[發明專利]一種便攜式的螺栓緊固力超聲檢測系數標定裝置

有效

• 申請號: 201911098524.8
• 申請日: 2019-11-12
• 公開（公告）號: CN110967143B
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 潘勤學;潘瑞鵬;邵唱;常梅樂;徐曉宇;鄭崑琳
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01N29/00
• 分類號: G01N29/00;G01L25/00
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

本發明提供一種便攜式的螺栓緊固力超聲檢測系數標定裝置，它包括螺栓緊固力發生裝置和超聲信號檢測系統。該螺栓緊固力發生裝置由螺栓預緊及加載模塊和止動模塊兩部分組成，用于實現待標定螺栓的預緊及加載過程；該超聲信號檢測系統由工業控制計算機、脈沖收發與數據采集卡、同軸射頻開關和分時橫縱波一體化探頭組成，用于在待標定螺栓內部激發和接收超聲脈沖回波，進而實現螺栓緊固力超聲檢測系數的標定。本裝置操作簡單，攜帶方便。采用本裝置進行系統標定，可實現超聲檢測系數的現場、快速、準確標定，避免了因標定環境和檢測環境的溫度差異而引起的測量誤差，進一步提高了螺栓緊固力超聲檢測的精度，有利于推動該技術的工程應用。

技術領域

本發明涉及螺栓緊固件可靠性檢測技術領域，具體而言，提出一種便攜式的螺栓緊固力超聲檢測系數標定裝置。

背景技術

螺栓連接是機械制造領域不可或缺的緊固方式之一，其緊固狀態直接影響整個結構或設備的安全性和可靠性。螺栓連接效果的優劣很大程度上依賴于預緊力的控制。過大的預緊力會使螺栓產生嚴重的塑性變形，進而引起疲勞破壞或斷裂失效，而預緊力不足則會引起結構振動、松弛和滑移，破壞結構的完整性，影響設備正常工作。同時，服役過程中由于外界載荷和環境溫度的影響，螺栓連接會逐漸產生松動并且不易被發現。因此，螺栓裝配過程中預緊力的準確控制和服役過程中殘余軸力的原位監測對于整體裝備的穩定性與安全性至關重要。

在工程應用中，通常采用扭矩扳手來控制螺栓預緊力。但是各螺紋面和螺母支撐面的摩擦系數具有很大的離散性，導致通過扭矩法得到的螺栓預緊力也具有很大的不確定性，在相同工況下對同一螺栓施加同樣的扭矩，得到的預緊力之差多達40％。此外，還可通過螺母轉角法、電阻應變片電測法、光測力學法和貼片光彈法等方法測量和控制螺栓預緊力。螺母轉角法通過將螺母旋轉一定角度來獲得設計的預緊力，但是難于選擇轉角測量的起點。電阻應變片電測法需要在螺栓夾緊段粘貼電阻應變片，操作麻煩、穩定性差，不適用于全螺紋螺栓，且僅能測量螺栓表面的應力值。光測力學法和貼片光彈法由于檢測原理和裝置復雜，目前還停留在實驗室研究階段，工程上應用不多。這些傳統檢測方法均只適用于螺栓預緊力控制，難以實現對已緊固螺栓殘余軸力的原位在線檢測。

利用超聲波測量螺栓緊固力已經開展了大量研究，其中普遍采用的是基于聲彈性效應的超聲脈沖回波法，即通過測量超聲脈沖在螺栓內的傳播時間間接確定螺栓受力狀態。作為一種無損、高精度測量技術，它不僅能夠檢測螺栓擰緊過程中所施加的預緊力，還可以通過縱、橫波結合獲得服役狀態下已緊固螺栓的殘余軸力。使用超聲波測量螺栓緊固力的關鍵和前提在于準確獲取超聲傳播時間與螺栓緊固力之間的數學關系，即準確獲得超聲檢測系數。然而，目前通常采用拉伸試驗機進行螺栓拉伸試驗以標定相關系數，操作麻煩，只能在實驗室環境下進行，難以實現檢測系數的現場、快速標定。因此，設計一種便攜式的螺栓緊固力超聲檢測系數標定裝置，對于實現檢測系數的現場、快速、準確標定，促進螺栓緊固力超聲檢測技術的工程應用具有十分重要的意義。

發明內容

(一)本發明的目的

本發明的目的是提供一種便捷式的螺栓緊固力超聲檢測系數標定裝置，用于快速、準確的標定超聲檢測系數，提高螺栓緊固力超聲檢測技術的實用性和準確性。

(二)技術方案

本發明提供的一種便捷式的螺栓緊固力超聲檢測系數標定裝置，它包括螺栓緊固力發生裝置和超聲信號檢測系統：

(1)所述螺栓緊固力發生裝置，它由螺栓預緊及加載模塊(100)和止動模塊(200)兩部分組成；