焊接空心球对接焊缝超声波探伤技术

焊接空心球对接焊缝超声波探伤中

探头折射角选用及缺陷定位的浅述

周文超石约翰

摘要以国标GB11345-89和行标JG/T3034·1-1996为依据论述对空心焊接球对接焊缝超声波探测时探头有效折射角必须进行科学选择，缺陷定位必须进行计算的叙述。

关键词空心焊接球超声波探伤有效折射角内曲面反射角缺陷弧长位置实际埋藏位置

引言

在制造安装大中型钢网架结构中，因工程结构需要较多使用焊接球节点以进一步增加结构的强度和稳定性。焊接球的制作是由成型的两只空心半球加肋板或加垫板对接组焊而成，其焊缝的内在质量直接影响到网架主体结构的安全性。因此建设部网架行业据国标《钢结构

上一个反射角γ=70°的正弦值，即β有效=sin-1（βmax·sin70°）=sin-1（βmax·0.939）——

β3=sin·R内/R外=sin·150/170=61.93°

此时β1、β2、β3角度在各自球壳介质内曲面的入射角度都为90°，波型已基本全转换为表面波，沿内曲面表面爬行振动，难以扫查到焊缝的上半部，造成漏检，现用上例三只空心焊接球以不同的折射角βa=61.93°、βb=56.31°入射，在内曲面的入射角γ1、γ2、γ3量值分别为：

a：以折射角βa=61.93°为例量值分别为：

γ1=sin-1·（R内/R外·sinβa）=sin-1·（210/190·sin61.93°）=77.23°

γ2=sin-1·（R内/R外·sinβa）=sin-1·（170/190·sin61.93°）=80.46°

γ3=sin-1·（R内/R外·sinβa）=sin-1·（150/170·sin61.93°）=90°

β4max=sin-1·R内/R外=sin-1·180/200=64.16°

β3max=sin-1·R内/R外=sin-1·160/200=53.13°

γ4=sin-1·（R外/R内·sinβ）=sin-1·（200/180·sin56.3°）=67.58°

γ3=sin-1·（R外/R内·sinβ）=sin-1·（200/160·sin56.3°）=sin-11.04°（大于90°）

从上述计算可知同一角度的探头在同直径球内球面的反射角随壁厚增大而增大，当入角大于90°时将无法与内球面相遇。

综上分析欲对空心钢球焊缝实施超声波探伤，首先对探头的折射角度应进行科学合理的选择，选择中我们引入标准中推荐的内曲面反射角度不大于70°这一推荐值，利用正弦定理得β有效=sin-1R内/R外·0.939（末位数只可省略不宜四舍五入）。

在此，对我认为合理的选择β有效=sin-1R内/R外·0.939进行反证。

仍以图5的R内=160、R外=200的空心焊接球为例进行反推，首先求β有效值

-1-1

则∠O′=sin-1（R外/R内·sinβ）-∠β=∠γ-∠β公式3

又：sin O′/AC=sinβ/R内 AC=R内/sinβ·sin｛sin-1（R外/R内·sinβ）-β｝=R内/sinβ·sin（γ-β）

在直角△AFC中

FC=AC·cosβ=R内/sinβ·sin｛sin-1（R外/R内·sinβ）-β｝·cosβ= R内/tgβ·sin （γ-β）

从实际数值计算得知，由（图7）也可以看出FC大于B′C′，这就与常规平板焊缝探测时对波位置的分析有了区别，在对δ厚的平板焊缝探测中，发现反射波的位置在δ处时，我们可以认为是背缝焊角反射，但对壁厚δ的空心焊接球焊缝探测时，发现波的反射在人为标定的δ处时，这绝对是根部或近根部的缺陷反射。

∠ADO=∠FDO=180°-56.3°-11.277°=112.423°

OF = 公式4 = =241.65

EF=R 外-OF=250-241.65=8.35

此时已知缺陷F 点距外表面向圆心8.35mm 处若探测平板焊缝该反射点是在焊缝表面。E 点的弧长仍需求出：

利用正弦定理先求出∠DOE 的度数，

sin ∠DOE/OF= sin ∠DOE/OF 设∠DOE 为O ”

sinO ”= sin ∠FDO/OF ·DF=sin112.423/241.65·37.2=8.18°

AE 对应的圆心角O AE =∠AOD+∠DOF=11.2778+8.18=19.46°

AE=Φπ/360/∠AOE 公式5

AE=Φπ/360/∠AOE =500·π/360/19.46=84.9

至此，缺陷反射点的位置我们已经知道，它位于入射点（实际操作中入射到探头前沿的弧长可近似认为就是探头前沿距离）起弧长84.9mm 距外表面向圆心8.35mm 处。

综上所述，我们认为空心球对接焊缝的起声波探伤中对缺陷位置的认定绝不等同于常规探测中的认定，它存在一个通过计算确定的过程。现场操作比较麻烦，目前我们尚未找出简易直观的方法。在实施检测时，首先应确定该规格空心球所应选用的探头折射角，以免过大，造成根部缺陷漏检，不同规格的焊接球不宜用同一角度探测。其次宜确定荧光屏上一次反射点和二次反射点的位置及球面上的相应弧长，探测过程中利用模糊概念，先近似评估反射点的位置对超标缺陷再进行计算确定，我们公司做过很多解剖试验，缺陷实际位置与计算误差极小，所以我们认为该方法目前可行。

参考文献

1．水利电力出版社，超声波探伤。

2．GB11345-89钢焊缝手工超声波探伤方法和结果的分析。

3．JG/T3034·1996焊接球节点钢网架焊缝超声波探伤及质量分级法。

FDO

cos OD DF 2-OD DF 22∠•••+423

.112cos 22537.22-22537.222∠•⨯⨯+