專利名稱：一種內(nèi)孔涂層應(yīng)力誘發(fā)缺陷超聲無(wú)損檢測(cè)設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于徑向載荷施加與超聲波集成探測(cè)內(nèi)孔零件缺陷技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，內(nèi)孔加工，特別是再制造獲得的內(nèi)孔涂層可能存在的缺陷以及涂層與基體之間的結(jié)合不足、涂層內(nèi)應(yīng)力導(dǎo)致工作狀態(tài)下產(chǎn)生裂紋等，這些缺陷對(duì)再制造產(chǎn)品工作的可靠性和安全性都有重要的影響。而這些問(wèn)題通過(guò)傳統(tǒng)的方法檢測(cè)方法無(wú)法做到無(wú)損檢測(cè)。本發(fā)明是利用彈性徑向加載技術(shù)首先使內(nèi)孔收到足夠大的膨脹應(yīng)力，并疊加切向運(yùn)動(dòng)，誘發(fā)涂層內(nèi)的缺陷，同時(shí)采用超聲波傳感器檢測(cè)裂紋產(chǎn)生和擴(kuò)展的信息，做到既不損害合格的再制造產(chǎn)品，又不遺漏缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種能夠探測(cè)小內(nèi)孔零件再制造表面涂層綜合性能的內(nèi)孔涂層應(yīng)力誘發(fā)缺陷超聲無(wú)損檢測(cè)設(shè)備和方法。
本發(fā)明的構(gòu)思是提供一種適用于內(nèi)孔表面加載包括法向載荷和切向載荷的觸頭和施力機(jī)構(gòu)，稱之為力學(xué)探針，載荷級(jí)別和摩擦系數(shù)大范圍可變，判斷涂層表面、內(nèi)部和界面處的缺陷狀態(tài)，為內(nèi)孔零件涂層的無(wú)損評(píng)價(jià)提供動(dòng)態(tài)信息。
本發(fā)明的解決方案是一種內(nèi)孔缺陷預(yù)應(yīng)力—超聲波集成檢測(cè)設(shè)備和方法，由彈性徑向加載裝置11、摩擦材料5、摩擦材料裝夾裝置10和摩擦材料傳感器6構(gòu)成，彈性徑向加載裝置11用摩擦材料裝夾裝置10與摩擦材料5連接，摩擦材料傳感器6鑲嵌在摩擦材料5上。
摩擦材料傳感器6是1-12個(gè)。
摩擦材料傳感器6是超聲波傳感器。
彈性徑向加載裝置11的碟形杠桿作用在摩擦材料5的內(nèi)表面，沿徑向向外；摩擦材料傳感器6鑲嵌在摩擦材料5的內(nèi)部或外部；在摩擦材料裝夾裝置10的兩端安裝了液壓式軸向載荷施加器14，通過(guò)液壓的作用，分別從兩端推動(dòng)整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)產(chǎn)生往復(fù)式的軸向運(yùn)動(dòng)，并與零件表面涂層材料12產(chǎn)生摩擦力。
使用一種內(nèi)孔涂層應(yīng)力誘發(fā)缺陷超聲無(wú)損檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)的方法，當(dāng)彈性徑向加載裝置11施加力于內(nèi)孔時(shí)，在力的增長(zhǎng)到達(dá)值限以后，涂層內(nèi)部或者界面處將產(chǎn)生裂紋及裂紋擴(kuò)展，超聲發(fā)生器把超聲波信號(hào)發(fā)射到涂層內(nèi)部，同時(shí)超聲波探測(cè)器探測(cè)回波；根據(jù)超聲波信號(hào)的強(qiáng)度和密度，判定涂層材料的損傷情況?；夭ǖ膹?qiáng)度和分布特點(diǎn)代表了涂層內(nèi)部裂紋、氣孔等缺陷信息，達(dá)到無(wú)損檢測(cè)的目的。
本發(fā)明所達(dá)到的有益效果是(1)設(shè)計(jì)和制備一種適用于內(nèi)孔表面法向加載和切向加載的觸頭和施力機(jī)構(gòu)，稱之為力學(xué)探針，載荷級(jí)別和摩擦系數(shù)大范圍可變，但不損壞內(nèi)孔表面質(zhì)量。此力學(xué)探針用于模擬內(nèi)孔零件的工作載荷參數(shù)；載荷的大小需要根據(jù)具體對(duì)象設(shè)定臨界參數(shù)。
(2)根據(jù)接收到的超聲波信號(hào)的特征參數(shù)與載荷、涂層類型之間的關(guān)系，可以判斷涂層表面、內(nèi)部和界面處的缺陷狀態(tài)，為再制造產(chǎn)品的無(wú)損評(píng)價(jià)提供動(dòng)態(tài)信息；(3)在力學(xué)探針的作用下，各種缺陷處于放大的狀態(tài)，使其它無(wú)損檢測(cè)手段更容易發(fā)現(xiàn)，提高檢測(cè)的可靠性和穩(wěn)定性，例如超聲檢測(cè)；(4)通過(guò)把力學(xué)探針、超聲波信息、超聲檢測(cè)等傳感器集成到同一個(gè)探頭，制備成小內(nèi)孔多功能集成傳感器，整套設(shè)備小，便攜，測(cè)量時(shí)間短，可裝備戰(zhàn)場(chǎng)條件下移動(dòng)式再制造平臺(tái)。也可裝備于實(shí)驗(yàn)室作為再制造技術(shù)開(kāi)發(fā)過(guò)程中的快速評(píng)價(jià)手段；(5)本發(fā)明中所設(shè)計(jì)出來(lái)的各個(gè)零件、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、便于操作、造價(jià)低、易于擴(kuò)廣。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明的彈性徑向加載裝置放大示意圖。
其中，1.螺母，2.碟形彈簧，3.定位套，4.碟形杠桿，5.摩擦材料，6.摩擦材料傳感器，7.彈性徑向加載裝置傳感器，8.彈性螺桿，9.定位鍵，10.摩擦材料裝夾裝置，11.彈性徑向加載裝置，12.零件表面涂層材料，13.管壁，14.軸向載荷施加器。
具體實(shí)施例方式
螺母1外徑為40mm、內(nèi)孔為M16mm螺紋，螺母1螺紋與彈性螺桿8桿頂部螺紋配合；螺母1下部與外徑為56mm、內(nèi)徑為28.5mm、壁厚度為3mm、高度為4.3mm、最大位移為1.3mm、最大承載為11400N的碟形彈簧2連接處的外徑為28.5mm，連接處凸臺(tái)的高度為5mm；定位套3的中間法蘭外徑為35mm、厚度為5mm，中孔直徑為16mm，上、下端連接部外徑分別為28.5mm和24mm，上下端連接部凸臺(tái)高度均為5mm。
一對(duì)等同碟形杠桿4的外徑為96mm、內(nèi)徑為24mm、厚度t＝3mm、底角θ＝30度；從外圓開(kāi)始沿著徑向把碟形杠桿4切縫并沿圓周36等分，切縫的長(zhǎng)度均為25mm；
彈性螺桿8的長(zhǎng)度為80mm，中孔直徑為16mm，端部法蘭直徑為97mm，厚度為8mm；彈性徑向加載裝置傳感器7采用應(yīng)變片；螺母1、碟形彈簧2、定位套3、碟形杠桿4依次套在彈性螺桿8上。定位鍵9將彈性螺桿8固定。
按正螺旋方向旋轉(zhuǎn)螺母1，螺母1與彈性螺桿8端部法蘭之間距離減少，對(duì)碟形彈簧2和碟形杠桿4施加軸向壓力，通過(guò)碟形杠桿4，把軸向力轉(zhuǎn)化為徑向膨脹力，徑向力的大小為軸向力的3.464倍。
軸向力的大小由應(yīng)變片測(cè)量，碟形彈簧2的作用是使整個(gè)機(jī)構(gòu)有足夠的彈性。
反向旋轉(zhuǎn)螺母1，螺母1與彈性連桿8端部法蘭之間的距離增加，從而釋放壓力。
通過(guò)控制螺母1的旋轉(zhuǎn)量，來(lái)控制加載力的大小。
在加載過(guò)程中不斷地旋轉(zhuǎn)螺母，則可以得到動(dòng)態(tài)載荷。
摩擦材料5的內(nèi)徑d＝96mm、外徑D＝116mm，厚度h＝5mm；彈性徑向加載裝置11的徑向力通過(guò)碟形杠桿4作用在摩擦材料5上，使摩擦材料5對(duì)零件表面涂層材料12、管壁13產(chǎn)生壓力；超聲波傳感器6發(fā)送出超聲波信號(hào)；摩擦材料裝夾裝置10的軸向運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)彈性徑向加載裝置11、摩擦材料5軸向運(yùn)動(dòng)；把根據(jù)接收到的超聲波信號(hào)的特征參數(shù)與載荷、涂層類型之間的關(guān)系，可以判斷涂層表面、內(nèi)部和界面處的缺陷狀態(tài)，為再制造產(chǎn)品的無(wú)損評(píng)價(jià)提供動(dòng)態(tài)信息。
首先根據(jù)已經(jīng)制備好的標(biāo)準(zhǔn)試樣標(biāo)定本裝置，確定合格涂層的安全載荷和超聲波信號(hào)強(qiáng)度和密度臨界值。然后對(duì)正常試樣進(jìn)行測(cè)試，如果在施加的安全載荷下超聲波信號(hào)的強(qiáng)度或者密度超過(guò)臨界值，則涂層為不合格產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)孔涂層應(yīng)力誘發(fā)缺陷超聲無(wú)損檢測(cè)設(shè)備，其特征在于，由彈性徑向加載裝置(11)、摩擦材料(5)、摩擦材料裝夾裝置(10)和摩擦材料傳感器(6)構(gòu)成，彈性徑向加載裝置(11)用摩擦材料裝夾裝置(10)與摩擦材料(5)連接，摩擦材料傳感器(6)鑲嵌在摩擦材料(5)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種內(nèi)孔涂層應(yīng)力誘發(fā)缺陷超聲無(wú)損檢測(cè)設(shè)備，其特征在于，摩擦材料傳感器(6)是1-12個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的一種內(nèi)孔涂層應(yīng)力誘發(fā)缺陷超聲無(wú)損檢測(cè)設(shè)備，其特征在于，摩擦材料傳感器(6)是超聲波傳感器。
4.使用權(quán)利要求1所述的一種內(nèi)孔涂層應(yīng)力誘發(fā)缺陷超聲無(wú)損檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)的方法，其特征在于，當(dāng)彈性徑向加載裝置(11)施加力于內(nèi)孔時(shí)，在力的增長(zhǎng)到達(dá)值限以后，涂層內(nèi)部或者界面處將產(chǎn)生裂紋及裂紋擴(kuò)展，超聲發(fā)生器把超聲波信號(hào)發(fā)射到涂層內(nèi)部，同時(shí)超聲波探測(cè)器探測(cè)回波；根據(jù)超聲波信號(hào)的強(qiáng)度和密度，判定涂層材料的損傷情況。
全文摘要
一種內(nèi)孔涂層應(yīng)力誘發(fā)缺陷超聲無(wú)損檢測(cè)設(shè)備和方法屬于徑向載荷施加與超聲波集成探測(cè)內(nèi)孔零件缺陷技術(shù)領(lǐng)域。由徑向彈性加載裝置、鑲嵌傳感器的摩擦材料、超聲波傳感器以及裝夾裝置構(gòu)成。超聲波傳感器牢固固定在摩擦材料上。當(dāng)彈性徑向加載裝置膨脹作用力于內(nèi)孔，如果內(nèi)孔表面涂層產(chǎn)生缺陷，則產(chǎn)生超聲波信號(hào)。同樣，當(dāng)彈性徑向加載裝置膨脹作用于內(nèi)孔，然后在摩擦材料裝夾裝置的作用下沿軸向運(yùn)動(dòng)時(shí)，涂層與基體之間的結(jié)合不足、涂層內(nèi)應(yīng)力導(dǎo)致工作狀態(tài)下產(chǎn)生裂紋等，也產(chǎn)生超聲波信號(hào)。采用超聲波傳感器檢測(cè)裂紋產(chǎn)生和擴(kuò)展的信息，做到既不損害合格的再制造產(chǎn)品，又能夠探測(cè)到萌生階段的缺陷。適用于內(nèi)孔涂層缺陷、裂紋等的檢測(cè)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G01N3/12GK1793836SQ200510200828
公開(kāi)日2006年6月28日 申請(qǐng)日期2005年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月19日
發(fā)明者徐久軍, 林炳鳳 申請(qǐng)人:大連海事大學(xué)