一種焊縫平均晶粒尺寸的焊縫特徵導波檢測方法

2023-07-23 23:56:01 1

專利名稱：一種焊縫平均晶粒尺寸的焊縫特徵導波檢測方法
技術領域：
本發明涉及一種焊縫平均晶粒尺寸的焊縫特徵導波檢測方法，利用焊縫特徵導波對拼焊板焊縫或大型壓力容器等特種設備焊縫中平均晶粒的大小進行無損檢測與表徵的方法，屬於無損檢測領域。
背景技術：
大多數多晶材料的力學性能，如強度和韌性都與晶粒大小有關，焊縫區域是許多大型構件的關鍵連接部位，對力學性能的要求高，所以檢測焊縫處的平均晶粒大小對材料的安全性判定至關重要。目前，對材料晶粒尺寸的測定，主要採用傳統的金相法，即在顯微鏡下直接觀察，而對於使用傳統的金相法，無法對設備、大型結構件的焊縫直接觀察檢測，如果取樣檢測會對被檢測焊縫造成損壞。由於材料中晶粒會引起應力波的散射，從而影響超聲波在材料中的衰減係數，所以利用這一原理的超聲檢測技術同樣具有測定材料平均晶粒度的能力，如通常應用背散射法來無損確定晶粒的尺寸。但是採用背散射法來無損確定晶粒的尺寸，只能檢測焊縫局部的晶粒度，不能一次性檢測長距離的焊縫。超聲波在橫截面不變的窄長結構中傳播會形成超聲導波，而焊縫滿足超聲導波產生的條件，所以超聲導波能夠沿著焊縫長度方向傳播而成為焊縫特徵導波，並能夠傳播較長的距離，焊縫晶粒的大小同樣影響焊縫特徵導波的衰減度，利用這一特性可以對長距離焊縫的平均晶粒大小進行檢測。目前國內外尚未見利用焊縫特徵導波檢測焊縫中平均晶粒大小的相關報導。

發明內容
本發明的目的是利用焊縫特徵導波無損檢測拼焊板焊縫或壓力容器焊縫中平均晶粒的大小，該方法不破壞焊縫便能實現對焊縫平均晶粒尺寸的檢測，具有效率高，成本低，檢測範圍大等優點。本發明所採用的技術方案是:本發明提出的一種焊縫平均晶粒尺寸的焊縫特徵導波檢測方法，按以下步驟進行檢測的:步驟一、選擇合適的檢測位置，沿著焊縫(I)的方向依次布置超聲波探頭1、超聲波探頭2和超聲波探頭3，三個探頭垂直耦合於焊縫一側的表面，超聲波探頭I作為激勵傳感器(2)，超聲波探頭2作為接收傳感器(3-1)，超聲波探頭3作為接收傳感器(3-2)，超聲波探頭2和超聲波探頭3之間的間距即確定為需要檢測的焊縫平均晶粒大小的焊縫長度範圍；步驟二、根據檢測焊縫的長度範圍以及焊縫特徵導波模態的頻散性，選擇在50 250KHz的範圍內頻散小的單一檢測頻率；步驟三、將所選擇檢測頻率輸入任意函數發生器(4)，任意函數發生器生成的中心頻率為所選擇檢測頻率的單音頻信號，經過功率放大器(5)放大其激勵電壓，並傳輸至激勵傳感器(2)，在焊縫中激勵縱向或者切向模態的焊縫特徵導波；焊縫特徵導波沿著焊縫方向傳播，由兩個接收傳感器(3-1)和(3-2)依次接收焊縫特徵導波信號，並將接收到的信號顯示在示波器(6)上，通過示波器顯示的波形信號確定兩個接收傳感器接收到的最高波幅分別為A1與A2 ;步驟四、根據接收到的導波信號的幅值A1與A2,由公式
權利要求
1.一種焊縫平均晶粒尺寸的焊縫特徵導波檢測方法，其特徵在於，該方法是按以下步驟進行檢測的: 步驟一、選擇合適的檢測位置，沿著焊縫(I)的方向依次布置超聲波探頭1、超聲波探頭2和超聲波探頭3，三個探頭垂直耦合於焊縫一側的表面，超聲波探頭I作為激勵傳感器(2)，超聲波探頭2作為接收傳感器(3-1)，超聲波探頭3作為接收傳感器(3-2)，超聲波探頭2和超聲波探頭3之間的間距即確定為需要檢測的焊縫平均晶粒大小的焊縫長度範圍； 步驟二、根據檢測焊縫的長度範圍以及焊縫特徵導波模態的頻散性，選擇在50 250KHz的範圍內頻散小的單一檢測頻率； 步驟三、將所選擇檢測頻率輸入任意函數發生器(4)，任意函數發生器生成的中心頻率為所選擇檢測頻率的單音頻信號，經過功率放大器(5)放大其激勵電壓，並傳輸至激勵傳感器(2)，在焊縫中激勵縱向或者切向模態的焊縫特徵導波；焊縫特徵導波沿著焊縫方向傳播，由兩個接收傳感器(3-1)和(3-2)依次接收焊縫特徵導波信號，並將接收到的信號顯示在示波器(6)上，通過示波器顯示的波形信號確定兩個接收傳感器接收到的最高波幅分別為A1與A2 ； 步驟四、根據接收到的導波信號的幅值A1與A2,由公式愈=雅*調立弓丨細逢..龍麵勺親通Att，不同的衰減係數值表示不同的平均晶粒度； 步驟五、針對每種材料，分別製取具有不同晶粒大小的試樣，其中晶粒大小的控制根據不同熱處理條件獲得，試樣尺寸相同，對每批試樣做實驗，擬合出特定材料衰減係數與晶粒大小的關係曲線，對比關係曲線，獲得被檢測焊縫區域的平均晶粒的大小。
2.根據權利要求1所述的一種焊縫平均晶粒尺寸的焊縫特徵導波檢測方法，其特徵在於:焊縫特徵導波可以使用剪切波探頭激勵焊縫及其周邊波速較低的切向模態焊縫特徵導波，也可以使用縱波直探頭或斜探頭激勵焊縫及其周邊波速較高的縱向焊縫特徵導波，選擇特定的激勵頻率可以使焊縫中的焊縫特徵導波能量集中在被檢測的焊縫區域，減少能量耗散，從而使焊縫中的焊縫特徵導波能實現遠距離傳播，激勵傳感器與接收傳感器必須是相同的傳感器。
3.根據權利要求1所述的一種焊縫平均晶粒尺寸的焊縫特徵導波檢測方法，其特徵在於:該檢測方法可以用於拼焊板焊縫平均晶粒大小的無損檢測，也可以用於壓力容器曲線焊縫的平均晶粒大小的無損檢測。
全文摘要
本發明是利用焊縫特徵導波對焊縫中平均晶粒尺寸進行無損檢測的方法，屬於無損檢測領域。該方法是沿著焊縫依次布置三個傳感器探頭，三個探頭相距一定的距離；函數發生器生成單音頻信號，經過功率放大模塊與激勵傳感器，在焊縫中激勵出焊縫特徵導波，第二個和第三個探頭為接收傳感器，分別接收第一個探頭激勵出的導波信號並將其傳至示波器；確定兩個接收探頭的幅值並計算導波信號的衰減係數；通過計算衰減係數的高低便可判斷焊縫中平均晶粒尺寸的大小。本發明專利具有不破壞焊縫便能實現對焊縫平均晶粒尺寸的檢測，具有效率高、成本低等優點。
文檔編號G01N29/11GK103175898SQ20131006643
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月4日 優先權日2013年3月4日
發明者許楨英, 高書苑, 王勻, 楊川, 郭子青, 嚴有琪, 李文斌, 黃 俊, 郭鎮寧 申請人:江蘇大學