一種微裂紋無損檢測裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種微裂紋超聲-聲發(fā)射無損檢測裝置,涉及用超聲波發(fā)射裝置產(chǎn)生激勵源,再由聲發(fā)射技術(shù)檢測構(gòu)件中的微裂紋損傷,即:用超聲波發(fā)射裝置在構(gòu)件表面發(fā)出激勵源,用聲發(fā)射采集處理系統(tǒng)對信號進(jìn)行采集、放大并進(jìn)行處理分析,得出信號的非線性特征參數(shù),從而判斷被測構(gòu)件是否存在微裂紋損傷及損傷的程度。所用裝置包括超聲波發(fā)射裝置、聲發(fā)射傳感器、前置放大器和聲發(fā)射采集分析系統(tǒng)。本實(shí)用新型將超聲波技術(shù)與聲發(fā)射技術(shù)結(jié)合,構(gòu)件了一種具有靜態(tài)缺陷檢測和動態(tài)缺陷檢測功能的無損檢測系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)構(gòu)件微裂紋檢測,并快速對構(gòu)件進(jìn)行整體評價(jià),克服了現(xiàn)有聲發(fā)射裝置無法檢測靜態(tài)缺陷及超聲波裝置檢測效率低、難以捕捉微小裂紋的不足。
【專利說明】—種微裂紋無損檢測裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及無損檢測【技術(shù)領(lǐng)域】,特別涉及一種微裂紋無損檢測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]國民經(jīng)濟(jì)重要行業(yè)(如工程機(jī)械、船舶、核電、航空航天等)中的高端機(jī)械裝備零部件,其一次退役后還具有很大的利用價(jià)值,因此其再制造引起了人們的極大關(guān)注。再制造是以產(chǎn)品全壽命周期理論為指導(dǎo),以廢舊產(chǎn)品性能實(shí)現(xiàn)跨越式提升為目標(biāo),以優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、節(jié)材、環(huán)保為準(zhǔn)則,以先進(jìn)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)為手段,來修復(fù)、改造廢舊產(chǎn)品的一系列技術(shù)措施或工程活動的總稱。再制造毛坯(廢舊零件)經(jīng)歷過一次或多次的服役周期后,其結(jié)構(gòu)中會出現(xiàn)一定的損傷或缺陷,成為影響其使用壽命和安全的關(guān)鍵要素。
[0003]因此對再制造毛坯的應(yīng)力狀態(tài)、損傷程度進(jìn)行評估,是其再制造加工前要解決的關(guān)鍵問題。目前對再制造毛坯的檢測流程是人工初步篩選-清洗-常規(guī)無損檢測,但人工篩選過程存在大量漏檢現(xiàn)象,對漏檢構(gòu)件先清洗后檢測的流程非常耗費(fèi)人力物力;常規(guī)無損檢測主要采用超聲波裝置進(jìn)行檢測,但超聲波裝置對被檢測構(gòu)件中存在的微裂紋不敏感。由于大多數(shù)再制造構(gòu)件服役條件極其復(fù)雜,且當(dāng)再制造構(gòu)件運(yùn)行時(shí)無法進(jìn)行檢測且欠缺損傷定量檢測。因此總體而言,目前的檢測方法存在成本高、可靠性差、應(yīng)用范圍窄、不能同時(shí)兼顧再制造毛坯動態(tài)裂紋和靜態(tài)裂紋兩種情況等缺點(diǎn)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的在于提供一種檢測效率高、應(yīng)用范圍廣、可實(shí)現(xiàn)動態(tài)和靜態(tài)再制造件檢測的微裂紋無損檢測裝置。
[0005]本實(shí)用新型采用采用如下技術(shù)方案:一種微裂紋無損檢測裝置,包括超聲波發(fā)生器,超聲波探頭,被測構(gòu)件,超聲波發(fā)生器通過超聲波探頭與被測構(gòu)件相連,還包括一聲發(fā)射裝置,所述聲發(fā)射裝置包括聲發(fā)射采集處理系統(tǒng)、與所述被測構(gòu)件相連的聲發(fā)射傳感器、連接所述聲發(fā)射采集處理系統(tǒng)和所述聲發(fā)射傳感器的前置放大器,所述超聲波探頭與所述被測構(gòu)件之間填有耦合劑,所述聲發(fā)射傳感器與所述被測構(gòu)件之間填有耦合劑。
[0006]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn):
[0007]所述超聲波發(fā)生器的超聲波探頭為單向探頭,超聲波探頭數(shù)及超聲波發(fā)生器的參數(shù)依據(jù)被檢測對象確定;
[0008]所述聲發(fā)射采集分析系統(tǒng)的通道數(shù)目為一個(gè)及以上;
[0009]所述聲發(fā)射采集分析系統(tǒng)包括信號采集單元、信號放大單元和信號處理單元;
[0010]所述稱合劑和稱合劑為凡士林。
[0011]一種微裂紋無損檢測裝置,具體操作步驟如下:
[0012](I)構(gòu)件重點(diǎn)待檢測部位的確定:根據(jù)被測構(gòu)件的結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)累積、生產(chǎn)技術(shù)人員的觀察以及理論分析等確定構(gòu)件的重點(diǎn)待檢測部位;
[0013](2)聲發(fā)射采集分析系統(tǒng)的確定:根據(jù)被測構(gòu)件的形狀、材料、檢測精度等因素確定聲發(fā)射采集分析系統(tǒng)的通道數(shù)目及聲發(fā)射傳感器的類型;由于不同構(gòu)件的結(jié)構(gòu)、尺寸大小、材料等都是不盡相同的,因此每個(gè)被檢測構(gòu)件所需要的通道數(shù)也是不同的。為了滿足不同被檢測構(gòu)件或是大型構(gòu)件的檢測的要求,聲發(fā)射檢測儀器的總通道數(shù)一般不少于16個(gè)。根據(jù)待檢部位的材料、形狀等的特性確定傳感器需要監(jiān)測的頻率范圍,根據(jù)這個(gè)范圍選擇合適的聲發(fā)射傳感器。由于采集到的信號一般較弱,因此要將采集到的信號經(jīng)過前置放大器放大送入信號處理設(shè)備,同時(shí)應(yīng)將前置放大器等設(shè)備合理放置,防止在檢測時(shí)由于檢測設(shè)備存在物理擾動等因素,影響信號的采集結(jié)果,從而影響了檢測的效果;
[0014](3)聲發(fā)射傳感器布置方式的確定:根據(jù)被測構(gòu)件的待檢測部位的幾何形狀、體積大小等確定聲發(fā)射傳感器的布置方式;為實(shí)現(xiàn)傳感器與被檢測構(gòu)件表面的良好稱合,在布置傳感器前應(yīng)該用砂紙等打磨工具去除被測構(gòu)件表面的防銹漆或者是其他可能影響信號采集結(jié)果的污潰;同時(shí)在傳感器與構(gòu)件接觸部位應(yīng)添加凡士林作為耦合劑;有時(shí)為保證采集效果或在構(gòu)件表面很不規(guī)則時(shí),用塑料槽型結(jié)構(gòu)的專用磁座將聲發(fā)射傳感器壓緊固定在構(gòu)件表面,以防止傳感器在構(gòu)件表面發(fā)生滑動而影響到數(shù)據(jù)的采集;
[0015](4)被測構(gòu)件狀態(tài)的確定:判斷被測構(gòu)件處于靜態(tài)或動態(tài);靜態(tài)即構(gòu)件中的裂紋處于靜止?fàn)顟B(tài),而動態(tài)即構(gòu)件中的裂紋處于活動狀態(tài);
[0016](5)被測構(gòu)件為靜態(tài)時(shí)的檢測步驟:
[0017]a.超聲波發(fā)生器向被測構(gòu)件待檢測部位中除聲發(fā)射傳感器布置面外的某一適當(dāng)表面發(fā)射超聲波激勵,作為聲發(fā)射采集分析系統(tǒng)的模擬信號源;其中超聲波探頭為單向探頭,超聲波探頭數(shù)及超聲波發(fā)生器的參數(shù)依據(jù)被檢測構(gòu)件形狀大小、復(fù)雜程度、材料特性以及聲發(fā)射傳感器可采集的頻率范圍等合理選擇設(shè)定;
[0018]超聲波信號激勵部位應(yīng)該相對平整,且應(yīng)該將構(gòu)件上該處的防銹漆或是其他污潰去除掉的以保證激勵效果;
[0019]b.聲發(fā)射傳感器采集該信號,經(jīng)前置放大器放大后傳送至聲發(fā)射采集處理系統(tǒng);
[0020]c.聲發(fā)射采集分析系統(tǒng)接收信號,并對信號進(jìn)行分析處理;因?yàn)椴杉降男盘栃问桨暟l(fā)射參數(shù)和波形信號,因而信號處理單元也包括兩個(gè)部分。聲發(fā)射參數(shù)采用核獨(dú)立分量分析方法,處理流程為:?數(shù)據(jù)歸一化處理,?計(jì)算核矩陣,?計(jì)算核矩陣的特征值和特征向量,④由特征值和特征向量計(jì)算特征空間主成分并根據(jù)需要保留一定貢獻(xiàn)率的主成分,?對主成分采用獨(dú)立分量分析方法進(jìn)行分離,得到非線性特征參數(shù);波形信號由FFT變換或小波變換等對其進(jìn)行頻域或時(shí)頻分析得到高次諧波成分的信息作為特征參數(shù),最后綜合聲發(fā)射參數(shù)的非線性特征參數(shù)和波形信號特征參數(shù)組成非線性特征參數(shù)向量;
[0021]d.將得到的非線性特征參數(shù)向量與構(gòu)件完好時(shí)得到的非線性特征參數(shù)向量對比,判斷被測構(gòu)件是否存在微裂紋及微裂紋損傷的程度;
[0022](6)被測構(gòu)件為動態(tài)時(shí)的檢測步驟:
[0023]a.直接用聲發(fā)射傳感器實(shí)時(shí)采集因被測構(gòu)件內(nèi)部因存在微裂紋而激發(fā)出的聲發(fā)射信號;
[0024]b.經(jīng)前置放大器放大后傳送至聲發(fā)射采集分析系統(tǒng);
[0025]c.聲發(fā)射采集處理系統(tǒng)接收信號,并對信號進(jìn)行分析處理;因?yàn)椴杉降男盘栃问桨暟l(fā)射參數(shù)和波形信號,因而信號處理單元也包括兩個(gè)部分。聲發(fā)射參數(shù)采用核獨(dú)立分量分析方法,處理流程為:ω?cái)?shù)據(jù)歸一化處理,?計(jì)算核矩陣,?計(jì)算核矩陣的特征值和特征向量,?由特征值和特征向量計(jì)算特征空間主成分并根據(jù)需要保留一定貢獻(xiàn)率的主成分,?對主成分采用獨(dú)立分量分析方法進(jìn)行分離,得到非線性特征參數(shù);波形信號由FFT變換或小波變換等對其進(jìn)行頻域或時(shí)頻分析得到高次諧波成分的信息作為特征參數(shù),最后綜合聲發(fā)射參數(shù)的非線性特征參數(shù)和波形信號特征參數(shù)組成非線性特征參數(shù)向量;
[0026]d.將得到的非線性特征參數(shù)向量與構(gòu)件完好時(shí)得到的非線性特征參數(shù)對比,判斷被測構(gòu)件是否存在微裂紋及微裂紋損傷的程度。
[0027]與現(xiàn)有技術(shù)相比,本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0028]1.該無損檢測裝置包括超聲波發(fā)射裝置和聲發(fā)射信號采集處理系統(tǒng),對處于動態(tài)或靜態(tài)的被測構(gòu)件都能進(jìn)行無損檢測,使用方便,應(yīng)用范圍廣;
[0029]2.通過聲發(fā)射信號處理單元獲得被測構(gòu)件微裂紋的非線性特征參數(shù)向量;由非線性特征參數(shù)向量推導(dǎo)出被測構(gòu)件是否存在微裂紋以及微裂紋損傷程度,檢測效率高;
[0030]3.被測構(gòu)件處于靜態(tài)時(shí),通過超聲波發(fā)射裝置發(fā)射激勵,作為信號源,避免了施加外界機(jī)械載荷可能對構(gòu)件造成的二次傷害以及環(huán)境噪聲的影響。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031]圖1為本實(shí)用新型的微裂紋無損檢測裝置系統(tǒng)整體示意圖。
[0032]圖2為本實(shí)用新型的超聲波探頭及聲發(fā)射傳感器在被測構(gòu)件表面布置圖。
[0033]圖3為本實(shí)用新型微裂紋無損檢測方法流程圖。
[0034]圖4為本實(shí)用新型聲發(fā)射分析處理系統(tǒng)構(gòu)成單元示意圖。
[0035]圖5為本實(shí)用新型一種微裂紋無損檢測裝置信號處理流程圖。
[0036]圖6為本實(shí)用新型的超聲波探頭及聲發(fā)射傳感器在水輪機(jī)表面布置圖。
[0037]圖7為本實(shí)用新型實(shí)施例水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪微裂紋檢測具體步驟流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。
[0039]如圖1-3所示的微裂紋無損檢測裝置,包括超聲波發(fā)生器1,超聲波探頭2,被測構(gòu)件3,超聲波發(fā)生器I通過超聲波探頭2與被測構(gòu)件3相連,還包括一聲發(fā)射裝置,所述聲發(fā)射裝置包括聲發(fā)射采集處理系統(tǒng)6、與所述被測構(gòu)件3相連的聲發(fā)射傳感器4、連接所述聲發(fā)射采集處理系統(tǒng)6和所述聲發(fā)射傳感器4的前置放大器5,所述超聲波探頭2與所述被測構(gòu)件3之間填有耦合劑8,所述聲發(fā)射傳感器4與所述被測構(gòu)件3之間填有耦合劑7。
[0040]所述超聲波探頭2采用單向探頭,超聲波探頭2的數(shù)目及超聲波發(fā)生器I的參數(shù)依據(jù)被檢測對象確定,如圖6所示的實(shí)施實(shí)例中超聲波探頭2為4個(gè),超聲波發(fā)生器I的中心頻率為500kHz,發(fā)射的激勵范圍為lOOkHz-lMHz、輸出電壓為300V。
[0041]所述聲發(fā)射采集處理系統(tǒng)6的通道數(shù)目為一個(gè)及以上,如圖6所示實(shí)施實(shí)例中通道數(shù)為13。
[0042]所述聲發(fā)射采集處理系統(tǒng)6包括信號采集單元、信號放大單元和信號處理單元。因?yàn)樗杉降男盘栃问桨暟l(fā)射參數(shù)和波形信號,因而信號處理單元也包括兩個(gè)部分,聲發(fā)射參數(shù)采用核獨(dú)立分量分析方法,處理流程為:?數(shù)據(jù)歸一化處理,?計(jì)算核矩陣,?計(jì)算核矩陣的特征值和特征向量,?由特征值和特征向量計(jì)算特征空間主成分并根據(jù)需要保留一定貢獻(xiàn)率的主成分,?對主成分采用獨(dú)立分量分析方法進(jìn)行分離,得到非線性特征參數(shù);波形信號由FFT變換或小波變換等對其進(jìn)行頻域或時(shí)頻分析得到高次諧波成分的信息作為特征參數(shù),最后綜合聲發(fā)射參數(shù)的非線性特征參數(shù)和波形信號特征參數(shù)組成非線性特征參數(shù)向量。
[0043]所述耦合劑7和耦合劑8為凡士林。
[0044]下面結(jié)合圖6所示實(shí)施實(shí)例,混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪對一種微裂紋無損檢測方法做詳細(xì)說明,包括以下步驟:
[0045](I)構(gòu)件重點(diǎn)待檢測部位的確定:如圖6所示混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑為8m,最大直徑為8.6m,高度為5.19m,轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)為13 (圖6中只畫出兩個(gè)葉片),轉(zhuǎn)輪材料為不銹鋼,根據(jù)實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)積累,水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的葉片是極易產(chǎn)生微裂紋的區(qū)域,因此被實(shí)施例中將水輪機(jī)葉片確定為重點(diǎn)檢測部位;
[0046](2)聲發(fā)射采集處理系統(tǒng)的確定:對混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪微裂紋檢測中聲發(fā)射系統(tǒng)采用美國物理聲學(xué)公司(PAC) PC1-2系統(tǒng),包括8塊PCI — 2通道板、18位A/D轉(zhuǎn)換器、AE應(yīng)用軟件AEwin以及在其二次開發(fā)軟件處理包上開發(fā)的信號處理單元。因?yàn)樗啓C(jī)轉(zhuǎn)輪有13個(gè)葉片,一個(gè)葉片布置一個(gè)傳感器,所以選用聲發(fā)射通道數(shù)為13通道。所述實(shí)施例中聲發(fā)射傳感器選用WDI型,中心頻率500kHz,其可采集的信號頻率范圍為=IOOkHz-1MHz ;信號放大單元選擇2/4/6型前置放大器,放大倍數(shù)選擇40dB ;
[0047](3)聲發(fā)射傳感器布置方式的確定:如圖6實(shí)施例所不,對混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪微裂紋檢測,葉片出現(xiàn)微裂紋的概率較大且表面平整,因此將WDI型聲發(fā)射傳感器布置在水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的葉片上,并且為了減少誤差,每一片葉片上WDI型聲發(fā)射傳感器布置的位置都應(yīng)大體保持一致。為了讓W(xué)DI型聲發(fā)射傳感器與水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片表面的良好耦合,在布置傳感器前應(yīng)該用砂紙等打磨工具去除水輪機(jī)葉片表面的防銹漆或者是其他可能影響信號采集結(jié)果的污潰;同時(shí)在傳感器與葉片接觸部位應(yīng)添加凡士林作為耦合劑;同時(shí)用塑料槽型結(jié)構(gòu)的專用磁座將WDI聲發(fā)射傳感器壓緊固定在水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片表面,以防止傳感器在葉片表面發(fā)生滑動而影響到數(shù)據(jù)的采集;
[0048](4)被測構(gòu)件狀態(tài)的確定:圖6所述實(shí)施例中的對水輪機(jī)葉片的檢測是在靜態(tài)下進(jìn)行的,即水輪機(jī)停止運(yùn)行同時(shí)也不需外加機(jī)械載荷。在水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的下環(huán)9處,超聲波發(fā)生器發(fā)射一個(gè)電壓設(shè)定為300V的超聲波激勵,作為聲發(fā)射模擬信號源;布置在水輪機(jī)葉片上的WDI型聲發(fā)射傳感器采集該信號,經(jīng)過前置放大器放大后送入聲發(fā)射采集處理系統(tǒng),并按圖5中所述流程對信號進(jìn)行分析處理,得出所獲得聲發(fā)射信號的非線性特征參數(shù)向量,將得到的非線性特征參數(shù)向量與構(gòu)件完好時(shí)得到的標(biāo)準(zhǔn)非線性特征參數(shù)向量進(jìn)行對t匕,從而判斷出被測構(gòu)件是否存在微裂紋及微裂紋損傷的程度。所述圖6由于下環(huán)9相對平整,選為超聲波激勵發(fā)射部位,由于轉(zhuǎn)輪為對稱結(jié)構(gòu),四個(gè)超聲波探頭2分別布置在下環(huán)9中間位置的兩垂直直徑的末端,且應(yīng)該將水輪機(jī)下環(huán)9表面與超聲波探頭接觸部位的防銹漆及其他污潰去除掉的以保證發(fā)射效果,同時(shí)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪下環(huán)9與探頭之間應(yīng)填充凡士林作為耦合劑;[0049](5)被測部件3為動態(tài)時(shí),即被檢測構(gòu)件處于運(yùn)行狀態(tài)或是外加載荷狀態(tài)下,則不用超聲波發(fā)射裝置發(fā)射的超聲波激勵作為信號源,而是直接將聲發(fā)射傳感器4布置在構(gòu)件3上的合適位置,同樣可以判斷出被測構(gòu)件3中是否存在微裂紋及微裂紋損傷的程度。通過本實(shí)用新型便可實(shí)現(xiàn)對構(gòu)件靜態(tài)或動態(tài)情況下存在微裂紋的無損檢測,一次檢測就能對被檢測構(gòu)件微裂紋損傷給出一個(gè)整體性評價(jià),減少了工作量,提高了檢測效率;
[0050]以上實(shí)施方式僅為了說明本實(shí)用新型所做的舉例,并非對本實(shí)用新型的限制,對于在不脫離本實(shí)用新型指導(dǎo)思想和范圍的情況下,還可做出其它不同形式的變化或變動。本實(shí)用新型的專利保護(hù)由權(quán)利要求限定的范圍確定。
【權(quán)利要求】
1.一種微裂紋無損檢測裝置,包括超聲波發(fā)生器(1),超聲波探頭(2),被測構(gòu)件(3),超聲波發(fā)生器(I)通過超聲波探頭(2)與被測構(gòu)件(3)相連,其特征在于:還包括一聲發(fā)射裝置,所述聲發(fā)射裝置包括聲發(fā)射采集分析系統(tǒng)(6)、與所述被測構(gòu)件(3)相連的聲發(fā)射傳感器(4)、與所述聲發(fā)射采集分析系統(tǒng)(6)和所述聲發(fā)射傳感器(4)相連的前置放大器(5),所述超聲波探頭(2)與所述被測構(gòu)件(3)之間填有耦合劑二(8),所述聲發(fā)射傳感器(4)與所述被測構(gòu)件(3 )之間填有耦合劑一(7 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種微裂紋無損檢測裝置,其特征在于:所述超聲波探頭(2)為單向探頭;依據(jù)被檢測對象(3)確定超聲波探頭(2)數(shù)量及超聲波發(fā)生器(I)的參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的一種微裂紋無損檢測裝置,其特征在于:所述聲發(fā)射采集分析系統(tǒng)(6)的通道數(shù)目為一個(gè)及以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3中所述的一種微裂紋無損檢測裝置,其特征在于:所述聲發(fā)射采集分析系統(tǒng)(6)包括信號采集單元、信號放大單元和信號處理單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求4中所述的一種微裂紋無損檢測裝置,其特征在于:所述耦合劑一(7)和率禹合劑二(8)為凡士林。
【文檔編號】G01N29/14GK203745428SQ201420081875
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年2月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月26日
【發(fā)明者】王向紅, 向建軍, 尹東, 胡宏偉 申請人:長沙理工大學(xué)