一種用於金屬薄板殘餘應力分布檢測的超聲洩漏縱波傳感裝置製造方法
2023-05-19 06:10:11
一種用於金屬薄板殘餘應力分布檢測的超聲洩漏縱波傳感裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於金屬薄板殘餘應力分布檢測的超聲洩漏縱波傳感裝置，主要針對傳統超聲殘餘應力檢測中，被檢測件為金屬薄板、超薄板時，產生的測量誤差較大、精度差的問題，提出了一種採用雙折射辦法激勵臨界折射縱波信號從而進行針對金屬薄板、超薄板表面殘餘應力分布情況的定量檢測裝置。該裝置不僅能夠縮短超聲換能器的間距尺寸，同時減小了由於測量區間過長在測量深度方向上產生的尺寸效應，提高了超聲法應力測量針對金屬薄板、超薄板殘餘應力測量的測量精度，減小了測量誤差，可廣泛應用於超聲波無損檢測領域。
【專利說明】一種用於金屬薄板殘餘應力分布檢測的超聲洩漏縱波傳感裝置
一、【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種用於金屬薄板殘餘應力分布檢測的超聲洩漏縱波傳感裝置。該裝置體積小巧、製作工藝簡單、方便使用，可實現金屬表面應力及殘餘應力的在線檢測及抽檢等任務，解決了傳統殘餘應力檢測裝置無法對薄金屬板、超薄金屬板的表面殘餘應力進行檢測的問題，測量結果更加準確可靠，可廣泛應用於金屬薄板表面應力及殘餘應力的檢測場合中。
二、【背景技術】
[0002]殘餘應力是金屬零件在加工過程中或者加工後的表面處理過程中，由於受到不均勻的應力場、溫度場和組織變化等保留在零件內部的應力。這種力對機械零部件的可靠性與穩定性有很大的影響，特別是對零部件的尺寸穩定性、抗腐蝕能力以及疲勞壽命影響很大。殘餘應力還會導致應力集中進而形成零件早期裂紋，影響機械結構的使用壽命及使用安全。
[0003]殘餘應力檢測方法目前主要有物理法與無損檢測法兩大類。其中，物理法主要是小孔法等一系列對零件表面進行破壞的檢測方法，該種方法只適合抽檢，無法對所有機械零部件的表面殘餘應力進行檢測；無損檢測法主要分為X射線衍射法、磁粉法、中子衍射法等，由於這些方法會對人身體造成一定量的傷害並且操作複雜。因此，超聲殘餘應力檢測方法作為無損檢測法的一種，檢測效率高，結果準確可靠，操作簡單並對人體不會造成傷害，較之傳統殘餘應力檢測辦法優勢明顯。
[0004]由於國防、民用裝備輕量化的要求，大量的零件設備需要採用體積更小，強度更高的薄板類零部件進行加工和製造。傳統的X射線應力檢測法由於測量時間過長，對被測表面質量要求高，無法滿足大規模、集成化的成型產品無損檢測任務。且受限於X射線激勵裝置的體積和安全性限制，也無法在工業現場得到廣泛的應用。相比而言，金屬薄板的超聲殘餘應力檢測既可以實現規模化，例如配合多通道數據採集卡協同工作，可以實現多路測量，極大地提高了金屬薄板零部件的殘餘應力測量效率；另一方面，超聲法安全無害，便攜耐用，非常適合環境複雜、高壓、高頻，溫度變化劇烈的工業現場以及野外環境作業。
[0005]傳統的金屬表面殘餘應力超聲檢測方法主要利用臨界折射縱波在金屬構件表面傳播時間的變化量來間接計算應力值大小。由於受到傳感器尺寸及形狀限制，無法對薄板、超薄板表面殘餘應力狀態進行檢測。目前，我國常見的超聲殘餘應力檢測裝置，例如:焊接結構殘餘應力超聲波無損測量裝置及方法(200810064963.2)等，並沒有給出是否可對薄板甚至超薄板的表面殘餘應力檢測，並且現有方法主要利用一次折射產生的臨界折射縱波來對金屬表面殘餘應力進行檢測，這種方法會造成檢測元件形狀過大，尺寸效應明顯，測量誤差大並容易受環境溫度影響等問題。鑑於以上現實需求和目前存在的基本問題，本人提出一種基於洩露縱波方法的金屬表面殘餘應力檢測裝置。
[0006]經過查詢專利檢索與服務系統，並沒有發現類似的公開的論文和發明專利或專有技術。
三、
【發明內容】
[0007]本發明的目的是提供一種用於金屬薄板殘餘應力分布檢測的超聲洩漏縱波傳感裝置，主要針對傳統平板殘餘應力檢測裝置無法對薄板、超薄板表面殘餘應力檢測問問題，通過二次折射產生表面洩露縱波的辦法對薄板、超薄板的表面殘餘應力進行檢測。與此同時，本發明減小了檢測裝置的尺寸，使得在測量方向上由於有機玻璃楔塊尺寸過大造成的臨界折射縱波與底面回波混疊的問題得以解決，保證在對特殊板材檢測時表面殘餘應力的測量精度，具有廣泛的適用性。
[0008]本發明的技術方案是:
[0009]一種用於金屬薄板殘餘應力分布檢測的超聲洩漏縱波傳感裝置，在有機玻璃底部切出底角為9°的等腰三角形貫通槽，有機玻璃頂面對稱開設兩密封腔，內裝超聲縱波換能器並填充滿耦合劑。使用時，將有機玻璃楔塊放置於被測金屬表面，將三角形貫通槽內部填充滿耦合劑，通過超聲縱波換能器產生縱波信號並在其傳播過程中在有機玻璃與耦合劑層中產生二次折射，在被測金屬表面產生臨界折射縱波，從而實現超聲應力檢測。
四、【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1是本發明的結構示意圖
[0011]圖2是本發明的3D結構示意圖
[0012]附圖標記說明如下:
[0013]圖1:被測母材1、有機玻璃2、密封腔3、超聲縱波換能器4、耦合劑5。
五、【具體實施方式】
[0014]下面對本發明的【具體實施方式】進行詳細說明:
[0015]圖1中，在有機玻璃2底部切出底角為0 °的等腰三角形貫通槽，將超聲縱波換能器4擰入有機玻璃2頂部對稱開設的密封腔3中並填充滿耦合劑5，將組裝好的測量裝置放置於被測母材I上，在等腰三角形貫通槽中填充滿耦合劑5，通過軟體分時激勵超聲縱波換能器4從而激勵出縱波信號，該信號先後通過有機玻璃2與耦合劑5，經過兩次折射並在被測母材I上產生臨界折射縱波信號，從而進行應力測量。該種方法有效縮短了換能器之間的距離，可以提高測量精度，減小測量誤差同時主要能夠針對薄板、超薄板的表面應力值大小進行測量，具有廣泛的應用前景。
【權利要求】
1.一種用於金屬薄板殘餘應力分布檢測的超聲洩漏縱波傳感裝置，其有機玻璃部分特徵在於:有機玻璃頂面開設有密封腔，可以旋入超聲換能器並且能在換能器周圍均勻填充耦合劑；其底面對稱開設有底角為0°的等腰三角形貫通槽，槽內填充滿耦合劑。此有機玻璃外觀形狀不僅限於長方體，任何例如圓柱形、方形的有機玻璃外觀形狀均在本權利要求保護範圍之內。
2.根據權利要求1所述的有機玻璃底面開設有底角為0°的等腰三角形貫通槽，其角度遵照Snell定律進行確定，激勵的超聲縱波先後穿過有機玻璃與耦合劑層兩層介質進行波形轉換，最終在被測母材表面激勵出臨界折射縱波。其結構形式不僅限於等腰三角形形式，例如滿足Snell定律設計的圓錐結構、圓形凸臺類結構也在本權利要求保護範圍之內。
3.根據權利要求1所述的有機玻璃頂面開設的密封腔，其目的是固定超聲縱波換能器的物理位置，其固定方法不僅限於螺紋鎖緊，任何粘接、過盈配合的類似孔軸鎖緊結構也在本權利保護範圍之內。
4.根據權利要求1中所述的貫通槽內填充耦合劑，其不僅限於液態的耦合劑，任何能夠充分透聲的材料，例如透聲橡膠或其他耦合材料也在本權利要求保護範圍之內。
【文檔編號】G01L1/25GK103616102SQ201310662035
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月9日 優先權日:2013年12月9日
【發明者】徐春廣, 李驍, 潘勤學, 宋文濤, 靳鑫, 劉海洋 申請人:北京理工大學