利用齒輪焊接結構的超聲波探傷試塊進行無損探傷的方法與流程
2024-01-31 12:28:15
本發明涉及的是一種工業檢測領域的技術，具體是一種利用齒輪焊接結構的超聲波探傷試塊進行無損探傷的方法。
背景技術：
齒輪總成作為汽車變速器中的核心零部件，其換檔齒輪與結合齒的焊接結構直接影響換擋齒輪的強度和變速器的換檔綜合性能。目前已公開的涉及換檔齒輪與結合齒的焊接結構，存在很多缺陷，如焊接形成的高溫空氣熔入焊縫中形成氣孔，影響焊接強度。這種焊接結構中帶氣孔的缺陷很難通過常規方法檢查到。目前國內基本主要的檢測手段是焊接後切割零件做金相檢測，隨機性大，準確度不高，不能實現全部焊縫的檢測；而焊接後超聲波探傷，不能定量的給出焊縫缺陷的數量和長度。因此，設計一種優良高效的無損探傷方法，規避所述的的缺陷能夠大大提高汽車製造企業的產能，並且有效保證零件焊接質量。
技術實現要素：
本發明針對現有技術存在的上述不足，提出一種利用齒輪焊接結構的超聲波探傷試塊進行無損探傷的方法，能夠在較短時間內得到較為精確的焊縫缺陷檢測結果。
本發明是通過以下技術方案實現的：
本發明通過設計具有模擬缺陷的探傷試塊作為檢測對象，置於液體超聲波掃描介質中進行五種人工模擬缺陷的掃描並得到對應的樣本信號，然後將待測齒輪採用相同的掃描參數下掃描得到檢測信號，通過將檢測信號與樣本信號的比較以及焊縫外觀檢測，綜合得到待測齒輪的檢測結果。
所述的液體超聲波掃描介質為液態碳氫化合物。
所述的探傷試塊滿足：每種零件對應一個專用探傷試塊、單個缺陷設計，探測不到的最小單個缺陷設計、最大單個缺陷設計、總缺陷設計、相鄰缺陷間距設計、缺陷布置深度、缺陷布置方向可以通過掃描得到的檢測信號處理分析後得到。
所述的探傷試塊包括：換檔齒輪試塊與結合齒試塊，其中：結合齒試塊的軸孔與齒輪試塊的軸相配合，並在配合處雷射焊接成一個整體，其焊縫為環形焊縫，在焊縫區域上沿探傷試塊徑向設置人工模擬缺陷。
所述的某焊接齒輪的探傷試塊所設置人工模擬缺陷包括：
a：單個平底孔；
b：單個平底孔；
c：間隔2.5mm的平底雙孔；
d：間隔3mm的平底雙孔；
e：無間隔平底四聯孔。
所述的焊縫外觀檢測是指：
步驟1、計算焊接缺陷總長度時，單個焊縫缺陷的臨界尺寸應大於等於1％*總焊縫長度；
步驟2、單個焊縫缺陷應小於等於4％*有效焊縫長度；
步驟3、焊接缺陷之間的間距應大於等於0.75％*有效焊縫長度，否則以單個缺陷計算；
步驟4、所有的焊接缺陷尺寸之和應小於等於20％*有效焊縫長度；
步驟5、無任何虛焊，允許焊穿；
步驟6、超聲波探傷焊接深度設定為：焊接深度技術要求的下差*80％。
所述的將檢測信號與樣本信號的比較是指：超聲波探針對待測零件探傷後，反饋得到的待測零件測試信號對比輸出信號，即可計算出所有的焊接缺陷尺寸之和，若大於20％*有效焊縫長度，則零件報廢。
技術效果
與現有技術相比，本發明通過在齒輪焊接結構的超聲波探傷試塊上鑽孔，模擬了五種自然氣孔缺陷的形態，涵蓋了幾乎所有自然焊接缺陷，模擬氣孔使得超聲波探傷檢測中反饋出不同的數位訊號，將其與實際檢測中反饋的數位訊號作對比，即可得出實際零件中的缺陷形態。這種探傷方式得出的結果更加準確，實際操作過程中也更加簡便直觀。
附圖說明
圖1是本發明的超聲波探傷平臺示意圖；
圖2是本發明的探傷試塊俯視圖；
圖3是本發明的測試區域示意圖；
圖4是本發明的檢測區域焊縫放大圖；
圖中：超聲波探頭1、機械手2、待測齒輪總成3、初始工位4、掃查工位5、烘乾工位6、導軌7、結合齒8、焊縫9、孔10、焊接根部11，a1為焊縫有效深度、a為圖紙要求焊縫深度、u為測試區域的下限(即a的80％)；
圖5為五種人工模擬缺陷及其對應的信號圖。
具體實施方式
實施例1
如圖1所示，本實施例採用的超聲波探傷平臺有三個工位，分別是初始工位、掃查工位和烘乾工位，機械手由導軌帶動，抓取待測齒輪總成傳送到不同的工位。工作過程中，首先從初始工位抓取待測齒輪總成，放置於掃查工位，掃查工位盛有液體超聲波掃描介質，超聲波探頭通過液體超聲波掃描介質對待測齒輪總成進行掃查。掃查完畢後，機械手抓取待測齒輪總成放置於烘乾工位將零件烘乾，計算機處理掃查數據，完成探傷工作。
如圖2～5所示，本實施例涉及利用齒輪焊接結構的超聲波探傷試塊進行無損探傷的方法，包括以下步驟：
步驟1、含有模擬缺陷的探傷試塊的設計，分解對焊縫探傷的產品技術要求，探傷試塊的設計應考慮以下因素：1)外形尺寸類似所測零件的設計(每種零件對應一個專用探傷試塊)、2)單個缺陷設計，探測不到的最小單個缺陷設計(例如本發明所述人工模擬缺陷a)、最大單個缺陷設計(例如本發明所述人工模擬缺陷b)、3)總缺陷設計(是否有本發明所述的人工模擬缺陷e、人工模擬缺陷a、b、c、d、e的數量)、4)相鄰缺陷間距設計(例如本發明所述人工模擬缺陷c和d的區分)、5)缺陷布置深度、缺陷布置方向可以通過掃描得到的檢測信號處理分析後得到定。
步驟2、探傷試塊的裝夾：將含有模擬缺陷的探傷試塊固定於三爪機械手上。
步驟3、探傷試塊的掃查：三爪機械手將探傷試塊置於液體超聲波掃描介質中，調整超聲波增益值、設置徑向和旋轉掃查步進距離，使超聲波探針伸入探傷試塊軸孔沿焊縫軌跡轉動，進行掃查。
所述的的液體超聲波掃描介質優選為液態碳氫化合物。
步驟4、對五種人工模擬缺陷掃查完畢後，調整超聲波探針的偏轉角度，重複步驟3，直至得出清晰完整的五個掃描輸出信號，如圖5所示。
所述的五種人工模擬缺陷，包括：
a：單個平底孔，即單個焊縫缺陷的臨界尺寸≥1％*總焊縫長度；
b：單個平底孔，即單個焊縫缺陷≤4％*有效焊縫長度；
c：間隔2.5mm的平底雙孔，即單個焊接缺陷。
d：間隔3mm的平底雙孔，即兩個焊接缺陷。
e：無間隔平底四聯孔，即一個巨大的焊接缺陷。
步驟5、將待測齒輪總成固定於三爪機械手上。
步驟6、通過三爪機械手將待測齒輪總成置於液體超聲波掃描介質中，調整超聲波增益值、設置徑向和旋轉掃查步進距離為步驟4相同的參數，使超聲波探針伸入待測齒輪總成的軸孔沿焊縫軌跡轉動，進行掃查。
步驟7、將待測齒輪的掃描輸出信號分別與步驟4所得的掃描輸出信號進行對比，得出實際缺陷類型，完成檢測。
實施例2
如圖2～4所示，所述的探傷試塊包括換檔齒輪試塊與結合齒試塊，結合齒試塊的軸孔與齒輪試塊的軸相配合，並在配合處雷射焊接成一個整體。
所述的焊縫為環形焊縫，在焊縫區域探傷試塊的徑向，均勻分布設置有五種人工模擬缺陷，包括：
a：單個平底孔；
b：單個平底孔；
c：間隔2.5mm的平底雙孔；
d：間隔3mm的平底雙孔；
e：無間隔平底四聯孔。
按照行業內齒輪雷射或電子束焊接後檢測的規定，探傷檢測應按照如下要求設定探傷檢測參數，並能有效計算下述缺陷數據：
步驟1、計算焊接缺陷總長度時，單個焊縫缺陷的臨界尺寸應≥1％*總焊縫長度；
步驟2、單個焊縫缺陷應≤4％*有效焊縫長度；
步驟3、焊接缺陷之間的間距應≥0.75％*有效焊縫長度，否則以單個缺陷計算；
步驟4、所有的焊接缺陷尺寸之和應≤20％*有效焊縫長度。
步驟5、無任何虛焊，允許焊穿。
步驟6、超聲波探傷焊接深度設定為：焊接深度技術要求的下差*80％。
探傷試塊的環形焊縫上設置的五種人工模擬缺陷，涵蓋了幾乎所有自然焊接缺陷，超聲波探頭掃查探傷試塊得出的五個輸出信號，如圖5所示，分別代表五種人工模擬缺陷，包括：
a：單個平底孔，即單個焊縫缺陷的臨界尺寸≥1％*總焊縫長度；
b：單個平底孔，即單個焊縫缺陷≤4％*有效焊縫長度；
c：間隔2.5mm的平底雙孔，即單個焊接缺陷。
d：間隔3mm的平底雙孔，即兩個焊接缺陷。
e：無間隔平底四聯孔，即一個巨大的焊接缺陷。
超聲波探針對待測零件探傷後，反饋的輸出信號x對比輸出信號，即可計算出所有的焊接缺陷尺寸之和，若大於20％*有效焊縫長度，則零件報廢。
上述具體實施可由本領域技術人員在不背離本發明原理和宗旨的前提下以不同的方式對其進行局部調整，本發明的保護範圍以權利要求書為準且不由上述具體實施所限，在其範圍內的各個實現方案均受本發明之約束。