汽车后桥环焊缝自动超声波探伤系统
1.1探伤原理
汽车后桥由冲压成形的半桥壳、后盖、法兰盘、半轴套管等几部分焊接而成。先由两个半桥壳对接形成后桥壳，然后再由后桥壳与半轴套管用环焊缝焊接成桥壳体，环焊缝与对接纵缝成丁字交叉。
后桥材料为20号钢，所有焊缝均采用CO2自动焊接，环焊缝为搭接形式（见图 1），可能出现的缺陷大多为根部未焊透和保护不当引起的气孔，其中根部未焊透对疲劳寿命影响最大。由于环焊缝与对接纵缝形成丁字形接头，按照常规探伤方法，由于纵缝的阻碍引起几何形状突变，不利于探头与工件表面的贴合，在焊缝表面实施自动探伤比较困难。若采用水浸法，则不利于在线连续生产。由图1可知，在后桥轴头套管内有一环形平面，环的宽度为9 mm，将探头贴在此环上，从后桥内壁向上发射超声波来探测焊缝，若发射的超声波包住整个焊接接头断面，旋转后桥且探头不动，则可实现自动超声波探伤，其原理如图 1 所示，图中a,b 和 c点为假设缺陷处，数字为超声波声轴线投影法确定的缺陷深度(单位为 mm)。
图 1探伤原理及缺陷回波定位法示意图
1.2.1K值
由于后桥环缝位置的几何形状和尺寸的限制，满足自动探伤要求的位置狭小，为了保证探伤的可靠性，采用多探头多方位扫查方式。探头设计成组合探头形式，后桥头每边采用4只探头，两边共8只探头同时检测，每个组合探头中的探头以圆心为对称点，相隔90°均布。探头扫查方向如图 2 所示，1号探头向斜下方扫查焊缝，另外3只探头从斜上方扫查环焊缝。两端的组合探头呈对称布置。斜探头入射角β由后桥环缝位置的几何尺寸确定，其原则是超声波束要包络整个焊缝断面，如图1所示。计算可得［1］K1,3=1。28，K2,4=2。03。
图 2探头布置及扫查方向示意图
根据超声波检测理论，要减小超声波通过介质时的衰减和避免林状回波干扰，应采用波长较长的波型和较低频率的超声波为宜，要检测出尺寸很小的缺陷，则希望超声波波长要短，综合考虑各方面的因素并经实验确定f=5 MHz的晶片，以保证较高的探伤灵敏度。
1.3探伤介质确定
由于后桥材料为碳钢，且经探伤后要进行机械加工，因此选用20号机油作为探伤耦合介质，自动探伤时，由油泵均匀连续地供给机油介质，在组合探头上设有出油孔，靠近各个分探头，保证在探头和被测表面之间形成均匀油膜。
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