牵引梁搅拌摩擦焊缝的超声波检测

高晓聂

【摘要】本文以牵引梁搅拌摩擦焊缝为研究对象，采用超声波检测这一技术对焊缝进行检测，解决牵引梁搅拌摩擦焊缝内部检测难的问题，使检测更加准确、快速，避免误检和漏检，确保牵引梁搅拌摩擦焊缝质量的稳定。

  【关键词】超声波检测 牵引梁 搅拌摩擦焊缝

1  前言

在轨道交通行业，搅拌摩擦焊（以下简称FSW）焊接接头缺陷率、制造成本、变形控制、工人技能水平及环境温湿度要求等方面均存在较大优势。所以目前在铝合金轨道车辆的车体制造中采用FSW技术，已成为主流趋势。牵引梁是支撑整个车辆的重要部件之一，在车辆各部件中牵引梁的安全系数要求较高，受力也较大，牵引梁搅拌摩擦焊缝质量的高低直接关系到轨道车辆的行车安全，一旦这受力部位的焊缝存在质量问题，将严重影响车辆的强度，造成重大的质量损失，甚至有可能造成重大车辆质量安全隐患或事故。

2  牵引梁搅拌摩擦焊缝结构特点及常见缺陷

搅拌摩擦焊牵引梁产品由3件型材组成，共有3条焊缝，焊缝类型均为II型，焊缝熔深分别为20mm和12mm，焊缝背面有斜台阶，两种类型焊缝均为双面搅拌。

从近几年来在厚板搅拌摩擦焊缝中应用经验以及国内外科研机构、高等院校及公司对搅拌摩擦焊的研究结果和应用情况来看，8mm～30mm厚度范围搅拌摩擦焊缝中出现的内部缺陷主要是隧道缺陷，其次当搅拌针长度与母材厚度不匹配如搅拌针过短或下压量不够，导致焊缝根部金属未受到充分搅拌时出现未焊透缺陷。

3  超声波检测工艺

3.1探头的选择

探头的频率对于缺陷和结构回波的定位影响很大，根据ISO17640标准，实际工作中我们选择标称频率为5MHz的45°和70°两种型号探头。

3.2 扫查方式

采用锯齿形扫查一次波直射法，二次波辅助扫查检测，对可能存在的垂直型缺陷进行多种角度声束检测。

3.3 灵敏度设置

探伤灵敏设置利用CSK-IA试块RB-II试块进行校准。

4  超声波检测工艺验证

4.1制作缺陷试件

通过调整搅拌焊接工艺，制作未焊透缺陷试件和隧道缺陷试件，用以验证缺陷的超声波检测可行性。

缺陷试件
试件1-未焊透	试件2-未焊透	试件3-隧道	试件4-隧道
焊透高度3mm	焊透高度3mm	隧道直径1.2mm	隧道直径1.0mm

4.2检测验证

采用上述超声波检测工艺对隧道缺陷试件和未焊透缺陷试件进行检测，验证检测工艺可行性。

未焊透缺陷试件检测结果
缺陷试件	探头角度	A侧扫查	B侧扫查	C侧扫查	D侧扫查
试件1	70°	深度：4.1mm 波幅：ø3-11.9dB	深度：3.8mm 波幅：ø3+5.9dB	深度：3.7mm 波幅：ø3-1.9dB	深度：3.9mm 波幅：ø3-9.8dB
	45°	深度：3.3mm 波幅：ø3-13.2dB	深度：3.1mm 波幅：ø3-2.4dB	深度：3.2mm 波幅：ø3-4.5dB	深度：3.4mm 波幅：ø3-13.3dB
试件2	70°	深度：3.8mm 波幅：ø3-12.7dB	深度：3.6mm 波幅：ø3+5.8dB	深度：3.9mm 波幅：ø3-3.7dB	深度：4.2mm 波幅：ø3-8.2dB
	45°	深度：3.1mm 波幅：ø3-14.7dB	深度：3.2mm 波幅：ø3-3.6dB	深度：3.4mm 波幅：ø3-6.3dB	深度：3.7mm 波幅：ø3-15.8dB

隧道透缺陷试件检测结果
缺陷试件	70°-A侧扫查	70°-B侧扫查	45°-A侧扫查	45°-B侧扫查
试件3	深度：5.9mm 波幅：ø 3-12.2dB	深度：6.5mm 波幅：ø 3-8.1dB	深度：6.1mm 波幅：ø3-14.9dB	深度：5.6mm 波幅：ø3-10.9dB
试件4	深度：6.8mm 波幅：ø3-14.8dB	深度：6.7mm 波幅：ø3-10.7dB	深度：5.3mm 波幅：ø3-11.3dB	深度：5.4mm 波幅：ø3-12.2dB

    5  结束语

（1）在焊接前应充分了解焊接接头的结构形式、型材自带焊接垫板结构及牵引梁搅拌摩擦焊缝可能会出现的缺陷类型等情况，有助于反射回波的判断；

（2）搅拌摩擦焊缝隧道型缺陷在焊缝两侧检测时回波幅值有所差异，与搅拌时搅拌针的旋转方向有关，顺时针搅拌的焊缝在垫板一侧（左侧）检测回波幅值较低，逆时针搅拌的焊缝在无垫板一侧（右侧）检测回波幅值较高；

（3）搅拌摩擦焊缝超声波检测时45°探头比70°探头在缺陷定位方面精度更高。

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高晓聂：中车株洲电力机车有限公司；  电话：[phone]；

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