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超声检测|薄壁变形铝合金壳体对接焊缝实操解决方案

日期:2017/9/26 13:25:04


2017-09-07 11:26:52 来源:中国检测网 阅读: 560 次

  随着电子行业的发展,铝合金薄壁腔体零件应用日益广泛,该类零件具有重量轻、结构紧凑等优点,但该类零件还具有加工时间长,工序较为复杂以及难以控制等等难点。

 

  GIS壳体规格φ700mmx16mm,由变形铝合金板材卷制成的容器,壳体纵焊缝和环焊缝均采用自动焊接技术焊接而成。壳体内部填充高压绝缘气体,内部气压为0.6MPa。要求对壳体纵焊缝和环焊缝进行超声检测,检测要求依据NB/T47013.3-2015《承压设备无损检测超声检测》附录H《铝和铝合金对接接头超声检测方法和质量分级》相关规定实施。验收级别依据TSGR0004-2014《固定式压力容器检验规程》第4.5.3.4.2条,GIS壳体对接焊缝局部超声检测技术等级不低于B级,合格级别不低于II级。

 

  1、探头参数选择

 

  1.1探头折射角(K值)

 

  探头折射角依据表1(NB/T47013.3-2015第6.3.6条表25)推荐选择,表1为推荐采用的斜探头在钢中的横波声束折射角(K值),即厚度范围4~25mm的钢制工件进行超声检测,应选择折射角(K值)为K2.0~K3.0的斜探头。在声速测量实验中测得钢的横波传播声速约3240m/s,铝合金的横波传播声速约3100m/s,利用snell折射定律计算出横波声束在铝合金中的折射角,换算结果如表2所示。结合上述要求,厚度为16mm的GIS壳体对接接头超声检测选用K3的横波斜探头较宜。

 

  (2)探头折射角(K值)计算公式:

 

分析铝合金薄壁箱体零件的加工过程,该类零件一般由铝合金板整体加工而成,该类零件金属去除量大,刚性底,在加工过程中容易受到第三方面因素的影响而发生变形。
 

 

  1.2探头频率f

 

  由于GIS壳体焊缝厚度较薄,壳体母材厚度仅为16mm,超声检测GIS薄壁壳体焊缝可忽略声波散射的影响,而超声波检测中灵敏度和分辨率显得非常重要,频率是影响分辨率的重要因素。根据相关试验数据表明:超声波检测壁厚不大于30mm的铝合金工件,选用频率为5MHz的横波斜探头,检测灵敏度和分辨率均较佳。

 

  1.3探头晶片尺寸

 

  晶片尺寸是影响超声检测结果的重要因素,主要对衰减系数、近场区大小和反射当量存在较大影响。GIS壳体焊缝厚度较薄,考虑近场区由于声波的干涉而出现一系列声压极大极小值,对超声波检测结果影响最大,根据近场区计算公式3可知,探头晶片尺寸与近场区N成正比。因此选用较小的探头晶片可以有效避免近场区声波干涉的影响。根据目前现有的探头规格,宜选用尺寸为6mmx6mm的晶片。

 

  (1)近场区N计算公式:

 

  a、Fs:探头晶片面积大小;

 

  b、λ:超声横波在铝合金中传播的波长。

 

  2、试验方法

 

  2.1仪器调校

 

  GIS壳体对接焊缝实施检测前应对仪器进行调校,主要调校铝合金中横波传播声速、延迟(零偏)及铝合金中声束折射角(K值),应采用与GIS壳体铝合金声学性能相同或相似材质的标准试块进行调校,仪器调校方法与钢制工件超声检测方法相同。

 

  2.2DAC曲线绘制

 

  依据NB/T47013.3-2015附录H,厚度为16mm的GIS薄壁铝合金壳体,应采用与GIS壳体铝合金材质声学性能相同或相似的1号铝合金对比试块制作DAC曲线。试块规格如图2,横孔深度为5mm、15mm、25mm、35mm,DAC曲线灵敏度如表3(NB/T47013.3-2015附录H表H.2)。

分析铝合金薄壁箱体零件的加工过程,该类零件一般由铝合金板整体加工而成,该类零件金属去除量大,刚性底,在加工过程中容易受到第三方面因素的影响而发生变形。
 

 

  2.3检测方法

 

  探头扫查方式、缺陷定位、缺陷深度、缺陷长度测量与钢制工件超声检测方法相同。

 

  2.4缺陷评级

 

  GIS铝合金壳体不允许存在裂纹、未熔合、未焊透等缺陷,缺陷回波在评定线以下评为I级,在评定线以上的按照下表4(NB/T47013.3-2015附录H表H.3)评级。

 

分析铝合金薄壁箱体零件的加工过程,该类零件一般由铝合金板整体加工而成,该类零件金属去除量大,刚性底,在加工过程中容易受到第三方面因素的影响而发生变形。
 

 

  3、总结

 

  (1)GIS壳体对接焊缝局部超声检测等级不低于B级,质量合格级别不低于II级。

 

  (2)GIS薄壁铝合金壳体对接焊缝超声检测应选用大K值探头,选用标称K值为K3的横波斜探头;标称频率为5MHz;小尺寸晶片,小前沿探头,选用晶片尺寸为6mmx6mm。

 

  (3)应采用GIS壳体铝合金声学性能相同或相似材质的标准试块进行仪器调校、1号铝合金对比试块进行绘制DAC曲线。

 

  影响铝合金薄壁腔体零件的加工精度和表面质量的主要因素是该类零件加工过程中容易变形,为了提高零件的精度和质量,应该提高产品生产熟练程度与精度,实现产品快速生产。
 



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