[發明專利]螺栓應力與內部缺陷實時在線監測方法與系統

在審

• 申請號: 201810260134.5
• 申請日: 2018-03-27
• 公開（公告）號: CN108692853A
• 公開（公告）日: 2018-10-23
• 發明（設計）人: 梅燕;梁巍;張楠;余陽;姚源;周文輝
• 申請（專利權）人: 成都眾柴科技有限公司
• 主分類號: G01L5/24
• 分類號: G01L5/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種螺栓應力與內部缺陷實時在線監測方法與系統。采用超聲波理論模型對螺栓進行應力和缺陷分析，研究不同螺栓在不同工況下的運行特性和特征缺陷圖譜，可建立螺栓應力和缺陷大數據庫。通過多通道螺栓應力及缺陷監測系統，可同時監測多個螺栓并獲得完整的螺栓應力和缺陷數據，具有實時預警報警的功能，使用大數據云服務，實現了移動終端查詢和遠程客戶端控制和缺陷診斷，是防止螺栓連接失效、避免事故的有效方法。

技術領域

本發明涉及螺栓應力監測技術領域，特別涉及一種螺栓應力與內部缺陷實時在線監測方法與系統。

背景技術

作為緊固件的螺栓已廣泛應用于鐵路橋梁、水電水利、風電核電、交通運輸、航空航天等領域,科學地控制螺栓軸向預緊力的大小以及及早發現螺栓內部缺陷對設備的安全運行,提高設備壽命等都有重要的意義。由于栓體結構的特殊性以及軸向加載后螺紋部分的形變，給螺栓軸向應力測量帶來了非常大的不確定性以及測量難度，近幾十年來國內外都在積極地探索解決這一問題的辦法。目前，工業現場常用扭力扳手來簡易確定螺栓軸向應力值大小，用扭矩推算螺栓軸向力的關鍵是使螺紋之間及螺母與構件間的摩擦系數恒定。這在實際工作中是不可能的,因為控制力矩是達不到控制螺栓軸向力的。

除此以外，采用脈沖回波反射法、渡越時間法、相位法等技術的超聲縱波螺栓軸向應力的無損檢測技術也能夠有效的獲取螺栓軸向應力值大小，但針對已安裝螺栓或埋深地腳螺栓等原長度未知的栓體軸向應力測量則無能為力。

發明內容

本發明的目的一是提供一種螺栓應力與內部缺陷實時在線監測方法，其具有檢測螺栓應力和缺陷的功能。

本發明的上述技術目的一是通過以下技術方案得以實現的：

一種螺栓應力與內部缺陷實時在線監測方法，包括以下步驟：S1：發射高頻超聲波，使高頻超聲波經過螺栓；S2：接收高頻超聲波從螺栓端面反射回的回波；S3：將接收到的回波中橫波與縱波之間的聲時差，同縱波、橫波與螺栓長度關系圖譜對比，獲得螺栓長度，根據螺栓長度與縱波、橫波的周期計算出縱波和橫波的傳播速度，同縱波、橫波傳播速度與應力關系圖譜比對，獲得應力大小。

進一步的，在步驟S3之前，檢測螺栓所在環境的環境溫度，根據環境溫度調取對應溫度下的縱波、橫波傳播速度與應力關系圖譜。

進一步的，獲取縱波、橫波與螺栓長度關系圖譜的方法為：對與被測對象相同材質的螺栓在不受載荷的情況下，進行測試和標定，標定出縱波和橫波的聲時差，通過加載裝置，測量出不同載荷、不同溫度下的縱波、橫波的聲時差，通過數值處理和模擬，得到縱波、橫波與螺栓長度關系圖譜。

進一步的，獲取縱波、橫波傳播速度與應力關系圖譜的方法為：對與被測對象相同材質的螺栓在不受載荷的情況下，進行測試和標定，標定出縱波和橫波的傳播速度，通過加載裝置，測量出不同載荷、不同溫度下的縱波、橫波傳播速度，通過數值處理和模擬，得到縱波、橫波傳播速度與應力關系圖譜。

進一步的，在步驟S3中接收到的回波中有雜波時，則判斷該螺栓中存在缺陷，根據回波間雜波的位置、大小同雜波與缺陷的關系圖譜比對，獲得缺陷在螺栓中的部位和大小。

進一步的，獲取雜波與缺陷的關系圖譜的方法為：人為制造螺紋底部缺陷，通過測量回波間雜波的位置、大小，確定缺陷的部位和大小，通過數值處理和數據擬合，得到雜波與缺陷的關系圖譜。

本發明的目的二是提供一種螺栓應力與內部缺陷實時在線監測系統，其具有檢測螺栓應力和缺陷的功能。

本發明的上述技術目的二是通過以下技術方案得以實現的：