本發(fā)明涉及金屬構(gòu)件中幾何形狀復(fù)雜區(qū)域的無損檢測領(lǐng)域，具體是一種基于超聲波探傷原理，通過建立不同覆蓋區(qū)域的特制超聲波探頭組及檢測工藝進行用于r角過渡區(qū)域的缺陷檢測。

背景技術(shù)：

金屬壓力加工行業(yè)涉及大量空腔式并且一端帶底的“桶”形構(gòu)件，由于金屬的塑性成形過程，在構(gòu)件內(nèi)部存在宏觀缺陷，影響構(gòu)件的強度。缺陷類型一般為內(nèi)裂紋、分層和夾雜，主要分布于內(nèi)壁與底面的r角過渡區(qū)域。對金屬構(gòu)件缺陷的無損檢測技術(shù)途徑主要有渦流檢測、磁粉檢測、射線檢測和超聲波檢測。磁粉檢測能夠直觀顯示缺陷形狀和位置等信息，但它只能夠檢測構(gòu)件的表面裂紋，內(nèi)部缺陷是無法檢測出來，并對不宜觀察的區(qū)域無法檢測；渦流檢測對受檢構(gòu)件表面狀況要求較高，不能檢測內(nèi)部缺陷；射線檢測可以實現(xiàn)構(gòu)件內(nèi)部缺陷的檢測，但是對放射源無法置入的“桶”形構(gòu)件只能采用外部照射的雙壁投影，無法區(qū)分缺陷分布確切位置，對r角區(qū)域檢測難度極大，另外輻射效應(yīng)對人體有害，而且檢驗成本高，操作不便。與上述無損檢測方法相比，超聲波檢測方法，具有指向性好、靈敏度高、性能穩(wěn)定的優(yōu)點，并對復(fù)雜區(qū)域檢測時，只需保證良好的入射方式，便可以實現(xiàn)良好的檢測。但目前在“桶”形構(gòu)件(尤其是r角過渡區(qū)域) 的缺陷的超聲檢測方面還沒有可行的檢測方法和檢測標準。

為了解決“桶”形金屬構(gòu)件r角過渡區(qū)域的缺陷無損檢測問題，根據(jù)缺陷對超聲波傳播的響應(yīng)規(guī)律來檢測材料內(nèi)部的宏觀缺陷。為實現(xiàn)全覆蓋檢測，將r角區(qū)域劃分為三個不同的待檢區(qū)域，即22.5°區(qū)域、45°區(qū)域及67.5°區(qū)域。針對r角區(qū)域內(nèi)不同部位的缺陷檢測需求采用不同入射角度的超聲波探頭進行檢測。首先，由于r角區(qū)域表面曲率的存在及超聲波擴散效應(yīng)影響，超聲波在構(gòu)件中會產(chǎn)生散射、反射、折射等相當復(fù)雜的傳播，因此需要使超聲波入射時主聲束符合幾何聲學(xué)的規(guī)律，保證缺陷有足夠的反射面。第二，隨著入射角度不同，超聲波將伴隨著波形轉(zhuǎn)換效應(yīng)，因此要求超聲探頭設(shè)計(雙晶探頭)時，需對發(fā)射和接收晶片有所區(qū)分。另外從“桶”壁外圓柱面入射時，r角不同區(qū)域缺陷的檢測深度有所不同，需要在特制探頭設(shè)計時對探頭有機玻璃塊特殊設(shè)計，保證有足夠的檢測靈敏度。最后，在檢測時，需要對特制探頭的使用設(shè)定一套檢測方法，尤其對探頭放置位置有嚴格要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有超聲無損檢測方法對“桶”形金屬構(gòu)件r角過渡區(qū)域缺陷檢測效果不理想的問題，本發(fā)明提出了一種基于超聲波檢測原理，通過建立不同覆蓋區(qū)域的特制超聲波探頭組及檢測工藝檢測r角過渡區(qū)域缺陷的方法。

本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：一種基于不同覆蓋區(qū)域的特制超聲波探頭組的缺陷無損檢測方法，包括以下步驟：

步驟1)、將“桶”形金屬構(gòu)件沿軸線方向平置于可旋轉(zhuǎn)的工作臺架上；

步驟2)、在經(jīng)過清潔處理之后的“桶”形金屬構(gòu)件r角過渡區(qū)域均勻涂抹耦合液；

步驟3)、將用于檢測不同r角過渡區(qū)域的探頭置于構(gòu)件r角過渡區(qū)域的外圓柱表面及底面上，保證探頭前沿端面與檢測基準的相對距離，并保證探頭有機玻璃面充分與構(gòu)件外圓柱表面接觸(探頭有機玻璃面應(yīng)充分與構(gòu)件外圓柱面接觸，將不同雙晶超聲波探頭前的有機玻璃楔塊進行準確研磨，以吻合被檢“桶”形金屬構(gòu)件外圓柱表面輪廓)；

步驟4)、將步驟1)中的“桶”形金屬構(gòu)件均勻旋轉(zhuǎn)一周(旋轉(zhuǎn)速度為30～60°/s，最優(yōu)速度為36°/s)，保持探頭前沿端面與檢測基準的相對距離(即s1、s2、s3)。同時觀察超聲波探傷儀閘門內(nèi)的缺陷回波信號；

步驟5)、如果存在某一缺陷回波在檢測范圍內(nèi)超出報警閘門，如圖12所示，就可判定被檢測構(gòu)件r角區(qū)域存在缺陷。

檢測開始前，需根據(jù)待檢測“桶”形金屬構(gòu)件的幾何結(jié)構(gòu)特點和尺寸，設(shè)計用于檢測r角過渡區(qū)域的探頭，確定晶片尺寸和頻率，并制作探頭。

本發(fā)明所述“桶”形金屬構(gòu)件r角過渡區(qū)域的缺陷無損檢測方法，其特征在于：用于檢測不同r角過渡區(qū)域的探頭包括：不等傾角雙晶縱/橫波直探頭a、斜探頭和不等傾角雙晶縱/橫波直探頭b；

其中不等傾角雙晶縱/橫波直探頭a包括：不等傾角雙晶縱/橫波直探頭a的ta晶片11、不等傾角雙晶縱/橫波直探頭a的ra晶片12、不等傾角雙晶縱/橫波直探頭a阻尼塊13、不等傾角雙晶縱/橫波直探頭a殼體14、不等傾角雙晶縱/橫波直探頭a吸聲材料15、不等傾角雙晶縱/橫波直探頭a接插件16、不等傾角雙晶縱/橫波直探頭a延遲塊17；

斜探頭為橫波探頭，包括：斜探頭晶片21、斜探頭殼體22、斜探頭接插件23、斜探頭吸聲材料24、斜探頭阻尼塊25、斜探頭延遲塊26；

不等傾角雙晶縱/橫波直探頭b包括：不等傾角雙晶縱/橫波直探頭b的tb晶片31、不等傾角雙晶縱/橫波直探頭b的rb晶片32、不等傾角雙晶縱/橫波直探頭b吸聲材料33、不等傾角雙晶縱/橫波直探頭b接插件34、不等傾角雙晶縱/橫波直探頭b吸聲材料35、不等傾角雙晶縱/橫波直探頭b延遲塊36。

不等傾角雙晶縱/橫波直探頭a具有ta、ra兩個晶片，其中ta晶片為超聲波發(fā)射晶片，晶片尺寸寬度范圍4～10mm，長度范圍8～20mm，晶片傾角度范圍10°～20°；ra為超聲波接收晶片，寬度范圍4～10mm，長度范圍8～20mm，晶片傾角度范圍3°～10°；

斜探頭為橫波探頭，晶片尺寸寬度、長度范圍均為8～13mm；

不等傾角雙晶縱/橫波直探頭b具有tb、rb兩個晶片，其中tb為超聲波發(fā)射晶片，晶片寬度范圍4～10mm，長度范圍8～20mm，晶片傾角度范圍3°～10°，rb為超聲波接收晶片，晶片寬度范圍 4～10mm，長度范圍8～20mm，晶片傾角度范圍10°～20°。

本發(fā)明所述“桶”形金屬構(gòu)件r角過渡區(qū)域的缺陷無損檢測方法，其特征在于：其中不等傾角雙晶縱/橫波直探頭a設(shè)于被檢測構(gòu)件側(cè)壁上，其前沿端面與被檢測構(gòu)件底端端面的相對距離為s1(單位mm)，s1＝l1-(r+t)*tan22.5°-10，l1是r角的中心距構(gòu)件底端端面的距離(參見圖9，單位mm)，t(單位mm)為“桶”形金屬構(gòu)件的壁厚。

斜探頭設(shè)于被檢測構(gòu)件側(cè)壁上，其前沿端面與被檢測構(gòu)件底端端面的相對距離為s2(單位mm)，s2＝l1-(r+t)*tan45°-5；t(單位mm)為“桶”壁厚。

不等傾角雙晶縱/橫波直探頭b設(shè)于被檢測構(gòu)件底端端面上，其前沿端面與被檢測構(gòu)件側(cè)壁的相對距離為s3(單位mm)，s3＝l2-r*tan22.5°-5。l2是r角的中心距構(gòu)件外表面的距離(參見圖9，單位mm)，可以從圖紙上測量出，t(單位mm)為“桶”壁厚。

本發(fā)明所述三個探頭可分開使用，所有晶片頻率范圍均為2.5～10mhz。

本發(fā)明所述“桶”形金屬構(gòu)件r角過渡區(qū)域的缺陷無損檢測方法，其特征在于：所述“桶”形金屬構(gòu)件為空腔式圓柱形且一端帶底的構(gòu)件,構(gòu)件壁厚t與外徑d之比，即t/d>0.23，一般情況下，過渡圓角半徑r>5mm另外該方法也可用于深孔或圓柱狀封閉空腔構(gòu)件r角過渡區(qū)域的缺陷檢測。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

1、本發(fā)明“桶”形金屬構(gòu)件r角過渡區(qū)域的缺陷無損檢測方法建立了具有不同覆蓋區(qū)域的特制雙晶超聲波探頭，并制定了獨特的檢測工藝方法，實現(xiàn)了對r角過渡區(qū)域內(nèi)不同位置的缺陷進行整體覆蓋，提高了對r角過渡區(qū)域缺陷超聲波無損檢測的準確性和可靠性。

2、本發(fā)明的方法實現(xiàn)了檢測r角過渡區(qū)域內(nèi)部缺陷時，從外圓柱面入射的檢測方式，不但保證了針對不同深度的缺陷檢測具有足夠的靈敏度，而且本方法操作簡單，易于實施。

3、本發(fā)明的方法可以準確地檢測出r角過渡區(qū)域的缺陷，取得了很好的缺陷無損檢測效果。

附圖說明

圖1檢測工藝流程圖；

圖2人工缺陷示意圖；

圖3不等傾角雙晶縱/橫波直探頭a檢測原理及探頭設(shè)計原理示意圖；

圖4斜探頭檢測原理及探頭設(shè)計原理示意圖；

圖5不等傾角雙晶縱/橫波直探頭b檢測原理及探頭設(shè)計原理示意圖；

圖6不等傾角雙晶縱/橫波直探頭a結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7斜探頭結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8不等傾角雙晶縱/橫波直探頭b結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9探頭位置圖；

圖10缺陷信號判定參考示意圖；

圖11人工缺陷回波圖；

圖12實施例1待檢測“桶”形金屬構(gòu)件；

圖13實施例2待檢測“桶”形金屬構(gòu)件；

圖14實施例2工件中缺陷回波信號。

附圖標號：1、不等傾角雙晶縱/橫波直探頭a，2、斜探頭，3、不等傾角雙晶縱/橫波直探頭b，4、“桶”形金屬構(gòu)件，5、r角過渡區(qū)域，6、22.5°平底孔缺陷，7、45°平底孔缺陷，8、67.5°平底孔缺陷，11、不等傾角雙晶縱/橫波直探頭a的ta晶片，12、不等傾角雙晶縱/橫波直探頭a的ra晶片，13、不等傾角雙晶縱/橫波直探頭a阻尼塊，14、不等傾角雙晶縱/橫波直探頭a殼體，15、不等傾角雙晶縱/橫波直探頭a吸聲材料，16、不等傾角雙晶縱/橫波直探頭a接插件，17、不等傾角雙晶縱/橫波直探頭a延遲塊，21、斜探頭晶片，22、斜探頭殼體，23、斜探頭接插件，24、斜探頭吸聲材料，25、斜探頭阻尼塊，26、斜探頭延遲塊，31、不等傾角雙晶縱/橫波直探頭b的tb晶片，32、不等傾角雙晶縱/橫波直探頭b的rb晶片，33、不等傾角雙晶縱/橫波直探頭b吸聲材料，34、不等傾角雙晶縱/橫波直探頭b接插件，35、不等傾角雙晶縱/橫波直探頭b吸聲材料，36、不等傾角雙晶縱/橫波直探頭b延遲塊，ⅰ、始波信號波形，ⅱ、r角區(qū)域靠近內(nèi)表面區(qū)域的缺陷信號波形，ⅲ、r角區(qū)域原理內(nèi)表面區(qū)域的缺陷信號波形，ⅳ、底波波形信號。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明。

如圖1為本發(fā)明所示工藝流程圖，檢測r角過渡區(qū)域缺陷的具體工藝步驟如下：

步驟1)、根據(jù)待檢測“桶”形金屬構(gòu)件的幾何結(jié)構(gòu)特點和尺寸，設(shè)計用于檢測r角過渡區(qū)域的探頭，確定晶片尺寸和頻率，并制作探頭；

用于檢測不同r角區(qū)域的探頭包括：不等傾角雙晶縱/橫波直探頭a、斜探頭和不等傾角雙晶縱/橫波直探頭b三種。

步驟2)、將“桶”形金屬構(gòu)件沿軸線平置于可旋轉(zhuǎn)的工作臺架上。

步驟3)、在經(jīng)過清潔處理之后的“桶”形金屬構(gòu)件r角過渡區(qū)域(保證表面沒有臟附作物)均勻涂抹耦合液；圖2表述了“桶”形金屬構(gòu)件r角過渡區(qū)域中不同位置、不同深度的平底孔缺陷，從上至下，分別是22.5°、45°和67.5°的平底孔缺陷。

步驟4)、將用于檢測不同r角區(qū)域的探頭置于構(gòu)件的r角過渡區(qū)域的外圓柱表面上，保證探頭前沿端面與檢測基準的相對距離(s1、s2、s3)，并保證探頭有機玻璃面充分與構(gòu)件外圓柱面接觸。

步驟5)、將步驟1)中的“桶”形金屬構(gòu)件均勻慢速旋轉(zhuǎn)一周(36°/s)，保持探頭前沿端面與檢測基準的相對距離，同時觀察超聲波探傷儀閘門內(nèi)的缺陷回波信號。本實施例利用cts-9006超聲波探傷儀，工作方式是一發(fā)一收。

步驟6)、如果存在某一缺陷回波在檢測范圍內(nèi)超出報警閘門，就可以判定該r角過渡區(qū)域存在缺陷，本發(fā)明可以檢測出位于不同 部位的不同埋深平底孔缺陷。

實施例1

所用不等傾角雙晶縱/橫波直探頭a具有ta、ra兩個晶片，其中ta晶片為超聲波發(fā)射晶片，晶片尺寸寬度為6mm，長度為20mm，晶片傾角度為15°；ra為超聲波接收晶片寬度為6mm，長度為8mm，晶片傾角度為5°；斜探頭為橫波探頭，晶片尺寸寬度、長度均為9mm；特制不等傾角雙晶縱/橫波直探頭b，具有tb、rb兩個晶片，其中tb為超聲波發(fā)射晶片，晶片寬度為6mm，長度為20mm，晶片傾角度為5°，rb為超聲波接收晶片，晶片寬度為6mm，長度為8mm，晶片傾角度為15°。

依據(jù)圖12的工件尺寸，可以測量出l1＝110mm，l2＝57mm，t＝18.5mm，計算出：

不等傾角雙晶縱/橫波直探頭a設(shè)于被檢測構(gòu)件側(cè)壁上，其前沿端面與被檢測構(gòu)件底端端面的相對距離為s1，s1＝l1-(r+t)*tan22.5°-10＝76.18mm；

斜探頭設(shè)于被檢測構(gòu)件側(cè)壁上，其前沿端面與被檢測構(gòu)件底端端面的相對距離為s2，s2＝l1-(r+t)*tan45°-5＝47.5mm；

不等傾角雙晶縱/橫波直探頭b設(shè)于被檢測構(gòu)件底端端面上，其前沿端面與被檢測構(gòu)件側(cè)壁的相對距離為s3，s3＝l2-r*tan22.5°-5＝31mm。

圖2～10給出了本實施例針對“桶”形金屬構(gòu)件r角過渡區(qū)域缺陷的無損檢測過程以及檢測結(jié)果判定參考圖，圖11中是人工缺陷回 波信號，可以看出，本方法能夠準確檢測“桶”形金屬構(gòu)件r角過渡區(qū)域的缺陷，提高了對r角過渡區(qū)域缺陷超聲波無損檢測的準確性和可靠性。

實施例2

所用不等傾角雙晶縱/橫波直探頭a，具有ta、ra兩個晶片，其中ta晶片為超聲波發(fā)射晶片，晶片尺寸寬度為6mm，長度為12mm，晶片傾角度為12°；ra為超聲波接收晶片寬度為6mm，長度為6mm，晶片傾角度為4°；斜探頭為橫波探頭，晶片尺寸寬度、長度均為8mm；特制不等傾角雙晶縱/橫波直探頭b，具有tb、rb兩個晶片，其中tb為超聲波發(fā)射晶片，晶片寬度為6mm，長度為12mm，晶片傾角度為4°，rb為超聲波接收晶片，晶片寬度為6mm，長度為6mm，晶片傾角度為12°。

依據(jù)圖13的工件尺寸，可以測量出l1＝50mm，l2＝47mm，t＝14.5mm，計算出：

不等傾角雙晶縱/橫波直探頭a設(shè)于被檢測構(gòu)件側(cè)壁上，其前沿端面與被檢測構(gòu)件底端端面的相對距離為s1，s1＝l1-(r+t)*tan22.5°-10＝27mm；

斜探頭設(shè)于被檢測構(gòu)件側(cè)壁上，其前沿端面與被檢測構(gòu)件底端端面的相對距離為s2，s2＝l1-(r+t)*tan45°-5＝2.5mm；

不等傾角雙晶縱/橫波直探頭b設(shè)于被檢測構(gòu)件底端端面上，其前沿端面與被檢測構(gòu)件側(cè)壁的相對距離為s3， s3＝l2-r*tan22.5°-5＝32.4mm。

圖2～10給出了本實施例針對“桶”形金屬構(gòu)件r角過渡區(qū)域缺陷的無損檢測過程以及檢測結(jié)果，圖14中是該工件中缺陷回波信號，可以看出，本方法能夠準確檢測“桶”形金屬構(gòu)件r角過渡區(qū)域的缺陷，提高了對r角過渡區(qū)域缺陷超聲波無損檢測的準確性和可靠性。

上述實施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。