[發明專利]一種斜角表面裂紋傾斜角度和深度的檢測方法

有效

• 申請號: 201610076998.2
• 申請日: 2016-02-03
• 公開（公告）號: CN105699486B
• 公開（公告）日: 2018-06-19
• 發明（設計）人: 宋國榮;秦登千;肖珍;呂炎;洪廣富;徐煜陽;何存富;吳斌
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N29/07;G01B17/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

一種斜角表面裂紋傾斜角度和深度的檢測方法，表面裂紋有兩種形式，一為垂直表面裂紋，另一種為斜角表面裂紋，兩種表面裂紋在實際工業結構中均普遍存在。表面裂紋可以處于張開、閉合或介于二者之間的不同狀態，更增加了超聲波檢測的難度、降低了檢測結果的可靠性。本發明的目的是針對試件中的斜角表面裂紋特征，采用線聚焦超聲換能器沿水平方向進行步進測量，確定斜角表面裂紋反射回波的傳播路徑，使之可以更準確地測量試件中斜角表面裂紋的傾斜角度和深度。本發明具有以下優點：試件中斜角表面裂紋傾斜角度與深度測量準確；不對試件結構進行任何破壞。

技術領域

本發明屬于超聲無損檢測領域，具體涉及一種對斜角表面裂紋傾斜角度和深度的檢測方法。

背景技術

裂紋的無損檢測一直是工業應用與科學研究的重要課題，特別是表面裂紋，由于其出現幾率高，對結構安全的危害性大，因此，發展一種科學、可靠的方法和技術，實現表面裂紋的檢測和裂紋深度的測量，是學術界長期以來不斷努力的目標。表面裂紋有兩種形式，一為垂直表面裂紋，另一種為斜角表面裂紋，兩種表面裂紋在實際工業結構中均普遍存在。表面裂紋可以處于張開、閉合或介于二者之間的不同狀態，更增加了超聲波檢測的難度、降低了檢測結果的可靠性。無損檢測的目的在于：(a)檢測出表面裂紋的存在；(b)測定表面裂紋的深度與形狀。(a)項的工作較容易，已經有許多的方法與技術可以實現，而(b)項的工作則非常困難，至今仍是學術研究中未能完全解決的難題。

目前針對表面裂紋形狀與深度的測量具有一些現成方式，如表面波或表面波繞射與散射的測量方式，但可行性與準確性仍然存在很大的問題。本發明的目的是針對試件中的斜角表面裂紋特征(包括傾斜角度和深度)，采用線聚焦超聲換能器對試件進行水平方向步進測量，確定斜角表面裂紋反射回波的傳播路徑，使之可以更準確地測量斜角表面裂紋缺陷的傾斜角度和深度。

發明內容

本發明的目的是為了解決材料中斜角表面裂紋特征(包括傾斜角度和深度)的檢測問題，提出一種準確的斜角表面裂紋傾斜角度和深度的檢測方法。

為了實現上述目的，本方法采用了如下方案：

步驟1)：確立計算斜角表面裂紋傾斜角度和深度的公式

圖1為斜角表面裂紋傾斜角度和深度的檢測示意圖，斜角表面裂紋反射回波的傳播路徑為垂直傳播到斜角表面裂紋并按原路徑返回的聲束路徑，可根據如下公式計算斜角表面裂紋的傾斜角度θ_f：

其中：V_S為被檢測試件的縱波波速，Δz為X方向線聚焦超聲換能器的移動距離，Δt為換能器移動Δz后的斜角表面裂紋反射回波時間變化量。

求得斜角表面裂紋的傾斜角度后，則在超聲換能器中心正下方斜角表面裂紋深度h：

其中：t_f為換能器接收到的斜角表面裂紋反射回波時間，t_D為換能器接收到的試件上表面直接反射回波時間。

步驟2)：搭建測試系統

為了方便X方向步進測量，搭建了一套進行水平步進測量的測試系統，如圖2所示。該測試系統主要包括：試樣(1)、水槽(2)、換能器(3)、X軸移動平臺(4)、脈沖激勵/接收儀(5)、示波器(6)、GPIB總線(7)、PXI總控制系統(8)、移動伺服馬達(9)。其中，在X軸移動平臺(4)下面安裝有換能器(3)，換能器(3)與脈沖激勵/接收儀(5)相連，脈沖激勵/接收儀(5)與示波器(6)相連，示波器(6)通過GPIB總線(7)與PXI總控制系統(8)相連，PXI總控制系統(8)與移動伺服馬達(9)相連。所述水槽(2)內充滿有水，試樣(1)放置在水槽(2)的底部。

步驟3)：起始位置數據采集