一種用于金屬薄板殘余應(yīng)力分布檢測(cè)的超聲泄漏縱波傳感裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于金屬薄板殘余應(yīng)力分布檢測(cè)的超聲泄漏縱波傳感裝置，主要針對(duì)傳統(tǒng)超聲殘余應(yīng)力檢測(cè)中，被檢測(cè)件為金屬薄板、超薄板時(shí)，產(chǎn)生的測(cè)量誤差較大、精度差的問(wèn)題，提出了一種采用雙折射辦法激勵(lì)臨界折射縱波信號(hào)從而進(jìn)行針對(duì)金屬薄板、超薄板表面殘余應(yīng)力分布情況的定量檢測(cè)裝置。該裝置不僅能夠縮短超聲換能器的間距尺寸，同時(shí)減小了由于測(cè)量區(qū)間過(guò)長(zhǎng)在測(cè)量深度方向上產(chǎn)生的尺寸效應(yīng)，提高了超聲法應(yīng)力測(cè)量針對(duì)金屬薄板、超薄板殘余應(yīng)力測(cè)量的測(cè)量精度，減小了測(cè)量誤差，可廣泛應(yīng)用于超聲波無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域。
【專利說(shuō)明】一種用于金屬薄板殘余應(yīng)力分布檢測(cè)的超聲泄漏縱波傳感裝置
一、【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種用于金屬薄板殘余應(yīng)力分布檢測(cè)的超聲泄漏縱波傳感裝置。該裝置體積小巧、制作工藝簡(jiǎn)單、方便使用，可實(shí)現(xiàn)金屬表面應(yīng)力及殘余應(yīng)力的在線檢測(cè)及抽檢等任務(wù)，解決了傳統(tǒng)殘余應(yīng)力檢測(cè)裝置無(wú)法對(duì)薄金屬板、超薄金屬板的表面殘余應(yīng)力進(jìn)行檢測(cè)的問(wèn)題，測(cè)量結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠，可廣泛應(yīng)用于金屬薄板表面應(yīng)力及殘余應(yīng)力的檢測(cè)場(chǎng)合中。
二、【背景技術(shù)】
[0002]殘余應(yīng)力是金屬零件在加工過(guò)程中或者加工后的表面處理過(guò)程中，由于受到不均勻的應(yīng)力場(chǎng)、溫度場(chǎng)和組織變化等保留在零件內(nèi)部的應(yīng)力。這種力對(duì)機(jī)械零部件的可靠性與穩(wěn)定性有很大的影響，特別是對(duì)零部件的尺寸穩(wěn)定性、抗腐蝕能力以及疲勞壽命影響很大。殘余應(yīng)力還會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力集中進(jìn)而形成零件早期裂紋，影響機(jī)械結(jié)構(gòu)的使用壽命及使用安全。
[0003]殘余應(yīng)力檢測(cè)方法目前主要有物理法與無(wú)損檢測(cè)法兩大類。其中，物理法主要是小孔法等一系列對(duì)零件表面進(jìn)行破壞的檢測(cè)方法，該種方法只適合抽檢，無(wú)法對(duì)所有機(jī)械零部件的表面殘余應(yīng)力進(jìn)行檢測(cè)；無(wú)損檢測(cè)法主要分為X射線衍射法、磁粉法、中子衍射法等，由于這些方法會(huì)對(duì)人身體造成一定量的傷害并且操作復(fù)雜。因此，超聲殘余應(yīng)力檢測(cè)方法作為無(wú)損檢測(cè)法的一種，檢測(cè)效率高，結(jié)果準(zhǔn)確可靠，操作簡(jiǎn)單并對(duì)人體不會(huì)造成傷害，較之傳統(tǒng)殘余應(yīng)力檢測(cè)辦法優(yōu)勢(shì)明顯。
[0004]由于國(guó)防、民用裝備輕量化的要求，大量的零件設(shè)備需要采用體積更小，強(qiáng)度更高的薄板類零部件進(jìn)行加工和制造。傳統(tǒng)的X射線應(yīng)力檢測(cè)法由于測(cè)量時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，對(duì)被測(cè)表面質(zhì)量要求高，無(wú)法滿足大規(guī)模、集成化的成型產(chǎn)品無(wú)損檢測(cè)任務(wù)。且受限于X射線激勵(lì)裝置的體積和安全性限制，也無(wú)法在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)得到廣泛的應(yīng)用。相比而言，金屬薄板的超聲殘余應(yīng)力檢測(cè)既可以實(shí)現(xiàn)規(guī)模化，例如配合多通道數(shù)據(jù)采集卡協(xié)同工作，可以實(shí)現(xiàn)多路測(cè)量，極大地提高了金屬薄板零部件的殘余應(yīng)力測(cè)量效率；另一方面，超聲法安全無(wú)害，便攜耐用，非常適合環(huán)境復(fù)雜、高壓、高頻，溫度變化劇烈的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)以及野外環(huán)境作業(yè)。
[0005]傳統(tǒng)的金屬表面殘余應(yīng)力超聲檢測(cè)方法主要利用臨界折射縱波在金屬構(gòu)件表面?zhèn)鞑r(shí)間的變化量來(lái)間接計(jì)算應(yīng)力值大小。由于受到傳感器尺寸及形狀限制，無(wú)法對(duì)薄板、超薄板表面殘余應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。目前，我國(guó)常見(jiàn)的超聲殘余應(yīng)力檢測(cè)裝置，例如:焊接結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力超聲波無(wú)損測(cè)量裝置及方法(200810064963.2)等，并沒(méi)有給出是否可對(duì)薄板甚至超薄板的表面殘余應(yīng)力檢測(cè)，并且現(xiàn)有方法主要利用一次折射產(chǎn)生的臨界折射縱波來(lái)對(duì)金屬表面殘余應(yīng)力進(jìn)行檢測(cè)，這種方法會(huì)造成檢測(cè)元件形狀過(guò)大，尺寸效應(yīng)明顯，測(cè)量誤差大并容易受環(huán)境溫度影響等問(wèn)題。鑒于以上現(xiàn)實(shí)需求和目前存在的基本問(wèn)題，本人提出一種基于泄露縱波方法的金屬表面殘余應(yīng)力檢測(cè)裝置。
[0006]經(jīng)過(guò)查詢專利檢索與服務(wù)系統(tǒng)，并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)類似的公開(kāi)的論文和發(fā)明專利或?qū)Ｓ屑夹g(shù)。
三、
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種用于金屬薄板殘余應(yīng)力分布檢測(cè)的超聲泄漏縱波傳感裝置，主要針對(duì)傳統(tǒng)平板殘余應(yīng)力檢測(cè)裝置無(wú)法對(duì)薄板、超薄板表面殘余應(yīng)力檢測(cè)問(wèn)問(wèn)題，通過(guò)二次折射產(chǎn)生表面泄露縱波的辦法對(duì)薄板、超薄板的表面殘余應(yīng)力進(jìn)行檢測(cè)。與此同時(shí)，本發(fā)明減小了檢測(cè)裝置的尺寸，使得在測(cè)量方向上由于有機(jī)玻璃楔塊尺寸過(guò)大造成的臨界折射縱波與底面回波混疊的問(wèn)題得以解決，保證在對(duì)特殊板材檢測(cè)時(shí)表面殘余應(yīng)力的測(cè)量精度，具有廣泛的適用性。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0009]一種用于金屬薄板殘余應(yīng)力分布檢測(cè)的超聲泄漏縱波傳感裝置，在有機(jī)玻璃底部切出底角為9°的等腰三角形貫通槽，有機(jī)玻璃頂面對(duì)稱開(kāi)設(shè)兩密封腔，內(nèi)裝超聲縱波換能器并填充滿耦合劑。使用時(shí)，將有機(jī)玻璃楔塊放置于被測(cè)金屬表面，將三角形貫通槽內(nèi)部填充滿耦合劑，通過(guò)超聲縱波換能器產(chǎn)生縱波信號(hào)并在其傳播過(guò)程中在有機(jī)玻璃與耦合劑層中產(chǎn)生二次折射，在被測(cè)金屬表面產(chǎn)生臨界折射縱波，從而實(shí)現(xiàn)超聲應(yīng)力檢測(cè)。
四、【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖
[0011]圖2是本發(fā)明的3D結(jié)構(gòu)示意圖
[0012]附圖標(biāo)記說(shuō)明如下:
[0013]圖1:被測(cè)母材1、有機(jī)玻璃2、密封腔3、超聲縱波換能器4、耦合劑5。
五、【具體實(shí)施方式】
[0014]下面對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明:
[0015]圖1中，在有機(jī)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(jī)玻璃2頂部對(duì)稱開(kāi)設(shè)的密封腔3中并填充滿耦合劑5，將組裝好的測(cè)量裝置放置于被測(cè)母材I上，在等腰三角形貫通槽中填充滿耦合劑5，通過(guò)軟件分時(shí)激勵(lì)超聲縱波換能器4從而激勵(lì)出縱波信號(hào)，該信號(hào)先后通過(guò)有機(jī)玻璃2與耦合劑5，經(jīng)過(guò)兩次折射并在被測(cè)母材I上產(chǎn)生臨界折射縱波信號(hào)，從而進(jìn)行應(yīng)力測(cè)量。該種方法有效縮短了換能器之間的距離，可以提高測(cè)量精度，減小測(cè)量誤差同時(shí)主要能夠針對(duì)薄板、超薄板的表面應(yīng)力值大小進(jìn)行測(cè)量，具有廣泛的應(yīng)用前景。
【權(quán)利要求】
1.一種用于金屬薄板殘余應(yīng)力分布檢測(cè)的超聲泄漏縱波傳感裝置，其有機(jī)玻璃部分特征在于:有機(jī)玻璃頂面開(kāi)設(shè)有密封腔，可以旋入超聲換能器并且能在換能器周圍均勻填充耦合劑；其底面對(duì)稱開(kāi)設(shè)有底角為0°的等腰三角形貫通槽，槽內(nèi)填充滿耦合劑。此有機(jī)玻璃外觀形狀不僅限于長(zhǎng)方體，任何例如圓柱形、方形的有機(jī)玻璃外觀形狀均在本權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)玻璃底面開(kāi)設(shè)有底角為0°的等腰三角形貫通槽，其角度遵照Snell定律進(jìn)行確定，激勵(lì)的超聲縱波先后穿過(guò)有機(jī)玻璃與耦合劑層兩層介質(zhì)進(jìn)行波形轉(zhuǎn)換，最終在被測(cè)母材表面激勵(lì)出臨界折射縱波。其結(jié)構(gòu)形式不僅限于等腰三角形形式，例如滿足Snell定律設(shè)計(jì)的圓錐結(jié)構(gòu)、圓形凸臺(tái)類結(jié)構(gòu)也在本權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)玻璃頂面開(kāi)設(shè)的密封腔，其目的是固定超聲縱波換能器的物理位置，其固定方法不僅限于螺紋鎖緊，任何粘接、過(guò)盈配合的類似孔軸鎖緊結(jié)構(gòu)也在本權(quán)利保護(hù)范圍之內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的貫通槽內(nèi)填充耦合劑，其不僅限于液態(tài)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(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
【文檔編號(hào)】G01L1/25GK103616102SQ201310662035
【公開(kāi)日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月9日
【發(fā)明者】徐春廣, 李驍, 潘勤學(xué), 宋文濤, 靳鑫, 劉海洋 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)