[發明專利]一種基于無損探傷探測機器零件或材料壽命的方法

有效

• 申請號: 201310218991.6
• 申請日: 2013-06-05
• 公開（公告）號: CN103308602A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 馬建平;陳文革
• 申請（專利權）人: 青島諾斯機械有限公司
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04
• 代理公司: 北京聯瑞聯豐知識產權代理事務所(普通合伙) 11411
• 代理人: 鄭自群

1.一種基于無損探傷探測機器零件或材料壽命的方法，其特征在于：所述方法步驟如下：

(1)利用超聲波脈沖反射法無損檢測機器零件或材料中的缺陷：脈沖振蕩器產生超聲波，并把超聲波通過超聲波探頭入射到被檢機器零件或材料表面，所述超聲波無損探傷分為垂直探傷和斜射探傷，當為垂直探傷時，分為三股波返回至超聲波探頭，所述三股波分別為：始波、傷波和底波；當為斜射探傷時，分為二股波返回至超聲波探頭，所述二股波分別為：始波和傷波，超聲波探頭接收到所述三股波或二股波后通過高頻電壓發生器轉換成高頻電壓，并通過接收放大器進入示波器，同時脈沖振蕩器產生的超聲波通過高頻電壓發生器產生高頻電壓作為對比信號也直接通過接收放大器進入示波器中，所述示波器橫坐標以脈沖振蕩器的起震蕩時間為基點，把輝點向右移動，從而在示波器上可以得到波形圖，通過波形圖，可以看出被檢機器零件或材料是否有缺陷、缺陷的部位及大小；

(2)精確定位被檢機器零件或材料中的缺陷位置：

——精確定位缺陷在探測面上投影位置：

L＝S*sinγ

式中：L---入射點到缺陷的水平距離；

??????γ---折射角；

??????S---探測面的入射點至缺陷的波程；

——缺陷波程s的測定：固定標尺法

垂直探傷：h＝H*S_傷屏/S_底屏

式中：h--缺陷與機器零件或材料的探測面距離；

??????H-機器零件或材料的厚度；

??????S_傷屏--缺陷波和始波在固定標尺上的距離讀數；

??????S_底屏--底波與始波間在固定標尺上的距離讀數；

斜射探傷：

當斜射探傷時，所述缺陷波程s的測定方法如下：

測量時，先找一塊與待測機器零件或材料同質同厚的材料做試件，然后使探頭對試件的垂直邊緣慢慢向后移動，直到反射波穿過底角、即在示波器顯示屏上顯示一個最高位置為止，此時，聲波入射點到機器零件或材料底面尖角處的距離為正射波法的波程，用S_1/2表示，入射點到垂直端面邊緣的距離用P_1/2表示，熒光屏上，固定標尺的零點與底角反射波，即熒光屏上顯示最高位置的距離為S_1/2屏，此時，將探頭移至機器零件或材料進行探測缺陷，直到熒光屏上出現缺陷的脈沖波，這樣就可計算出缺陷波程s：

s＝S_1/2S_傷屏/S_1/2屏

S_1/2＝P_1/2/sinγ

——精確確定缺陷存在的深度：

h＝s*cosγ

式中：s---聲波自探測表面到缺陷的波程；

(3)精確確定被檢機器零件或材料中的缺陷大小：脈沖消失法

在探測發生缺陷后，將超聲波探頭前后左右移動，找出缺陷波消失的位置a和b，然后用下式計算缺陷大小d

d＝L-2h*tanθ

式中：L---當缺陷消失時兩探頭位置(a、b)邊緣間的距離；

??????h---缺陷存在的深度；

??????θ---聲束的半擴散角；

(4)對機器零件或材料進行受力分析：根據上述三步，將探測出的各種缺陷進行幾何化處理后，找出垂直于工作應力或服役時承受的外加應力這一方向的最大缺陷，查找工程構件所用材料的各種性能指標；

(5)對機器零件或材料進行無損評價估算：利用工程材料斷裂力學進行計算

計算材料或構件在服役應力下存在裂紋的開裂尺寸a_c，

δ_f＝K_1c/Ya_c^1/2

式中：δ_f——是工程構件服役時的外加應力(MPa)；

??????K_1c——是工程構件所用的材料的斷裂韌性(MPa·m^1/2)，

通過查找相關材料手冊獲得；

??????Y——形狀因子，取決于缺陷在材料中的位置和取向；

??????a_c——是工程構件材料中的臨界裂紋大小(m)；

估算機器零件或材料的剩余壽命

N=∫a0acda/c(ΔK)-n]]>

式中：N——是所含缺陷工程構件的壽命(即循環周次)；

??????c，n——隨材料而變化的常數；

??????ΔK——工程材料裂紋尖端的應力場強度因子幅，通過構

件的服役狀態分析獲得；

a₀，a_c——工程構件中缺陷的起始尺寸和臨界裂紋尺寸。