铝合金薄板焊缝的超声检测与缺陷定位

论文摘要

随着铝合金在航空航天应用越来越广泛,铝合金薄板焊接质量问题越来越受到重视。电子束焊因其能量密度高、热影响区小、焊接速度快被广泛应用于铝合金薄板的焊接。但是电子束焊接也产生一些微小气孔和裂纹缺陷,这直接影响到焊缝的强度及其使用可靠性。为了保证焊缝的质量,不仅要对铝合金构件进行微小缺陷无损检测,而且为了后续的焊接工艺处理以及可靠性评价,还需要对缺陷进行深度方向定位。超声波检测具有安全、方便、成本低、效率高等优点,但常规超声波探头对微小缺陷的检测灵敏度相对较低,信噪比低,定位误差相对较大,因此开发一种信噪比高,定位准确而且结构简单,操作方便,便于现场实际应用的超声探头非常必要。根据接触聚焦超声波探伤原理,本文通过对透镜材料的选取,曲率半径的计算,探头楔块结构的设计,开发了透镜式接触聚焦探头和反射式接触聚焦斜探头。为了评价探头的检测性能,我们设计了板形和条形模拟试件。利用模拟试件对两种探头分别进行了性能测试,结果表明:当超声频率较高时,透镜式接触聚焦探头衰减较大,综合性能较差,而反射式接触聚焦探头衰减较小,聚焦效果好,信噪比高,定位准确,实用性和可靠性较强。并且应用反射聚焦探头对实际焊缝进行了检测,得到了良好的效果。为了对比检测和缺陷定位结果,本文分别采用反射式超声波接触聚焦探头和超声波水浸聚焦探头对铝合金电子束焊缝进行了检测和缺陷定位研究。结果表明:两种方法检测结果和定位效果误差很小。为了验证检测结果的准确性和可靠性,作者对检测到的其中两个缺陷进行了剖切验证,其深度与测试结果吻合较好。另外,采用X射线实时成像技术对其余缺陷进行了探伤,结果表明:反射式接触聚焦检测方法给出的缺陷水平位置分布与射线检测方法的基本一致。综上所述,反射式接触聚焦方法检测效果较好,定位比较准确,适合薄板焊缝微小缺陷的实际检测应用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景和意义
• 1.2 微小缺陷的超声检测现状
• 1.3 缺陷定位的研究现状
• 1.3.1 X射线检测定位
• 1.3.2 超声TOFD检测定位
• 1.3.3 超声脉冲反射回波定位
• 1.4 聚焦超声波技术在超声检测领域的应用
• 1.5 本课题主要研究内容
• 第2章 总体检测方案设计及检测条件
• 2.1 接触聚焦法超声检测原理
• 2.1.1 透镜式接触聚焦法
• 2.1.2 反射式接触聚焦法
• 2.2 水浸聚焦法超声波检测
• 2.2.1 探伤原理和特点
• 2.2.2 水浸探伤扫查方式
• 2.2.3 检测参数测定方法
• 2.3 模拟试块制备
• 2.4 本章小结
• 第3章 接触聚焦探头设计和制作
• 3.1 透镜式接触聚焦斜探头设计
• 3.1.1 设计原理
• 3.1.2 透镜材料选取
• 3.1.3 声能损失估计
• 3.1.4 曲率半径的确定
• 3.1.5 探头结构设计
• 3.2 反射式接触聚焦斜探头的设计
• 3.2.1 设计原理
• 3.2.2 曲率半径的确定
• 3.2.3 探头楔块结构设计
• 3.3 本章小结
• 第4章 接触聚焦探头性能评价与焊缝模拟缺陷检测
• 4.1 透镜式接触聚焦探头性能评价
• 4.1.1 灵敏度实验
• 4.1.2 实验结果分析
• 4.2 反射式接触聚焦探头性能评价
• 4.2.1 灵敏度实验
• 4.2.2 聚焦实验
• 4.2.3 定位实验
• 4.2.4 实验结果分析
• 4.3 铝合金TIG焊缝模拟缺陷检测
• 4.4 本章小结
• 第5章 实际电子束焊件检测与缺陷定位
• 5.1 反射式接触聚焦法探伤
• 5.1.1 探头扫查方式和探伤条件
• 5.1.2 电子束焊缝检测
• 5.2 水浸聚焦法探伤
• 5.2.1 聚焦探头声场分析
• 5.2.2 检测工艺参数的确定
• 5.2.3 电子束焊缝检测
• 5.3 检测结果对比分析及实际验证
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢