利用齿轮焊接结构的超声波探伤试块进行无损探伤的方法与流程

本发明涉及的是一种工业检测领域的技术，具体是一种利用齿轮焊接结构的超声波探伤试块进行无损探伤的方法。

背景技术：

齿轮总成作为汽车变速器中的核心零部件，其换档齿轮与结合齿的焊接结构直接影响换挡齿轮的强度和变速器的换档综合性能。目前已公开的涉及换档齿轮与结合齿的焊接结构，存在很多缺陷，如焊接形成的高温空气熔入焊缝中形成气孔，影响焊接强度。这种焊接结构中带气孔的缺陷很难通过常规方法检查到。目前国内基本主要的检测手段是焊接后切割零件做金相检测，随机性大，准确度不高，不能实现全部焊缝的检测；而焊接后超声波探伤，不能定量的给出焊缝缺陷的数量和长度。因此，设计一种优良高效的无损探伤方法，规避所述的的缺陷能够大大提高汽车制造企业的产能，并且有效保证零件焊接质量。

技术实现要素：

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种利用齿轮焊接结构的超声波探伤试块进行无损探伤的方法，能够在较短时间内得到较为精确的焊缝缺陷检测结果。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明通过设计具有模拟缺陷的探伤试块作为检测对象，置于液体超声波扫描介质中进行五种人工模拟缺陷的扫描并得到对应的样本信号，然后将待测齿轮采用相同的扫描参数下扫描得到检测信号，通过将检测信号与样本信号的比较以及焊缝外观检测，综合得到待测齿轮的检测结果。

所述的液体超声波扫描介质为液态碳氢化合物。

所述的探伤试块满足：每种零件对应一个专用探伤试块、单个缺陷设计，探测不到的最小单个缺陷设计、最大单个缺陷设计、总缺陷设计、相邻缺陷间距设计、缺陷布置深度、缺陷布置方向可以通过扫描得到的检测信号处理分析后得到。

所述的探伤试块包括：换档齿轮试块与结合齿试块，其中：结合齿试块的轴孔与齿轮试块的轴相配合，并在配合处激光焊接成一个整体，其焊缝为环形焊缝，在焊缝区域上沿探伤试块径向设置人工模拟缺陷。

所述的某焊接齿轮的探伤试块所设置人工模拟缺陷包括：

a：单个平底孔；

b：单个平底孔；

c：间隔2.5mm的平底双孔；

d：间隔3mm的平底双孔；

e：无间隔平底四联孔。

所述的焊缝外观检测是指：

步骤1、计算焊接缺陷总长度时，单个焊缝缺陷的临界尺寸应大于等于1％*总焊缝长度；

步骤2、单个焊缝缺陷应小于等于4％*有效焊缝长度；

步骤3、焊接缺陷之间的间距应大于等于0.75％*有效焊缝长度，否则以单个缺陷计算；

步骤4、所有的焊接缺陷尺寸之和应小于等于20％*有效焊缝长度；

步骤5、无任何虚焊，允许焊穿；

步骤6、超声波探伤焊接深度设定为：焊接深度技术要求的下差*80％。

所述的将检测信号与样本信号的比较是指：超声波探针对待测零件探伤后，反馈得到的待测零件测试信号对比输出信号，即可计算出所有的焊接缺陷尺寸之和，若大于20％*有效焊缝长度，则零件报废。

技术效果

与现有技术相比，本发明通过在齿轮焊接结构的超声波探伤试块上钻孔，模拟了五种自然气孔缺陷的形态，涵盖了几乎所有自然焊接缺陷，模拟气孔使得超声波探伤检测中反馈出不同的数字信号，将其与实际检测中反馈的数字信号作对比，即可得出实际零件中的缺陷形态。这种探伤方式得出的结果更加准确，实际操作过程中也更加简便直观。

附图说明

图1是本发明的超声波探伤平台示意图；

图2是本发明的探伤试块俯视图；

图3是本发明的测试区域示意图；

图4是本发明的检测区域焊缝放大图；

图中：超声波探头1、机械手2、待测齿轮总成3、初始工位4、扫查工位5、烘干工位6、导轨7、结合齿8、焊缝9、孔10、焊接根部11，a1为焊缝有效深度、a为图纸要求焊缝深度、u为测试区域的下限(即a的80％)；

图5为五种人工模拟缺陷及其对应的信号图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本实施例采用的超声波探伤平台有三个工位，分别是初始工位、扫查工位和烘干工位，机械手由导轨带动，抓取待测齿轮总成传送到不同的工位。工作过程中，首先从初始工位抓取待测齿轮总成，放置于扫查工位，扫查工位盛有液体超声波扫描介质，超声波探头通过液体超声波扫描介质对待测齿轮总成进行扫查。扫查完毕后，机械手抓取待测齿轮总成放置于烘干工位将零件烘干，计算机处理扫查数据，完成探伤工作。

如图2～5所示，本实施例涉及利用齿轮焊接结构的超声波探伤试块进行无损探伤的方法，包括以下步骤：

步骤1、含有模拟缺陷的探伤试块的设计，分解对焊缝探伤的产品技术要求，探伤试块的设计应考虑以下因素：1)外形尺寸类似所测零件的设计(每种零件对应一个专用探伤试块)、2)单个缺陷设计，探测不到的最小单个缺陷设计(例如本发明所述人工模拟缺陷a)、最大单个缺陷设计(例如本发明所述人工模拟缺陷b)、3)总缺陷设计(是否有本发明所述的人工模拟缺陷e、人工模拟缺陷a、b、c、d、e的数量)、4)相邻缺陷间距设计(例如本发明所述人工模拟缺陷c和d的区分)、5)缺陷布置深度、缺陷布置方向可以通过扫描得到的检测信号处理分析后得到定。

步骤2、探伤试块的装夹：将含有模拟缺陷的探伤试块固定于三爪机械手上。

步骤3、探伤试块的扫查：三爪机械手将探伤试块置于液体超声波扫描介质中，调整超声波增益值、设置径向和旋转扫查步进距离，使超声波探针伸入探伤试块轴孔沿焊缝轨迹转动，进行扫查。

所述的的液体超声波扫描介质优选为液态碳氢化合物。

步骤4、对五种人工模拟缺陷扫查完毕后，调整超声波探针的偏转角度，重复步骤3，直至得出清晰完整的五个扫描输出信号，如图5所示。

所述的五种人工模拟缺陷，包括：

a：单个平底孔，即单个焊缝缺陷的临界尺寸≥1％*总焊缝长度；

b：单个平底孔，即单个焊缝缺陷≤4％*有效焊缝长度；

c：间隔2.5mm的平底双孔，即单个焊接缺陷。

d：间隔3mm的平底双孔，即两个焊接缺陷。

e：无间隔平底四联孔，即一个巨大的焊接缺陷。

步骤5、将待测齿轮总成固定于三爪机械手上。

步骤6、通过三爪机械手将待测齿轮总成置于液体超声波扫描介质中，调整超声波增益值、设置径向和旋转扫查步进距离为步骤4相同的参数，使超声波探针伸入待测齿轮总成的轴孔沿焊缝轨迹转动，进行扫查。

步骤7、将待测齿轮的扫描输出信号分别与步骤4所得的扫描输出信号进行对比，得出实际缺陷类型，完成检测。

实施例2

如图2～4所示，所述的探伤试块包括换档齿轮试块与结合齿试块，结合齿试块的轴孔与齿轮试块的轴相配合，并在配合处激光焊接成一个整体。

所述的焊缝为环形焊缝，在焊缝区域探伤试块的径向，均匀分布设置有五种人工模拟缺陷，包括：

a：单个平底孔；

b：单个平底孔；

c：间隔2.5mm的平底双孔；

d：间隔3mm的平底双孔；

e：无间隔平底四联孔。

按照行业内齿轮激光或电子束焊接后检测的规定，探伤检测应按照如下要求设定探伤检测参数，并能有效计算下述缺陷数据：

步骤1、计算焊接缺陷总长度时，单个焊缝缺陷的临界尺寸应≥1％*总焊缝长度；

步骤2、单个焊缝缺陷应≤4％*有效焊缝长度；

步骤3、焊接缺陷之间的间距应≥0.75％*有效焊缝长度，否则以单个缺陷计算；

步骤4、所有的焊接缺陷尺寸之和应≤20％*有效焊缝长度。

步骤5、无任何虚焊，允许焊穿。

步骤6、超声波探伤焊接深度设定为：焊接深度技术要求的下差*80％。

探伤试块的环形焊缝上设置的五种人工模拟缺陷，涵盖了几乎所有自然焊接缺陷，超声波探头扫查探伤试块得出的五个输出信号，如图5所示，分别代表五种人工模拟缺陷，包括：

a：单个平底孔，即单个焊缝缺陷的临界尺寸≥1％*总焊缝长度；

b：单个平底孔，即单个焊缝缺陷≤4％*有效焊缝长度；

c：间隔2.5mm的平底双孔，即单个焊接缺陷。

d：间隔3mm的平底双孔，即两个焊接缺陷。

e：无间隔平底四联孔，即一个巨大的焊接缺陷。

超声波探针对待测零件探伤后，反馈的输出信号x对比输出信号，即可计算出所有的焊接缺陷尺寸之和，若大于20％*有效焊缝长度，则零件报废。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。