激光焊T型焊縫缺陷的超聲自動檢測裝置及其定量方法制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種激光焊T型焊縫缺陷的超聲自動檢測裝置及其定量方法，裝置包括：基座、二維運動臺、高度調節座、專用超聲波探頭組、激光校準組件、檢測臺和噴水組件。二維運動臺安裝在基座上，用于搭載專用超聲波探頭組和激光校準組件，通過二維運動臺可實現從X方向和Y方向調整專用超聲波探頭組和激光校準組件的位置；檢測臺固定安裝于基座上，用于放置被測工件；噴水組件為專用超聲波探頭組供水。定量檢測方法包括：基于對比試塊繪制波幅

【技術實現步驟摘要】
激光焊T型焊縫缺陷的超聲自動檢測裝置及其定量方法


[0001]本專利技術涉及航空航天
，特別涉及一種激光焊T型焊縫缺陷的超聲自動檢測裝置及其定量方法。

技術介紹

[0002]高性能鈦合金雙束激光焊T型焊縫是重要的飛機壁板結構，其強度高、成本低、輕量化優勢已在空客等大型飛機制造中得到驗證，成為近年來航空制造領域發展的重點。高性能鈦合金的雙束激光焊接技術對焊接參數的影響較為敏感，焊接接頭的組織結構和力學性能容易受到焊接參數的影響。更為嚴峻的是，缺乏針對鈦合金雙束激光焊焊縫的焊接標準及質量判定依據，尤其是缺乏航空航天領域的相關標準，限制了該方法的推廣。因此，通過無損檢測技術對出廠高性能鈦合金雙束激光焊T型焊縫進行檢測以避免不合格件流入裝配過程是需要關注的重要工程問題。目前，通常采用射線檢測技術和超聲檢測技術對雙束激光焊T型焊縫內部缺陷進行檢測。然而，射線檢測對于層片型缺陷的檢測靈敏度不足、容易漏檢，而常規超聲檢測的靈敏度不足、難以滿足對于檢測精度的要求；此外，T型焊縫遍布飛機機體，無損檢測檢測工作量很大，常規無損檢測技術的檢測效率無法滿足全面檢測的需求。

技術實現思路

[0003]本專利技術針對現有技術檢測精度不足、靈敏度不夠、檢測效率低的問題，提供了一種激光焊T型焊縫缺陷的超聲自動檢測裝置及其定量方法，實現對雙束激光焊T型焊縫內部缺陷的自動超聲波掃描檢測，檢測精度可達到0.1mm平底孔當量尺寸且能夠對0.1～0.4mm當量尺寸的缺陷進行定量檢測，符合航空產業的需求。
[0004]為了實現以上專利技術目的，本專利技術采取的技術方案如下：
[0005]一種激光焊T型焊縫缺陷的超聲自動檢測裝置，由基座、二維運動臺、高度調節座、專用超聲波探頭組、激光校準組件、檢測臺和噴水組件構成；
[0006]二維運動臺安裝在基座上，用于搭載專用超聲波探頭組和激光校準組件，通過二維運動臺可從X軸方向調整專用超聲波探頭組和激光校準組件相對于焊縫的位置，并且使專用超聲波探頭組和激光校準組件沿焊縫延伸方向(Y軸方向)做掃描運動。
[0007]高度調節座用于在Z軸方向微調專用超聲波探頭組和激光校準組件的高度，能夠調整專用超聲波探頭組與檢測臺表面的間距；
[0008]檢測臺固定安裝于基座上，用于放置被測工件。
[0009]所述專用超聲波探頭組包括：三個水浸聚焦探頭、三個儲水套、夾具和三根進水管。
[0010]每一個水浸聚焦探頭裝入一個儲水套中，儲水套通過夾具固定，每一個儲水套連接一根進水管；夾具固定于高度調節座上。
[0011]夾具由三個圓環依次排列連接組成，圓環用于固定儲水套，三個圓環中心沿焊縫
寬度方向(X方向)間隔1.5mm排列，保證三個水浸聚焦探頭沿焊縫寬度方向(X方向)錯落排列，使得三個水浸聚焦探頭發射的聚焦聲場能完全覆蓋待檢焊縫寬度3mm。
[0012]激光校準組件包括：一字型激光器，一字型激光器的線寬為0.5mm，一字型激光穿過專用超聲波探頭組的中間水浸聚焦探頭的中心軸線且平行于二維運動臺運動方向的焊縫延伸方向(Y軸方向)；
[0013]所述噴水組件由水槽和可調節水泵組成，可調節水泵安裝在水槽內并通過進水管為專用超聲波探頭組供水。
[0014]進一步地，所述水浸聚焦探頭，中心頻率15MHz、晶片尺寸6.25mm、水中焦距12.7mm，三個水浸聚焦探頭并排排列，中間的水浸聚焦探頭的中心軸線對準焊縫中心軸線，兩側的水浸聚焦探頭分別沿焊縫寬度方向(X軸方向)間隔1.5mm分兩側布置；
[0015]進一步地，所述儲水套，端部外徑25mm、總高度為30.5mm，壁厚從上至下分為：上部10mm高度區域的厚度為4.5mm、中部15mm高度區域的壁厚為2.5mm、下部5mm高度區域的壁厚為4.5mm，0.5mm高的底部壁厚為8.5mm，入水口中心距儲水套上端15mm；安裝儲水套后，水浸聚焦探頭端部距儲水套底部4mm；儲水套底部內徑為8mm；
[0016]本專利技術還公開了激光焊T型焊縫缺陷的超聲自動檢測裝置的定量檢測方法，包括以下步驟：
[0017]1)基于對比試塊繪制波幅
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尺寸曲線；
[0018]a)調整噴水式聚焦超聲檢測探頭使直徑0.1mm的平底孔反射回波達到最高，調整增益使反射回波波高達到60mV，檢測靈敏度即調整完畢；
[0019]b)分別調整探頭位置使其發射聲束軸線對準直徑0.2mm、0.3mm、0.4mm平底孔，記錄各平底孔的最大反射回波幅值，并繪制波幅
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尺寸坐標空間；
[0020]c)采用線性擬合方法對上述四個平底孔的波幅
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尺寸坐標空間進行線性擬合，得到用于定量的波幅
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尺寸曲線：
[0021]d＝1.934A
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0.027
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(1)
[0022]式中，d為缺陷直徑，A為缺陷反射波幅度，單位V。
[0023]2)掃描檢測過程
[0024]專用超聲波探頭組置于焊縫工件上，調整二維運動臺并參照激光線使專用超聲波探頭組的中間探頭的中心軸線對準焊縫中心軸線，二維運動臺搭載專用超聲波探頭組沿焊縫延伸方向(Y軸方向)做掃描運動，同時每隔0.2mm提取一個檢測信號。
[0025]3)評定檢測信號
[0026]檢測信號中0.3～0.9μs范圍內出現的脈沖信號為缺陷的脈沖反射波，提取此區域的檢測信號幅度，代入公式(1)即可求得缺陷尺寸。
[0027]進一步地，所述對比試塊為一塊含平底孔人工缺陷的平板狀試塊，試塊上制備了埋深2.0mm、直徑分別為0.1mm、0.2mm、0.3mm和0.4mm的平底孔各一個，平底孔間距為35mm；該試塊可用于超聲檢測的靈敏度調整及缺陷定量的波幅
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尺寸曲線繪制。
[0028]與現有技術相比，本專利技術的優點在于：
[0029]1、多探頭組自動化檢測，極大提高檢測效率；
[0030]由三個專用噴水式聚焦探頭組成探頭組并行自動掃描激光焊縫，三探頭形成的聚焦聲束可完全覆蓋3mm的待檢焊縫寬度；因此，包含三個專用噴水式聚焦探頭的探頭組對焊
縫進行一維線性掃查即可實現焊縫的快速自動檢測，極大提高了檢測效率。
[0031]2、探頭排列方式及激光標線；
[0032]為提高檢測效率，三個專用噴水式聚焦探頭沿焊縫寬度方向(X軸方向)錯落排列，探頭沿焊縫的寬度方向(X軸方向)的中心間隔為1.5mm；激光標線發射的一字激光穿過中間探頭中心并與焊縫延伸方向(Y軸方向)平行。
[0033]3、采用高頻檢測超聲，提高了對焊縫內部缺陷的檢測精度；
[0034]探頭中心頻率達到15MHz，水中焦距較短(12.7mm)，可形成小尺寸焦區，具備對0.1mm平底孔當量尺寸焊縫內部缺陷的檢測能力。
[0035]4、設計對比試塊，達到較高的定量檢測精度；本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種激光焊T型焊縫缺陷的超聲自動檢測裝置，由基座、二維運動臺、高度調節座、專用超聲波探頭組、激光校準組件、檢測臺和噴水組件構成；二維運動臺安裝在基座上，用于搭載專用超聲波探頭組和激光校準組件，通過二維運動臺可從X軸方向調整專用超聲波探頭組和激光校準組件相對于焊縫的位置，并且使專用超聲波探頭組和激光校準組件沿焊縫延伸方向(Y軸方向)做掃描運動。高度調節座用于在Z軸方向微調專用超聲波探頭組和激光校準組件的高度，能夠調整專用超聲波探頭組與檢測臺表面的間距；檢測臺固定安裝于基座上，用于放置被測工件；所述專用超聲波探頭組包括：三個水浸聚焦探頭、三個儲水套、夾具和三根進水管；每一個水浸聚焦探頭裝入一個儲水套中，儲水套通過夾具固定，每一個儲水套連接一根進水管；夾具固定于高度調節座上；夾具由三個圓環依次排列連接組成，圓環用于固定儲水套，三個圓環中心沿焊縫寬度方向(X軸方向)間隔1.5mm排列，保證三個水浸聚焦探頭沿焊縫寬度方向(X軸方向)錯落排列，使得三個水浸聚焦探頭發射的聚焦聲場能完全覆蓋待檢焊縫寬度3mm；激光校準組件包括：一字型激光器，一字型激光器的線寬為0.5mm，一字型激光穿過專用超聲波探頭組的中間水浸聚焦探頭的中心軸線且平行于二維運動臺運動方向的焊縫延伸方向(Y軸方向)；所述噴水組件由水槽和可調節水泵組成，可調節水泵安裝在水槽內并通過進水管為專用超聲波探頭組供水。2.根據權利要求1所述的一種激光焊T型焊縫缺陷的超聲自動檢測裝置，其特征在于：所述水浸聚焦探頭，中心頻率15MHz、晶片尺寸6.25mm、水中焦距12.7mm，三個水浸聚焦探頭并排排列，中間的水浸聚焦探頭的中心軸線對準焊縫中心軸線，兩側的水浸聚焦探頭分別沿焊縫寬度方向(X軸方向)間隔1.5mm分兩側布置。3.根據權利要求1所述的一種激光焊T型焊縫缺陷的超聲自動檢測裝置，其特征在于：所述儲水套，端部外徑25mm、總高度為30.5mm，壁厚從上至下分為：上部10mm高度區域的厚度為4.5mm、中部15mm高度區域的壁厚為2.5mm、下...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳振華，陳偉兵，盧今，盧超，
申請(專利權)人：南昌航空大學，
類型：發明
國別省市：