超聲波應(yīng)力測(cè)量系統(tǒng)中超聲探頭的固定走行裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種超聲波應(yīng)力測(cè)量系統(tǒng)中超聲探頭的固定走行裝置，屬于殘余應(yīng)力 測(cè)試領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)工業(yè)處于高速發(fā)展的時(shí)期，大型結(jié)構(gòu)、石油管道、高速列車、航天航空、核電設(shè) 備等都要大量使用焊接，殘余應(yīng)力是焊接接頭破壞的主要原因，對(duì)殘余應(yīng)力的準(zhǔn)確檢測(cè)，是 解決殘余應(yīng)力問(wèn)題的前提。殘余應(yīng)力的檢測(cè)方法主要分為有損檢測(cè)和無(wú)損檢測(cè)兩種方式。 雖然有損法檢測(cè)殘余應(yīng)力的方法精度較高，但會(huì)對(duì)設(shè)備本身產(chǎn)生不可逆的破壞。因此，近幾 年來(lái)，無(wú)損檢測(cè)殘余應(yīng)力受到越來(lái)越多的關(guān)注。
[0003] 無(wú)損檢測(cè)殘余應(yīng)力的方法主要有中子衍射法、磁粉法、X射線衍射法和超聲波檢測(cè) 法。其中，超聲波檢測(cè)方法是利用材料的聲彈效應(yīng)（即施加在材料上的內(nèi)應(yīng)力變化引起超 聲波傳播速度的變化），通過(guò)準(zhǔn)確測(cè)定超聲波在構(gòu)件內(nèi)傳播速度的變化得出構(gòu)件的應(yīng)力分 布。與其它無(wú)損檢測(cè)方法相比，超聲波檢測(cè)法具有成本低、精度較高、測(cè)量的深度較大等優(yōu) 點(diǎn)。尤其是，超聲波檢測(cè)法可以在設(shè)備服役的狀態(tài)下對(duì)殘余應(yīng)力的分布進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)評(píng)估疲 勞壽命有重大意義。
[0004] 因超聲波在材料中傳播速度受超聲波的波型、探頭和材料之間的耦合狀態(tài)（主要 耦合劑量和耦合壓力）、材料組織等影響較大，所以在對(duì)構(gòu)件殘余應(yīng)力進(jìn)行超聲波檢測(cè)之 前，需要先做標(biāo)定試驗(yàn)。在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，需保證超聲波探頭與待測(cè)構(gòu)件之間的耦合狀態(tài)與標(biāo) 定所用的耦合狀態(tài)相同。目前，多是直接通過(guò)手扶或簡(jiǎn)單固定方式地將超聲波探頭固定在 待測(cè)構(gòu)件表面，進(jìn)行超聲波檢測(cè)；無(wú)法精確控制探頭與待測(cè)構(gòu)件之間的耦合狀態(tài)，也即無(wú)法 保證探頭與待測(cè)構(gòu)件之間的耦合狀態(tài)與標(biāo)定時(shí)所用的一致；從而導(dǎo)致較大的測(cè)量誤差，影 響超聲波檢測(cè)法的精度。因此，亟需一種測(cè)試時(shí)可以保證超聲波探頭與待測(cè)構(gòu)件表面的耦 合狀態(tài)穩(wěn)定，且與標(biāo)定時(shí)保持高度一致的固定超聲波探頭的裝置，以減少由于耦合狀態(tài)不 同導(dǎo)致的測(cè)量誤差，提高超聲波檢測(cè)法的測(cè)量精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種超聲波應(yīng)力測(cè)量系統(tǒng)中超聲探頭的固定走行裝置。該裝 置可準(zhǔn)確地將超聲探頭定位至需要測(cè)量的位置，保證超聲探頭與待測(cè)構(gòu)件之間的耦合劑量 和耦合壓力和標(biāo)定時(shí)所用的耦合劑量和耦合壓力保持一致，大大提高了超聲波檢測(cè)法的測(cè) 量精度。且該裝置操作簡(jiǎn)單，成本低廉，有利于工業(yè)上的大量應(yīng)用。
[0006] 本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的所采取的技術(shù)方案是：一種超聲波應(yīng)力測(cè)量系統(tǒng)中超聲探 頭的固定走行裝置，包括：
[0007] 截面呈"門"字形的軌道架，軌道架沿長(zhǎng)度方向的相對(duì)兩側(cè)面上均設(shè)有水平的通 槽，且兩個(gè)水平的通槽位于同一水平面；通槽的上方沿水平方向設(shè)有一排錐形螺栓孔，與所 述錐形螺栓孔配合的錐形螺栓的最大直徑大于錐形螺栓孔的最大直徑；構(gòu)成錐形螺栓孔的 材料、錐形螺栓孔與通槽之間以及通槽下方均為彈性材料；
[0008] 固定于軌道架沿長(zhǎng)度方向的兩端的固定吸盤；
[0009] 位于軌道架內(nèi)的探頭固定楔塊，探頭固定楔塊上設(shè)有穿過(guò)軌道架的兩個(gè)水平的通 槽、可在水平通槽中滑動(dòng)的滑行手柄；
[0010] 固定于探頭固定楔塊的左上部、與豎直方向呈預(yù)定角度的探頭固定腔一；
[0011] 固定于探頭固定楔塊的右上部、相對(duì)于豎直方向與探頭固定腔一對(duì)稱的探頭固定 腔二；
[0012] 由監(jiān)控指示燈和固定于探頭固定楔塊的底部的壓力傳感器、電阻傳感器組成的耦 合監(jiān)測(cè)器；所述壓力傳感器和電阻傳感器的輸出端與監(jiān)控指示燈電連接。
[0013] 本發(fā)明的工作原理及使用方法是：
[0014] 在待測(cè)構(gòu)件的待測(cè)試區(qū)域處均勻涂抹上耦合劑。將超聲發(fā)射探頭和超聲接收探頭 分別安裝于探頭固定腔一和探頭固定腔二中。然后，將探頭固定楔塊置于軌道架內(nèi)，使探頭 固定楔塊的兩個(gè)滑行手柄分別穿過(guò)兩個(gè)水平通槽。
[0015] 通過(guò)固定于軌道架兩端的固定吸盤，將軌道架、位于其中的探頭固定楔塊、安裝 于探頭固定腔一和探頭固定腔二的超聲發(fā)射探頭和超聲接收探頭固定于待測(cè)構(gòu)件的表面 (沿焊縫長(zhǎng)度固定）。
[0016] 手動(dòng)調(diào)整滑行手柄，使其在軌道架的水平通槽中滑動(dòng)，將探頭固定楔塊滑行至需 要測(cè)試殘余應(yīng)力的區(qū)域，使超聲發(fā)射探頭和超聲接收探頭精確對(duì)準(zhǔn)測(cè)試區(qū)域。由于構(gòu)成錐 形螺栓孔的材料、錐形螺栓孔與通槽之間為彈性材料，將錐形螺栓逐漸擰入水平通槽上方 的錐形螺栓孔，即可使水平通槽的上表面壓緊通槽中的滑行手柄，從而固定探頭固定楔塊。
[0017] 固定于探頭固定楔塊下方的壓力傳感器可測(cè)量探頭固定楔塊與測(cè)試表面的壓力， 電阻傳感器測(cè)量探頭固定楔塊與測(cè)試表面之間的耦合劑的劑量。當(dāng)壓力傳感器和電阻傳感 器測(cè)得的耦合壓力和耦合劑劑量與標(biāo)定時(shí)的耦合壓力和耦合劑劑量均相同時(shí)，則監(jiān)控指示 燈變綠，可開(kāi)始測(cè)量；否則，監(jiān)控指示燈為紅色。由于構(gòu)成錐形螺栓孔的材料、錐形螺栓孔與 通槽之間以及通槽下方均為彈性材料，通過(guò)調(diào)整軌道架的通槽上方錐形螺栓擰入錐形螺栓 孔的深淺，即可調(diào)節(jié)滑行手柄在垂直方向的位置，也即探頭固定楔塊在垂直方向的位置從 而調(diào)節(jié)了探頭固定楔塊與待測(cè)構(gòu)件表面的耦合狀態(tài)。當(dāng)調(diào)節(jié)至監(jiān)控指示燈變?yōu)榫G色，即可 開(kāi)始?xì)堄鄳?yīng)力的測(cè)試。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0019] 一、通過(guò)手動(dòng)調(diào)整探頭固定楔塊的滑行手柄在軌道架的水平通槽中的位置，即可 調(diào)整探頭固定楔塊在待測(cè)材料表面的位置；通過(guò)水平通槽上方的錐形螺栓擰入錐形螺栓孔 的深度，即可將固定探頭固定楔塊固定在需要測(cè)試殘余應(yīng)力的區(qū)域，實(shí)現(xiàn)測(cè)試點(diǎn)位置的精 確定位。
[0020] 二、耦合監(jiān)測(cè)器的壓力傳感器和電阻傳感器可監(jiān)測(cè)探頭固定楔塊與測(cè)試表面的壓 力和耦合劑劑量，并通過(guò)監(jiān)控指示燈的顯示，可迅速判斷耦合狀態(tài)；通過(guò)調(diào)節(jié)錐形螺栓擰 入錐形螺栓孔的深度調(diào)節(jié)耦合劑的劑量和壓力，保證進(jìn)行殘余應(yīng)力測(cè)試時(shí)超聲探頭與測(cè)試 表面的耦合狀態(tài)與標(biāo)定時(shí)所用的耦合狀態(tài)相同，降低耦合狀態(tài)對(duì)超聲波系統(tǒng)應(yīng)力測(cè)量的影 響，大大提高了超聲波檢測(cè)法的測(cè)量精度。
[0021] 三、通過(guò)吸盤的固定、探頭固定楔塊的滑行手柄和軌道架上的水平通槽配合，水平 通槽上方的錐形螺栓與錐形螺栓孔的配合，即可實(shí)現(xiàn)超聲探頭的固定；通過(guò)軌道架上錐形 螺栓與錐形螺栓孔的配合，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)耦合狀態(tài)的精確調(diào)整，操作過(guò)程簡(jiǎn)單，裝置成本低 廉，有利于工業(yè)上的大量應(yīng)用。
[0022] 進(jìn)一步，本發(fā)明所述的構(gòu)成走形軌道的兩個(gè)通槽邊緣設(shè)置有刻度。
[0023] 采用帶有刻度軌道式走行裝置可以保證定位到每次所需要測(cè)量的位置，實(shí)現(xiàn)高精 度定位測(cè)試。
[0024] 進(jìn)一步，本發(fā)明所述的探頭固定楔塊的材料為有機(jī)玻璃、石英玻璃或聚苯乙烯。
[0025] 這幾種材料易于加工，作為探頭固定楔塊，可保證超聲波在傳播過(guò)程中衰減較小， 傳播方向不受影響。
[0026] 進(jìn)一步，本發(fā)明所述的探頭固定腔一固定于探頭固定楔塊的左上部的具體方式 是：所述探頭固定腔一全部或部分內(nèi)嵌固定于探頭固定楔塊的左上區(qū)域。
[0027] 又進(jìn)一步，本發(fā)明所述的探頭固定腔二固定于探頭固定楔塊的右上部的具體方式 是：所述探頭固定腔二全部或部分內(nèi)嵌固定于探頭固定楔塊的右上區(qū)域。
[0028] 這樣的固定方式簡(jiǎn)單牢固，保證探頭固定腔的穩(wěn)定角度，從而保證在測(cè)試時(shí)超聲 探頭的穩(wěn)定角度，保證了測(cè)量的精確性。
[0029] 進(jìn)一步，本發(fā)明所述的探頭固定腔一與豎直方向呈25-35°的預(yù)定角度。
[0030] 探頭固定腔與豎直方向的角度決定了超聲探頭與材料表面的角度；當(dāng)超聲探頭與 材料表面的角度為第一臨界角（材料性能和超聲波頻率決定）時(shí)，發(fā)射的超聲波到達(dá)測(cè)試 材料的表面時(shí)折射出的縱波能夠平行于材料表面?zhèn)鞑ィM(jìn)而利用平行材料表面的縱波對(duì)材 料進(jìn)行殘余應(yīng)力的測(cè)試。根據(jù)實(shí)驗(yàn)推算，25-35°的預(yù)定角度可適應(yīng)需要進(jìn)行焊接后的殘余 應(yīng)力測(cè)試的大部分材料。
[0031] 進(jìn)一步，本發(fā)明所述的探頭固定腔一和探頭固定腔二的具體結(jié)構(gòu)是：探頭固定腔 一和探頭固定腔