机械设计制造中的现代检测方法之应用

祁海洋+陈志良+孔德留+刘庆福

河南濮阳濮耐高温材料（集团）股份有限公司

【摘 要】通过在操作在役超声波检测和电子元器件的经验积累，总结出一些非全焊透小口径管座角焊缝超声波检测和电子检测的方法。

【关键词】小口径；焊缝；超声波检测；试块；集箱；电子检测技术

1.机械小径管座角焊缝超声波检测方法

1.1小径管座角焊缝超声波检测的技术要求

在焊缝产生的各种缺陷中，面积型缺陷的应力集中程度要远大于体积型缺陷。因此要首先将裂纹、未焊透、未熔合等危险性的面积型缺陷检出并及时消除。这些面积型缺陷利用超声波探伤时灵敏度比较高。角焊缝超声波探伤技术的要求是所采用的工艺能使超声波主声束扫查到整个管座角焊缝截面，并能明显区分缺陷波与结构波，同时要求操作简便，易于现场使用。

1.2小径接管座角焊缝超声波检测探头的选用分析

单纯采用小径管斜探头从接管座一侧对角焊缝进行检测， 存在部分漏检区；单纯采用普通斜探头从集箱一侧对角焊缝进行检测也无法实现。在本次试验中，选用小角度纵波探头和小径管横波斜探头对小径接管座角焊缝进行综合检测。

由于受到集箱结构影响，超声波检测只能在管座侧以接管为检验面进行单侧扫查，依据DL/T 820—2002 《管道焊接接头超声波检验技术规程》规定，管壁厚度为 8～14 mm， 推荐折 射 角 为 63°～70°（对应的K值分别为2和2.7）， 选取实测 K 值为 2.7， 晶片尺寸准 6 mm，频率5 MHz， 探头前沿为 5 mm 的斜探头进行检测。 仪器选择以色列生产的 ISONIC 2008，由于该仪器具有 B 扫描功能，对于显示缺陷能够进行 B 扫描成像分析，便于缺陷记录和分析，选用甘油为耦合剂，在小直径管焊接接头超声波检验专用试块DL-1上制作准1 mm孔 的DAC 曲线。

1.3对比试块的设计制作

（1）小角度纵波对比试块的制作要求和设计指标。分别选取一定曲面、壁厚的材料模拟集箱管材，并在轴向及周向管座开孔部位制作 1 mm 和 2 mm深的切割槽模拟缺陷， 在对比试块中间不同深度做！1 mm×6 mm 横孔进行灵敏度比较试验。（2）小径管与横波斜探头对比试块制作要求和设计指标。用对比试块的切割槽模拟不同深度的未焊透缺陷。该试块分别切有 1 mm、1.6 mm、2 mm、3 mm、4mm、6 mm、8mm 深的水平线切割槽， 用以模拟管座。

1.4检测验证

燃煤锅炉，机组累计运行时间 10 万小时以上。为了解锅炉集箱管座角焊缝运行情况，检修期间，对水冷壁、低温再热器、省煤器、末级再热器的集箱管座角焊缝进行超声波检测，以Φ51×7 的小径管座角焊缝检测为例：小口径管座角焊缝规格：小口径管规格为Φ51×7mm，管座角焊缝宽度为 11mm，焊缝高度为8mm，集箱坡口深度为7mm。（1）仪器、探头。选用数字式 A 型脉冲反射式超声探伤仪，探头频率为5MHz，探头前沿长度为5mm，晶片尺寸为6mm×6mm，折射角度选为56.3°的K1.5的横波斜探头。根据公式计算出最小折射角度为55°，所选探头折射角度满足检测条件。（2）DAC曲线的制作。利用DL-1小口径管专用超声波检测试块上深度为8mm、15mm、20mm、25mm的Φ1mm的长横孔来制作DAC曲线。由于非全焊透小口径管座角焊缝的结构特殊，小口径管有一部分插入集箱本体，定量和判废灵敏度的要求可适当降低。（3）反射信号的分析。检测工作中，必须区分出焊缝的根部反射信号和缺陷反射信号。根据焊缝的结构尺寸、探头的位置、示波屏上探头入射点到反射信号的水平距离、反射信号的深度，综合判定该信号是否为焊缝根部反射信号或缺陷反射信号。根部反射信号的判定：先使探头靠近焊缝，再向后拖动探头，示波屏上如果出现反射信号显示，先根据反射信号的水平距离显示，依据焊缝的尺寸，在工件上通过实际测量，判断是否在根部位置；然后根据反射信号的深度，依据工件的厚度，判断是否在根部位置，如果反射信号的水平距离、深度显示都在焊缝根部位置，则可判定该信号为根部反射信号显示。缺陷反射信号的判定：继续向后拖动探头，示波屏上根部反射信号的幅值降低。在根部反射信号以外如果出现反射信号显示，则可初步判定为缺陷信号显示。如果该反射信号的深度显示大于或等于两倍工件壁厚，且在焊缝范围内，水平距离显示经实际测量也在焊缝范围内，则可判定该反射信号为缺陷信号显示。

2.在工程机械驾驶室中电子检测手段的应用

电子检测技术是一种综合性检测技术，主要包括电子测量系统及电子信息技术两个方面[1]。随着科技的发展，电子检测技术在各行各业的应用越来越普遍[2]。尤其是在汽车维修中的应用，更是为提高汽车维修质量提供了重要保证。

2.1驾驶室电器检测需求分析

生产线只是完成驾驶室内各部件的装配工作，包括各种钣金件、内饰件、座椅、电器、开关以及各电器之间的布线等，驾驶室大总成作为主机厂的配套产品，在进入主机厂总装前，驾驶室大总成的电器未制信号，如仪表盘、气压表等。根据驾驶室大总成内部电器元件的分类情况，通过与相关部门技术人员的沟通和交流，本次制作的电检平台应能够实现如下功能：为驾驶室提供可以工作的直流电源，电压为（24±2）V；具有短路自保护功能；能够判断驾驶室电器元件及其电气回路是否正常工作。通过该电检平台对工作灯、线束、开关、仪表等电器元件进行检测，以判断驾驶室内各电器元件及其装配质量。系统总体要求性能指标如下：（1）安全性；（2）可移动性；（3）互换性。

2.2驾驶室电器检测方案设计

由于驾驶室大总成内各受检电器元件的特殊性，針对不同类别的受检电器元件应分别设计相关的检测方案。（1）第一类电器元件检测方案的检测电器元件已与控制开关、线束相连接。由于已经构成电气回路，因此可以由电检平台为驾驶室供电，检测人员闭合/打开控制开关，使其形成闭合回路，通过观察人工判断该类电器元件的工作情况是否正常。（2）第二类电器元件检测方案的工作部件在前后车架上，未与驾驶室形成电气回路，因此需要在电检平台中设计显示模块，以模拟该类电器元件，然后通过电检平台为驾驶室供电，检测人员闭合/打开对应的控制开关，使其形成闭合回路，通过观察该显示模块的工作情况判断该类电器元件的工作情况是否正常。（3）第三类电器元件检测方案电器元件在驾驶室内，未与前后车架形成电气回路，主要是由各种传感器组成，如温度传感器、压力传感器等。

参考文献：

[1]谭浩.重型汽车驾驶室线束检测仪的制作[J].汽车电器，2006，（8）：40-44.

[2]孙上媛，葛云峰.汽车线束检测系统研究[J].试验技术与试验机，2007，11（4）：51-55.