利用超聲電磁原理評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方法，特別是涉及利用超聲電磁原理評估金屬裂紋走向與深度的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]檢測評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行、避免事故的首要方法，例如，鐵路鋼軌在使用過程中，會產(chǎn)生表面細小裂紋，細小裂紋在受到行駛列車擠壓的情況下會向鋼軌內(nèi)部發(fā)展擴大，當裂紋發(fā)展的一定程度時，就會影響到鋼軌的安全，極易發(fā)生鋼軌斷裂事故，其中傾斜裂紋尤為危險，不同的裂紋走向和深度，對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方法檢測金屬材料工件裂紋，其中，渦流檢測方法適用于金屬材料表面及近表面裂紋缺陷的快速檢測，但其無法評估裂紋的走向；超聲檢測方法大多適用于金屬材料內(nèi)部缺陷的檢測。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評估方法。

【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方法，設(shè)計超聲渦流組合探頭掃查裝置，實現(xiàn)快速評估金屬材料裂紋走向及裂紋深度當量。
[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估金屬裂紋走向與深度的裝置，采用一個渦流檢測點探頭和兩個超聲檢測斜探頭制作組合探頭掃查裝置，所述兩個超聲檢測斜探頭的入射角、頻率、材料、形狀相同，入射角為固定值，兩個超聲檢測斜探頭鏡像對稱固定，以使兩個超聲檢測斜探頭發(fā)射的超聲波鏡像對稱、相交；所述渦流檢測點探頭，置于兩個超聲檢測斜探頭的正中間。
[0005]利用超聲電磁原理評估金屬裂紋走向與深度的方法，采用超聲與渦流組合檢測方法，先用渦流方法定位金屬材料表面裂紋開口位置及評估裂紋深度當量，而后用超聲方法評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準人工裂紋的對比試塊對組合探頭掃查裝置中的渦流檢測點探頭和超聲檢測斜探頭進行裂紋深度方向走向和裂紋深度當量標定，得到渦流檢測點探頭的裂紋渦流感應(yīng)信號幅度相位與裂紋深度標定關(guān)系函數(shù)，得到兩個超聲檢測斜探頭發(fā)射的超聲波遇到裂紋的回波信號時間值與裂紋傾斜角度標定關(guān)系函數(shù)；所述對比試塊的材質(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面；兩個超聲檢測斜探頭連接超聲檢測儀，渦流檢測點探頭鏈接渦流檢測儀；
c.已恒定速度移動組合探頭掃查裝置，當渦流檢測點探頭探測范圍內(nèi)的金屬材料表面有裂紋時，渦流檢測點探頭產(chǎn)生裂紋渦流感應(yīng)信號，裂紋渦流感應(yīng)信號發(fā)送至渦流檢測儀；當渦流檢測點探頭剛好到達裂紋開口正上方時，裂紋渦流感應(yīng)信號幅度達到最大值，根據(jù)步驟a中得到的渦流檢測點探頭的裂紋渦流感應(yīng)信號幅度、相位與裂紋深度標定關(guān)系函數(shù)計算得出相對于標準人工裂紋的裂紋深度當量；
d.當裂紋渦流感應(yīng)信號幅度達到最大值時，渦流檢測儀同時發(fā)送觸發(fā)信號至超聲檢測儀及組合探頭掃查裝置，組合探頭掃查裝置接收到觸發(fā)信號的同時停止移動，超聲檢測儀接收到觸發(fā)信號的同時激勵兩個超聲檢測斜探頭發(fā)射超聲波；當兩個超聲檢測斜探頭發(fā)射的超聲波時間軸波形對稱時，即兩個超聲波遇到裂紋的回波信號時間值相同時，則說明該裂紋垂直向下；當兩個超聲檢測斜探頭發(fā)射的超聲波時間軸波形不對稱時，即兩個超聲波遇到裂紋的回波信號時間值不相同時，則說明該裂紋為傾斜裂紋，根據(jù)步驟a中得到的兩個超聲檢測斜探頭發(fā)射的超聲波遇到裂紋的回波信號時間值與裂紋傾斜角度標定關(guān)系函數(shù)即可計算得出傾斜裂紋的傾斜角度，評估傾斜裂紋深度方向走向。
[0006]利用超聲電磁原理評估金屬裂紋走向與深度的裝置，進一步的，采用陣列渦流檢測探頭替代所述組合探頭掃查裝置中的渦流檢測點探頭。利用超聲電磁原理評估金屬裂紋走向與深度的方法，進一步的，在執(zhí)行步驟a、步驟b后，在步驟c中，當陣列禍流檢測探頭剛好到達裂紋開口正上方時，裂紋渦流感應(yīng)信號幅度達到最大值，根據(jù)步驟a中得到的裂紋渦流感應(yīng)信號幅度、相位與裂紋深度標定關(guān)系函數(shù)計算得出相對于標準人工裂紋的裂紋深度當量；在步驟d中，進一步的，采用陣列渦流檢測探頭判定被檢金屬材料裂紋的表面走向，當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，以陣列渦流檢測探頭中裂紋渦流感應(yīng)信號最大的陣元為圓心，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，以獲得兩個超聲檢測斜探頭的最大超聲波裂紋回波信號。
[0007]利用超聲電磁原理評估金屬裂紋走向與深度的方法，進一步的，在執(zhí)行步驟a、步驟b、步驟c后，在步驟d中，根據(jù)超聲檢測斜探頭的頻率和晶片面積計算得出超聲檢測斜探頭的擴散角，再結(jié)合步驟a中得到的兩個超聲檢測斜探頭發(fā)射的超聲波遇到裂紋的回波信號時間值與裂紋傾斜角度標定關(guān)系函數(shù)計算得出相對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方法，設(shè)計采用一個渦流檢測點探頭和兩個超聲檢測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估裂紋深度當量，而后用超聲方法評估裂紋深度方向走向及裂紋深度當量，有效解決了至今無法實現(xiàn)的金屬材料裂紋走向及裂紋深度當量快速評估難題。
[0009]以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明，但本發(fā)明的利用超聲電磁原理評估金屬裂紋走向與深度的裝置及方法不局限于實施例。
【附圖說明】
[0010]下面結(jié)合附圖中實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0011]圖1是本發(fā)明第一實施例的組合掃查探頭裝置示意圖。
[0012]圖2是本發(fā)明第一實施例的金屬材料垂直向下裂紋檢測示意圖。
[0013]圖3是本發(fā)明第一實施例的金屬材料垂直向下裂紋檢測過程中裂紋渦流感應(yīng)信號和兩個超聲波遇到垂直向下裂紋的回波信號示意圖。
[0014]圖4是本發(fā)明第一實施例的金屬材料傾斜裂紋檢測示意圖。
[0015]圖5是本發(fā)明第一實施例的金屬材料傾斜裂紋檢測過程中裂紋渦流感應(yīng)信號和兩個超聲波遇到傾斜裂紋的回波信號示意圖。
[0016]圖6是本發(fā)明第二實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斜探頭，U2.入射角為固定值的超聲檢測斜探頭，E.渦流檢測點探頭，1.被檢金屬材料，Cl.垂直向下裂紋，C2.傾斜裂紋，Θ.超聲檢測斜探頭入射角，Ev.裂紋渦流感應(yīng)信號幅度，裂紋渦流感應(yīng)信號幅度達到最大值的時間值，超聲波遇到裂紋的回波信號時間值，t2.超聲波遇到裂紋的回波信號時間值，AE.陣列渦流檢測探頭，Ul'.入射角為可變的超聲檢測斜探頭，U2'.入射角為可變的超聲檢測斜探頭。
【具體實施方式】
[0018]第一實施例，如圖1所示，利用超聲電磁原理評估金屬裂紋走向與深度的裝置，采用一個渦流檢測點探頭E和兩個超聲檢測斜探頭Ul、U2制作組合探頭掃查裝置，所述兩個超聲檢測斜探頭U1、U2的入射角Θ、頻率、材料、形狀相同，入射角Θ為固定值，兩個超聲檢測斜探頭U1、U2鏡像對稱固定，以使兩個超聲檢測斜探頭U1、U2發(fā)射的超聲波鏡像對稱、相交；所述渦流檢測點探頭E，置于兩個超聲檢測斜探頭Ul、U2的正中間。
[0019]第一實施例，如圖2、圖3、圖4、圖5所示，利用超聲電磁原理評估金屬裂紋走向與深度的方法，采用超聲與渦流組合檢測方法，先用渦流方法定位金屬材料表面裂紋開口位置及評估裂紋深度當量，而后用超聲方法評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準人工裂紋的對比試塊對組合探頭掃查裝置中的渦流檢測點探頭E和超聲檢測斜探頭Ul、U2進行裂紋深度方向走向和裂紋深度當量標定，