类型的对比试块进行焊缝检测，得到所述目标类型的标准结果之前，所述方法还包括：

将所述受检件的焊缝中心线作为检测基准线，以便于根据检测基准线确定所述探头到所述焊缝的距离。

可选的，所述焊缝检测的对象为焊缝厚度小于6mm的焊缝。

第二方面，提供一种搅拌摩擦焊焊缝的相控阵超声检测装置，包括：

第一检测模块，用于按照目标类型的焊缝的检测标准，通过相控阵超声对具有所述目标类型的对比试块进行焊缝检测，得到所述目标类型的标准结果；

第二检测模块，用于按照目标类型的焊缝的检测标准，通过相控阵超声对受检件进行焊缝检测，得到检测结果；

对比模块，用于对比所述检测结果与所述标准结果，确定所述受检件的焊缝是否是目标类型。

第三方面，提供一种搅拌摩擦焊焊缝的相控阵超声检测系统，包括：

相控阵超声主机、相控阵斜探头、斜楔块、对比试块和受检件；

其中，所述相控阵超声主机与所述相控阵斜探头通信连接，所述斜楔块安装在所述相控阵斜探头上，以便于所述楔块改变所述相控阵斜探头的折射角；所述对比试块和受检件作为所述相控阵斜探头的检测对象；

所述相控阵超声主机产生相控阵超声波，并通过所述相控阵斜探头发射出去，以便于所述相控阵斜探头对所述对比试块或所述受检件进行扫描检测；所述相控阵超声接收所述对比试块或受检件的标准结果。

可选的，所述相控阵斜探头的型号为lm-5mhz；所述斜楔块的型号是lm-55sw-ihc。

可选的，所述相控阵斜探头采用16个晶片；所述扫描检测的扫描方式为扇形扫描与线性扫描相结合的方式；扫查角度的范围为35°～70°之间。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、相比较100％x射线检测需要布置感光胶片，洗片、观片，采用相控阵超声检测提高了检测效率。

2、检测更经济、更安全。

3、长远考虑，相控阵超声仪器结合相控阵数据采集和分析软件，工装系统，工作站。该系统应能够实现对某型机零件搅拌摩擦焊焊缝的自动化扫查。

附图说明

图1为本发明实施例的斜台地板产品图示；

图2为本发明实施例的检测基准线示意图；

图3为本发明实施例的相控阵超声横向扫查示意图；

图4为本发明实施例的相控阵超声纵向扫查示意图。

具体实施方式

如图1所示，结合附图对本发明一种用于搅拌摩擦焊焊缝厚度小于6mm相控阵超声检测方法的步骤作详细说明：

提供一种相控阵超声检测系统，包括以下部分：

相控阵超声主机，相控阵斜探头、楔块、对比试块

采用直接接触法检测。按照以下检测步骤进行

1、检测条件的选择

探头为lm-5mhz，斜楔块型号lm-55sw-ihc，

对比试块用于相控阵超声检测焊缝厚度小于6mm的横孔对比试块(用于模拟隧道型缺陷的横孔)、用于相控阵超声检测焊缝厚度小于6mm的纵向刻槽对比试块(用于模拟焊缝纵向缺陷的刻槽)、用于相控阵超声检测焊缝厚度小于6mm的横向刻槽对比试块(用于模拟焊缝横向缺陷的刻槽)。

2、检测方向、检测面的选择

针对某工程中后段斜台地板，见图1因为正面形状复杂，采用接头背面双侧横向检测，可增加接头背面纵向检测。接头纵向检测时，检测扫查方向宜与焊接行进方向相反。当受零件形状限制仅能从单侧检测时，单侧横向扫描范围应为整个焊缝区加上焊缝一侧热影响区(一般不小于焊缝包格线外5mm的区域)；纵向检测扫描范围应为整个焊缝区加上焊缝两侧热影响区(一般不小于焊缝包格线外5mm的区域)。

3、检测准备

将焊缝中心线(受检件两端未实施焊接的接缝的连线)作为检测基准线，定为x坐标，其检测起点定位坐标原点(o点)，检测扫查方向定位x坐标正方向；与x坐标垂直的横向方向定为y坐标方向.如图2所示。

采用探头扫查对比试块，将深度不小于被检测厚度的所有人工反射体扫查出来，通过调整探头位置，找出最大反射波，测定此时探头前沿与试块中心线距离l。

4、检测仪器的调节

扫描设置：

相控阵探头组元阵列数采用16。扫描方式选择扇形扫描与线性扫描相结合的方式。推荐采用扫查角度为35°～70°。

显示方式：

一般采用s型显示和a型显示相结合的方式。

聚焦参数的设置：

采用聚焦深度为母材厚度的一半，使焦柱覆盖焊缝中下部，允许选用一种以上的聚焦参数。

5、灵敏度调节

基准灵敏度：

针对材料规范中规定内部缺陷的检测需发现的隧道型缺陷，选取一种用于相控阵超声检测厚度小于6mm焊缝的横孔对比试块，其上埋深与检测厚度相同或接近的φ0.1mm的横孔作为基准。同理，针对材料规范中规定内部缺陷的检测需发现的纵向裂纹和横向裂纹缺陷，分别选取一种用于相控阵超声检测焊缝厚度小于6mm的纵向刻槽对比试块，和一种用于相控阵超声检测焊缝厚度小于6mm的横向向刻槽对比试块，其上埋深与检测厚度相同或接近的0.1mm刻槽宽度的作为基准。

通过调节探头，找到基准孔的反射波峰值，再通过调节“增益”将该反射波高调至显示屏的80％，以此时的灵敏度作为基准灵敏度，以此时的波高作为基准波高。

扫查灵敏度：

检测时，应视检测需要在基准灵敏度基础上适当提高增益，作为扫查灵敏度，但须注意噪声应不影响检测。

6、检测

采用直接接触法检测，按上述步骤设置检测参数调整检测仪器，扫查方向如图3、图4所示，进行检测。采用手动扫查时，扫查速度应不大于30mm/s。以扇形扫描确定缺陷的有无。以s显示图像中不同于背景颜色点(线)状显示，判定有无缺陷，以a显示缺陷波形确定当量、埋深。对发现的缺陷显示，可辅助以x射线检测方法进行验证。