[發明專利]不解體螺栓螺紋根部疲勞裂紋超聲波檢測方法及檢測探頭

無效

• 申請號: 200710190363.6
• 申請日: 2007-11-19
• 公開（公告）號: CN101178387A
• 公開（公告）日: 2008-05-14
• 發明（設計）人: 萬升云;鄭小康;盧東磊
• 申請（專利權）人: 中國南車集團戚墅堰機車車輛工藝研究所
• 主分類號: G01N29/11
• 分類號: G01N29/11;G01N29/24
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所
• 代理人: 曹祖良

技術領域

本發明涉及螺栓疲勞裂紋的檢測方法及所用的檢測裝置，特別涉及一種不解體螺栓螺紋根部疲勞裂紋超聲波檢測方法及專用超聲波探頭。

背景技術

存在于螺栓螺紋根部的疲勞裂紋，對重要構件、設備的危害相當大，正確、高效、低成本地對螺栓螺紋根部的疲勞裂紋進行安全檢測，是保證鐵道機車車輛、橋梁等重要金屬構件、設備安全的重要一環。

長期以來，在不拆卸螺栓的前提下，檢測螺栓螺紋根部的疲勞裂紋始終是個難題。雖然，螺紋根部產生的缺陷較之鍛件、鑄件及焊接件等單一，即螺紋根部只存在疲勞裂紋，但由于其形狀的復雜性，以及各種常規檢測方法的局限性，給檢測工作帶來了一定的難度。

目前，常規的無損檢測方法主要有五種：磁粉檢測、滲透檢測、渦流檢測、射線檢測及超聲波檢測。通過長期實踐表明，磁粉檢測、滲透檢測及渦流檢測均不能解決此問題。理論上射線檢測雖可以進行試驗，但其要求的檢測條件相當苛刻：一是要求疲勞裂紋有一定的深度；其次要求螺栓必須解體后方可對螺栓整個一周的圓周面進行拍片或工業成像觀察；三是檢測成本太高。而螺栓，尤其是在役設備的螺栓通常情況下是不能解體的。

而且現場檢測要求對螺栓螺紋根部產生的疲勞裂紋及時發現；且操作方便；工藝方法可操作性強。現有技術尚不能滿足這些要求。

發明內容

本發明的目的是提供一種不解體螺栓螺紋根部疲勞裂紋檢測方法和一種專用超聲波探頭，以便有效地對解體螺栓螺紋根部疲勞裂紋進行低成本檢測。

按照本發明提供的技術方案，在檢測時，將超聲波探頭置于待檢測的螺栓端面上，探頭發射晶片發射的超聲波以小于10°的入射角β進入保護膜，經保護膜與螺栓端面折射后，入射至螺栓內部，并在螺栓螺紋絲扣部位形成聚焦區；當螺栓螺紋的某個絲扣根部出現裂紋時，其后鄰近的第1個絲扣反射波被裂紋遮擋；當裂紋較大時，第2、第3個絲扣反射波也將被遮擋；如發現缺陷的反射波幅與其后的第1個絲扣反射波幅之差大于或等于設定的分貝值，且其指示長度大于等于設定值時，即可判定為裂紋。

所述設定值為6個分貝，所述指示長度設定值為3mm。

在檢測前，先調節超聲波檢測儀，將超聲波檢測儀中的超聲波探頭置于螺栓的校準試塊或實物試塊上，找出螺紋絲扣反射波，前后移動探頭，使反射波最強，然后調節超聲波檢測儀的衰減器，將絲扣反射波調到超聲波檢測儀顯示屏滿刻度的20～80％。

發射晶片發射的超聲波經保護膜與螺栓端面折射后，以縱波形式入射至螺栓內部，并在某一深度形成聚焦區。

一種不解體螺栓螺紋根部疲勞裂紋超聲波檢測方法所用的超聲波探頭，包括位于探頭外殼內的晶片，所述晶片包括發射晶片與接受晶片，并且在發射晶片與接受晶片間利用隔離層相互隔離，在探頭外殼上設置接頭，發射晶片與接受晶片分別利用導線與接頭連接，在探頭外殼的開口端有延遲塊，在延遲塊上有保護膜，發射晶片與接受晶片分別貼合在延遲塊上，其特征在于：隔離層、發射晶片與接受晶片相對于保護膜傾斜布置，在發射晶片與接受晶片的對稱中心線與垂直于保護膜的平面之間有夾角α，當超聲波探頭置于螺栓端面上時，探頭發射晶片發射的超聲波以小于10°的入射角β進入保護膜。

在探頭外殼的內壁設置屏蔽層。發射晶片用于發射聲波，接受晶片用于接受聲波；發射晶片與接受晶片都有各自的延遲塊，而且兩延遲塊的聲束入射平面與垂直于保護膜的平面之間均有夾角α，傾角的大小，取決于要探測區域距探測面的深度。

本發明的優點是：

本發明的專用超聲波探頭是一種雙晶分割小角度探頭，具有兩個晶片，并通過隔離層分割開來，一個用于發射聲波，一個用于接受聲波，使發射電脈沖不再進入接受電路；收發晶片都有各自的延遲塊，而且兩延遲塊的聲束入射平面均帶一傾角，晶片發射的超聲波以較小(10°以下)的入射角進入楔塊，經楔塊與螺栓端面折射后，以縱波形式入射至螺栓內部，并在某一深度形成聚焦區。采用上述結構后，本發明的專用超聲波探頭不僅具有普通雙晶直探頭的優點，即在探傷區內探傷靈敏度高，而且由于發射波不是垂直于檢測面，而是具有一定的小角度，所以克服了普通雙晶直探頭的一些不足之處：

首先，普通雙晶直探頭只對與探測面平行的缺陷檢測的效果較好，而對與探測面成一定角度、但不平行的缺陷卻無法檢測，而本發明的雙晶分割小角度探頭不僅能發現與探測面平行的缺陷，而且對與探測面成一定角度、但不平行的缺陷的檢測效果也很好；

其次，本發明的雙晶分割小角度探頭在螺栓的四周移動時，所形成的聚焦區基本能覆蓋螺栓的各個部位，所以能基本消除檢測盲區，不存在漏檢的隱患；