[發(fā)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?zhí)枺?/td>: 200710190363.6
• 申請日: 2007-11-19
• 公開（公告）號: CN101178387A
• 公開（公告）日: 2008-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 萬升云;鄭小康;盧東磊
• 申請（專利權(quán)）人: 中國南車集團(tuán)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(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 曹祖良

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)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(shù)

存在于螺栓螺紋根部的疲勞裂紋，對重要構(gòu)件、設(shè)備的危害相當(dāng)大，正確、高效、低成本地對螺栓螺紋根部的疲勞裂紋進(jìn)行安全檢測，是保證鐵道機車車輛、橋梁等重要金屬構(gòu)件、設(shè)備安全的重要一環(huán)。

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(chǎn)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(fù)雜性，以及各種常規(guī)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(guī)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(jìn)行試驗，但其要求的檢測條件相當(dāng)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(jìn)行拍片或工業(yè)成像觀察；三是檢測成本太高。而螺栓，尤其是在役設(shè)備的螺栓通常情況下是不能解體的。

而且現(xiàn)場檢測要求對螺栓螺紋根部產(chǎn)生的疲勞裂紋及時發(fā)現(xiàn)；且操作方便；工藝方法可操作性強。現(xiàn)有技術(shù)尚不能滿足這些要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)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(jìn)行低成本檢測。

按照本發(fā)明提供的技術(shù)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(fā)射晶片發(fā)射的超聲波以小于10°的入射角β進(jìn)入保護(hù)膜，經(jīng)保護(hù)膜與螺栓端面折射后，入射至螺栓內(nèi)部，并在螺栓螺紋絲扣部位形成聚焦區(qū)；當(dāng)螺栓螺紋的某個絲扣根部出現(xiàn)裂紋時，其后鄰近的第1個絲扣反射波被裂紋遮擋；當(dāng)裂紋較大時，第2、第3個絲扣反射波也將被遮擋；如發(fā)現(xiàn)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(shè)定的分貝值，且其指示長度大于等于設(shè)定值時，即可判定為裂紋。

所述設(shè)定值為6個分貝，所述指示長度設(shè)定值為3mm。

在檢測前，先調(diào)節(jié)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(zhǔn)試塊或?qū)嵨镌噳K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(diào)節(jié)超聲波檢測儀的衰減器，將絲扣反射波調(diào)到超聲波檢測儀顯示屏滿刻度的20～80％。

發(fā)射晶片發(fā)射的超聲波經(jīng)保護(hù)膜與螺栓端面折射后，以縱波形式入射至螺栓內(nèi)部，并在某一深度形成聚焦區(qū)。

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(nèi)的晶片，所述晶片包括發(fā)射晶片與接受晶片，并且在發(fā)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(shè)置接頭，發(fā)射晶片與接受晶片分別利用導(dǎo)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(hù)膜，發(fā)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(fā)射晶片與接受晶片相對于保護(hù)膜傾斜布置，在發(fā)射晶片與接受晶片的對稱中心線與垂直于保護(hù)膜的平面之間有夾角α，當(dāng)超聲波探頭置于螺栓端面上時，探頭發(fā)射晶片發(fā)射的超聲波以小于10°的入射角β進(jìn)入保護(hù)膜。

在探頭外殼的內(nèi)壁設(shè)置屏蔽層。發(fā)射晶片用于發(fā)射聲波，接受晶片用于接受聲波；發(fā)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(hù)膜的平面之間均有夾角α，傾角的大小，取決于要探測區(qū)域距探測面的深度。

本發(fā)明的優(yōu)點是：

本發(fā)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(fā)射聲波，一個用于接受聲波，使發(fā)射電脈沖不再進(jìn)入接受電路；收發(fā)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(fā)射的超聲波以較小(10°以下)的入射角進(jìn)入楔塊，經(jīng)楔塊與螺栓端面折射后，以縱波形式入射至螺栓內(nèi)部，并在某一深度形成聚焦區(qū)。采用上述結(jié)構(gòu)后，本發(fā)明的專用超聲波探頭不僅具有普通雙晶直探頭的優(yōu)點，即在探傷區(qū)內(nèi)探傷靈敏度高，而且由于發(fā)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(fā)明的雙晶分割小角度探頭不僅能發(fā)現(xiàn)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(fā)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(qū)基本能覆蓋螺栓的各個部位，所以能基本消除檢測盲區(qū)，不存在漏檢的隱患；