利用超聲電磁原理評(píng)估金屬裂紋走向與深度的裝置及方法
【專利說明】利用超聲電磁原理評(píng)估金屬裂紋走向與深度的裝置及方法
[0001]本發(fā)明涉及一種無損檢測(cè)方法，特別是涉及利用超聲電磁原理評(píng)估金屬裂紋走向與深度的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]檢測(cè)評(píng)估金屬材料工件裂紋的深度及走向，是確保金屬材料工件在役安全運(yùn)行、避免事故的首要方法，例如，鐵路鋼軌在使用過程中，會(huì)產(chǎn)生表面細(xì)小裂紋，細(xì)小裂紋在受到行駛列車擠壓的情況下會(huì)向鋼軌內(nèi)部發(fā)展擴(kuò)大，當(dāng)裂紋發(fā)展的一定程度時(shí)，就會(huì)影響到鋼軌的安全，極易發(fā)生鋼軌斷裂事故，其中傾斜裂紋尤為危險(xiǎn)，不同的裂紋走向和深度，對(duì)鋼軌安全的影響程度不同。通常采用超聲或渦流等無損檢測(cè)方法檢測(cè)金屬材料工件裂紋，其中，渦流檢測(cè)方法適用于金屬材料表面及近表面裂紋缺陷的快速檢測(cè)，但其無法評(píng)估裂紋的走向；超聲檢測(cè)方法大多適用于金屬材料內(nèi)部缺陷的檢測(cè)。至今，沒有一種有效的金屬材料裂紋的走向及深度的快速檢測(cè)評(píng)估方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供利用超聲電磁原理評(píng)估金屬裂紋走向與深度的裝置及方法，采用超聲與渦流組合檢測(cè)方法，設(shè)計(jì)超聲渦流組合探頭掃查裝置，實(shí)現(xiàn)快速評(píng)估金屬材料裂紋走向及裂紋深度當(dāng)量。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:利用超聲電磁原理評(píng)估金屬裂紋走向與深度的裝置，采用一個(gè)渦流檢測(cè)點(diǎn)探頭和兩個(gè)超聲檢測(cè)斜探頭制作組合探頭掃查裝置，所述兩個(gè)超聲檢測(cè)斜探頭的入射角、頻率、材料、形狀相同，入射角為固定值，兩個(gè)超聲檢測(cè)斜探頭鏡像對(duì)稱固定，以使兩個(gè)超聲檢測(cè)斜探頭發(fā)射的超聲波鏡像對(duì)稱、相交；所述渦流檢測(cè)點(diǎn)探頭，置于兩個(gè)超聲檢測(cè)斜探頭的正中間。
[0005]利用超聲電磁原理評(píng)估金屬裂紋走向與深度的方法，采用超聲與渦流組合檢測(cè)方法，先用渦流方法定位金屬材料表面裂紋開口位置及評(píng)估裂紋深度當(dāng)量，而后用超聲方法評(píng)估裂紋深度方向走向，所述方法包括如下步驟，
a.采用加工有不同深度和不同傾斜角度的標(biāo)準(zhǔn)人工裂紋的對(duì)比試塊對(duì)組合探頭掃查裝置中的渦流檢測(cè)點(diǎn)探頭和超聲檢測(cè)斜探頭進(jìn)行裂紋深度方向走向和裂紋深度當(dāng)量標(biāo)定，得到渦流檢測(cè)點(diǎn)探頭的裂紋渦流感應(yīng)信號(hào)幅度相位與裂紋深度標(biāo)定關(guān)系函數(shù)，得到兩個(gè)超聲檢測(cè)斜探頭發(fā)射的超聲波遇到裂紋的回波信號(hào)時(shí)間值與裂紋傾斜角度標(biāo)定關(guān)系函數(shù)；所述對(duì)比試塊的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)與被檢金屬材料相同；
b.將組合掃查探頭裝置置于被檢金屬材料檢測(cè)面；兩個(gè)超聲檢測(cè)斜探頭連接超聲檢測(cè)儀，渦流檢測(cè)點(diǎn)探頭鏈接渦流檢測(cè)儀；
c.已恒定速度移動(dòng)組合探頭掃查裝置，當(dāng)渦流檢測(cè)點(diǎn)探頭探測(cè)范圍內(nèi)的金屬材料表面有裂紋時(shí)，渦流檢測(cè)點(diǎn)探頭產(chǎn)生裂紋渦流感應(yīng)信號(hào)，裂紋渦流感應(yīng)信號(hào)發(fā)送至渦流檢測(cè)儀；當(dāng)渦流檢測(cè)點(diǎn)探頭剛好到達(dá)裂紋開口正上方時(shí)，裂紋渦流感應(yīng)信號(hào)幅度達(dá)到最大值，根據(jù)步驟a中得到的渦流檢測(cè)點(diǎn)探頭的裂紋渦流感應(yīng)信號(hào)幅度、相位與裂紋深度標(biāo)定關(guān)系函數(shù)計(jì)算得出相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)人工裂紋的裂紋深度當(dāng)量；
d.當(dāng)裂紋渦流感應(yīng)信號(hào)幅度達(dá)到最大值時(shí)，渦流檢測(cè)儀同時(shí)發(fā)送觸發(fā)信號(hào)至超聲檢測(cè)儀及組合探頭掃查裝置，組合探頭掃查裝置接收到觸發(fā)信號(hào)的同時(shí)停止移動(dòng)，超聲檢測(cè)儀接收到觸發(fā)信號(hào)的同時(shí)激勵(lì)兩個(gè)超聲檢測(cè)斜探頭發(fā)射超聲波；當(dāng)兩個(gè)超聲檢測(cè)斜探頭發(fā)射的超聲波時(shí)間軸波形對(duì)稱時(shí)，即兩個(gè)超聲波遇到裂紋的回波信號(hào)時(shí)間值相同時(shí)，則說明該裂紋垂直向下；當(dāng)兩個(gè)超聲檢測(cè)斜探頭發(fā)射的超聲波時(shí)間軸波形不對(duì)稱時(shí)，即兩個(gè)超聲波遇到裂紋的回波信號(hào)時(shí)間值不相同時(shí)，則說明該裂紋為傾斜裂紋，根據(jù)步驟a中得到的兩個(gè)超聲檢測(cè)斜探頭發(fā)射的超聲波遇到裂紋的回波信號(hào)時(shí)間值與裂紋傾斜角度標(biāo)定關(guān)系函數(shù)即可計(jì)算得出傾斜裂紋的傾斜角度，評(píng)估傾斜裂紋深度方向走向。
[0006]利用超聲電磁原理評(píng)估金屬裂紋走向與深度的裝置，進(jìn)一步的，采用陣列渦流檢測(cè)探頭替代所述組合探頭掃查裝置中的渦流檢測(cè)點(diǎn)探頭。利用超聲電磁原理評(píng)估金屬裂紋走向與深度的方法，進(jìn)一步的，在執(zhí)行步驟a、步驟b后，在步驟c中，當(dāng)陣列禍流檢測(cè)探頭剛好到達(dá)裂紋開口正上方時(shí)，裂紋渦流感應(yīng)信號(hào)幅度達(dá)到最大值，根據(jù)步驟a中得到的裂紋渦流感應(yīng)信號(hào)幅度、相位與裂紋深度標(biāo)定關(guān)系函數(shù)計(jì)算得出相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)人工裂紋的裂紋深度當(dāng)量；在步驟d中，進(jìn)一步的，采用陣列渦流檢測(cè)探頭判定被檢金屬材料裂紋的表面走向，當(dāng)被檢金屬材料裂紋的表面走向與組合探頭掃查裝置的掃查方向不垂直時(shí)，以陣列渦流檢測(cè)探頭中裂紋渦流感應(yīng)信號(hào)最大的陣元為圓心，旋轉(zhuǎn)組合探頭掃查裝置，使組合探頭掃查裝置掃查方向與被檢金屬材料裂紋的表面走向垂直，以獲得兩個(gè)超聲檢測(cè)斜探頭的最大超聲波裂紋回波信號(hào)。
[0007]利用超聲電磁原理評(píng)估金屬裂紋走向與深度的方法，進(jìn)一步的，在執(zhí)行步驟a、步驟b、步驟c后，在步驟d中，根據(jù)超聲檢測(cè)斜探頭的頻率和晶片面積計(jì)算得出超聲檢測(cè)斜探頭的擴(kuò)散角，再結(jié)合步驟a中得到的兩個(gè)超聲檢測(cè)斜探頭發(fā)射的超聲波遇到裂紋的回波信號(hào)時(shí)間值與裂紋傾斜角度標(biāo)定關(guān)系函數(shù)計(jì)算得出相對(duì)精確的裂紋的傾斜角度。
[0008]本發(fā)明的有益效果是，利用超聲電磁原理評(píng)估金屬裂紋走向與深度的裝置及方法，采用超聲與渦流組合檢測(cè)方法，設(shè)計(jì)采用一個(gè)渦流檢測(cè)點(diǎn)探頭和兩個(gè)超聲檢測(cè)斜探頭制作組合探頭掃查裝置，先用渦流方法定位金屬材料表面裂紋開口位置及評(píng)估裂紋深度當(dāng)量，而后用超聲方法評(píng)估裂紋深度方向走向及裂紋深度當(dāng)量，有效解決了至今無法實(shí)現(xiàn)的金屬材料裂紋走向及裂紋深度當(dāng)量快速評(píng)估難題。
[0009]以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明的利用超聲電磁原理評(píng)估金屬裂紋走向與深度的裝置及方法不局限于實(shí)施例。
【附圖說明】
[0010]下面結(jié)合附圖中實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0011]圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例的組合掃查探頭裝置示意圖。
[0012]圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例的金屬材料垂直向下裂紋檢測(cè)示意圖。
[0013]圖3是本發(fā)明第一實(shí)施例的金屬材料垂直向下裂紋檢測(cè)過程中裂紋渦流感應(yīng)信號(hào)和兩個(gè)超聲波遇到垂直向下裂紋的回波信號(hào)示意圖。
[0014]圖4是本發(fā)明第一實(shí)施例的金屬材料傾斜裂紋檢測(cè)示意圖。
[0015]圖5是本發(fā)明第一實(shí)施例的金屬材料傾斜裂紋檢測(cè)過程中裂紋渦流感應(yīng)信號(hào)和兩個(gè)超聲波遇到傾斜裂紋的回波信號(hào)示意圖。
[0016]圖6是本發(fā)明第二實(shí)施例的金屬材料裂紋的表面走向判定及組合探頭掃查裝置方向調(diào)整示意圖。
[0017]圖中，Ul.入射角為固定值的超聲檢測(cè)斜探頭，U2.入射角為固定值的超聲檢測(cè)斜探頭，E.渦流檢測(cè)點(diǎn)探頭，1.被檢金屬材料，Cl.垂直向下裂紋，C2.傾斜裂紋，Θ.超聲檢測(cè)斜探頭入射角，Ev.裂紋渦流感應(yīng)信號(hào)幅度，裂紋渦流感應(yīng)信號(hào)幅度達(dá)到最大值的時(shí)間值，超聲波遇到裂紋的回波信號(hào)時(shí)間值，t2.超聲波遇到裂紋的回波信號(hào)時(shí)間值，AE.陣列渦流檢測(cè)探頭，Ul'.入射角為可變的超聲檢測(cè)斜探頭，U2'.入射角為可變的超聲檢測(cè)斜探頭。
【具體實(shí)施方式】
[0018]第一實(shí)施例，如圖1所示，利用超聲電磁原理評(píng)估金屬裂紋走向與深度的裝置，采用一個(gè)渦流檢測(cè)點(diǎn)探頭E和兩個(gè)超聲檢測(cè)斜探頭Ul、U2制作組合探頭掃查裝置，所述兩個(gè)超聲檢測(cè)斜探頭U1、U2的入射角Θ、頻率、材料、形狀相同，入射角Θ為固定值，兩個(gè)超聲檢測(cè)斜探頭U1、U2鏡像對(duì)稱固定，以使兩個(gè)超聲檢測(cè)斜探頭U1、U2發(fā)射的超聲波鏡像對(duì)稱、相交；所述渦流檢測(cè)點(diǎn)探頭E，置于兩個(gè)超聲檢測(cè)斜探頭Ul、U2的正中間。
[0019]第一實(shí)施例，如圖2、圖3、圖4、圖5所示，利用超聲電磁原理評(píng)估金屬裂紋走向與深度的方法，采用超聲與渦流組合檢測(cè)方法，先用渦流方法定位金屬材料表面裂紋開口位置及評(píng)估裂紋深度當(dāng)量，而后用超聲方法評(píng)估裂紋深度方向走向，所述方法包括如下步驟，
a.采用加工有不同深度和不同傾斜角度的標(biāo)準(zhǔn)人工裂紋的對(duì)比試塊對(duì)組合探頭掃查裝置中的渦流檢測(cè)點(diǎn)探頭E和超聲檢測(cè)斜探頭Ul、U2進(jìn)行裂紋深度方向走向和裂紋深度當(dāng)量標(biāo)定，