專利名稱：一種超聲波探傷裝置及其探傷方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超聲波探傷裝置及其方法，特別涉及一種對(duì)薄鋁合 金板材進(jìn)行超聲波探傷的裝置及其方法。
超聲波檢測(cè)技術(shù)由于具有操作簡(jiǎn)單，易設(shè)置報(bào)警閘門等優(yōu)點(diǎn)，在承 壓設(shè)備制造領(lǐng)域得到越來越多的應(yīng)用，它也是鋁合金板材生產(chǎn)中的重要 檢測(cè)手段。目前，鋁板探傷一般以手工探傷為主，效率底，探傷不可靠。 我國(guó)承壓設(shè)備用變形鋁合金板材超聲波探傷標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的檢測(cè)范圍是厚度
等于或大于6mm以上的軋制板材，對(duì)6mm以下厚度范圍的板材沒有作出 規(guī)定。目前，市場(chǎng)上也沒有類似的檢測(cè)設(shè)備對(duì)厚度在6mm以下的變形鋁 合金薄板進(jìn)行檢測(cè)，以防止不合格原材料進(jìn)入下一制造工序而影響產(chǎn)品 的成品率和產(chǎn)品質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種6mm以下 厚度范圍的板材，尤其是對(duì)一種壁厚4mm-5mm的變形鋁合金薄板內(nèi)的分 層、夾渣、裂紋等缺陷的檢測(cè)超聲波探傷裝置及其方法。 本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)
一種超聲波探傷裝置，包括自動(dòng)掃查裝置以及安裝在所述自動(dòng)掃查 裝置的探頭裝置，其特征在于所述探頭裝置包括TR雙晶組合探頭和大 角度斜探頭，所述自動(dòng)掃查裝置包括工件放置臺(tái)，位于所述工件放置臺(tái) 上方的龍門架，平行于所述龍門架橫梁設(shè)置的至少兩根安裝架，可軸向 移動(dòng)套接在所述安裝架上的至少一個(gè)探頭起落架，所述探頭裝置安裝在 所述探頭起落架上靠近所述工件放置臺(tái)的一端，所述工件放置臺(tái)為旋轉(zhuǎn)
背景技術(shù)：
工作臺(tái)，由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。
進(jìn)一步地，所述TR雙晶組合探頭和大角度斜探頭分別安裝在兩個(gè)所 述探頭起落架上。
再進(jìn)一歩地，其中一根所述安裝架為可旋轉(zhuǎn)的螺桿，所述探頭起落 架與所述螺桿螺紋連接,所述螺桿旋轉(zhuǎn)可驅(qū)動(dòng)所述探頭起落架軸向平移。 所述螺桿由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。
更進(jìn)一步地，其中一根所述安裝架設(shè)置有限位開關(guān)。
一種使用上述超聲波探傷裝置的超聲波探傷方法，包括下述步驟
1) 使用對(duì)比試塊調(diào)整所述探頭的靈敏度；
2) 用TR雙晶組合探頭對(duì)待檢測(cè)工件進(jìn)行縱波超聲波掃查用于發(fā)現(xiàn)
板內(nèi)的分層和夾渣等缺陷，此時(shí)工件原地旋轉(zhuǎn)、探頭直線前進(jìn)，探頭在
工件上做螺旋掃查；
3) 用大角度斜探頭對(duì)待檢測(cè)工件內(nèi)的裂紋進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)分層和夾 渣進(jìn)行復(fù)核；
4) 將被檢工件的待檢測(cè)工件的反射波高與同聲程的對(duì)比試塊的反射 波高相比較，對(duì)反射波高達(dá)到缺陷設(shè)定值的反射波記錄為缺陷信號(hào)；
5) 對(duì)反射波波高達(dá)到步驟4)記錄的缺陷信號(hào)的工件予以判廢。 所述待檢測(cè)工件為壁厚4mm-5mm的變形鋁合金薄板。
進(jìn)一步地，步驟1使用的對(duì)比試塊是由厚度為4. 5mm的鋁合金薄板 上設(shè)置有至少一個(gè)平底孔和一個(gè)矩形槽構(gòu)成，所述平底孔直徑02，埋藏 深度2. 25mm，所述矩形槽位于板材上下表面，寬lmm，長(zhǎng)lOmm，深度為 1. 2咖。
再進(jìn)一步地，步驟1中使用對(duì)比試塊調(diào)整所述探頭的靈敏度包括下
述步驟a)調(diào)整好探頭與對(duì)比試塊之間的間隙；b)打開耦合介質(zhì)，使得
探頭與工件之間良好的耦合；c)將探頭對(duì)準(zhǔn)對(duì)比試塊的平底孔，根據(jù)探
頭底波位置和缺陷波位置調(diào)整好閘門位置及寬度和衰減器的讀數(shù)，當(dāng)平
底孔反射波的最大波高達(dá)到預(yù)設(shè)的報(bào)警閘門時(shí)報(bào)警。
本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在本發(fā)明針對(duì)6mm以下厚度范圍的板 材，尤其是對(duì)4mm-5mm變形鋁合金薄板存在的分層、夾渣、裂紋等缺陷， 提供了一種利用TR雙晶組合探頭進(jìn)行縱波超聲波掃査發(fā)現(xiàn)板內(nèi)的分層 和夾渣等缺陷，并利用大角度斜探頭對(duì)板內(nèi)的裂紋進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)分層 和夾渣進(jìn)行復(fù)核的超聲波探傷裝置，以及使用該超聲波探傷裝置進(jìn)行探 傷的方法，同時(shí)還提供了進(jìn)行靈敏度調(diào)試的對(duì)比試塊；能有效防止不合 格原材料進(jìn)入產(chǎn)品制造工序，從而影響產(chǎn)品的質(zhì)量和最終使用性能，同 時(shí)還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝穩(wěn)定、生產(chǎn)效率高以及綜合制造成本低的特點(diǎn)。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步說明 圖l:本發(fā)明超聲波探傷裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2:本發(fā)明超聲波探傷裝置的探頭布置示意圖。
圖3:本發(fā)明超聲波探傷裝置的TR雙晶組合探頭工作原理示意圖。
圖4:本發(fā)明超聲波探傷裝置的對(duì)比試塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
其中
14伺服電機(jī)； 20龍門架橫梁； 30， 32探頭起落架；
42 TR雙晶組合探頭；
50延遲塊； 56矩形槽；
12自動(dòng)掃查裝置;
18龍門架;
28伺服電機(jī)；
38， 40探頭靴;
48隔聲層; 54平底孔；
16工件放置臺(tái)；
22， 24， 26安裝架; 34， 36限位開關(guān); 44， 46壓電晶片； 52對(duì)比試塊；
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明揭示了一種超聲波探傷裝置，如圖1所示，包括自動(dòng)掃査裝 置12，自動(dòng)掃查裝置12包括由伺服電機(jī)14驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)的工件放置臺(tái)16; 位于工件放置臺(tái)16上方的龍門架18;平行于龍門架橫梁20設(shè)置的三根
安裝架22， 24和26，其中中間的一根安裝架24為螺桿，由伺服電機(jī)28 驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)；兩個(gè)探頭起落架30和32套接在該三根安裝架上，并與其中 的螺桿安裝架24螺紋連接，當(dāng)螺桿安裝架24旋轉(zhuǎn)時(shí)，可驅(qū)動(dòng)探頭起落 架30和32軸向平移； 一根安裝架26的兩端分別設(shè)置有限位開關(guān)34和 36，對(duì)探頭起落架30和32軸向移動(dòng)進(jìn)行限位；兩個(gè)探頭起落架30和 32靠近工件放置臺(tái)16的一端設(shè)置有尼龍板加工的探頭靴38和40，分別 安裝有TR雙晶組合探頭42和大角度斜探頭(未圖示)。
TR雙晶組合探頭42在探頭靴38的位置如圖2所示。進(jìn)一步參見圖 3所示，TR雙晶組合探頭42是兩個(gè)壓電晶片44和46分隔式結(jié)構(gòu)，中間 為隔聲層48。壓電晶片44專門用來發(fā)射超聲波，壓電晶片46專門用來 接收超聲波。由于采用了發(fā)收分離的形式，TR探頭的兩片壓電晶片44 和46可傾斜成相應(yīng)的角度，使發(fā)射聲束和接收聲束相交，在需要探測(cè)處 形成一個(gè)菱形探測(cè)區(qū)，提高了該區(qū)域的探傷靈敏度。同時(shí)TR探頭的晶片 前加有機(jī)玻璃延遲塊50，把發(fā)射脈沖的始波占寬移至延遲塊內(nèi)，達(dá)到了 減少盲區(qū)的目的地；TR雙晶組合探頭42具有盲區(qū)小、靈敏度高、分辨 力強(qiáng)，特別適用于工件表面缺陷的探測(cè)和對(duì)缺陷的定位。
本發(fā)明的超聲波探傷裝置在使用時(shí)，自動(dòng)掃查裝置使鋁合金板在工 件放置臺(tái)上原地旋轉(zhuǎn)、而探頭起落架沿安裝架軸線方向平移，探頭對(duì)整 個(gè)鋁合金板外表面進(jìn)行探傷軌跡為螺旋線前進(jìn)的掃査，這種探傷方式是 為了保證探頭和工件之間耦合良好，探頭以恒定的速度掃查工件表面， 并能保證檢測(cè)覆蓋率。
使用本發(fā)明的超聲波探傷裝置的超聲波探傷方法，包括下述步驟
1) 使用對(duì)比試塊調(diào)整探頭的靈敏度；
2) 用TR雙晶組合探頭對(duì)待檢測(cè)工件進(jìn)行縱波超聲波掃查用于發(fā)現(xiàn) 板內(nèi)的分層和夾渣等缺陷，此時(shí)工件原地旋轉(zhuǎn)、探頭直線前進(jìn)，探頭在 工件上做螺旋掃查；
3) 用大角度斜探頭對(duì)待檢測(cè)工件內(nèi)的裂紋進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)分層和夾 渣進(jìn)行復(fù)核；
4) 將被檢工件的待檢測(cè)工件的反射波高與同聲程的對(duì)比試塊的反射 波高相比較，對(duì)反射波高達(dá)到缺陷設(shè)定值的反射波記錄為缺陷信號(hào)；
5) 對(duì)反射波波高達(dá)到步驟4)記錄的缺陷信號(hào)的工件予以判廢。 由于4mm—5mm板材的探傷區(qū)處在近場(chǎng)區(qū)范圍，缺陷往往得不到真實(shí)
反映，缺陷也不能簡(jiǎn)單地根據(jù)其反射波高來評(píng)定，必須用缺陷的反射波 高與同聲程的對(duì)比試塊的平底孔反射波高相比較。而4mm-5mm厚度板材 在變形鋁合金超聲波探傷標(biāo)準(zhǔn)中沒有規(guī)定，也沒有相應(yīng)的對(duì)比試塊可供 選用。使用本發(fā)明的超聲波探傷方法對(duì)4mm-5mm厚度的變形鋁合金板材 探傷時(shí)，需要一種根據(jù)變形鋁合金板缺陷的特點(diǎn)制作相應(yīng)的人工缺陷的 對(duì)比試塊來調(diào)節(jié)探傷靈敏度，該對(duì)比試塊52由厚度為4. 5mm的鋁合金薄 板上設(shè)置有至少一個(gè)平底孔54和一個(gè)矩形槽56構(gòu)成，該平底孔54直徑 02，埋藏深度2. 25mm，該矩形槽56位于薄板上下表面，寬l腿，長(zhǎng)10ram， 深度為1.2mm。靈敏度是表示儀器與探頭匹配時(shí)能夠發(fā)現(xiàn)最小缺陷的能 力。靈敏度高意味著在一定聲程范圍內(nèi)能探測(cè)出較小的缺陷，但靈敏度 過高會(huì)使儀器的噪聲增大，同時(shí)許多允許存在的小缺陷被檢出，增加了 判傷的工作量，影響探傷進(jìn)度。使用本實(shí)施例中的對(duì)比試塊來調(diào)整探頭 靈敏度包括如下步驟a)調(diào)整好探頭與對(duì)比試塊之間的間隙；b)打開 耦合介質(zhì)，使得探頭與工件之間良好的耦合；c)將探頭對(duì)準(zhǔn)對(duì)比試塊的 平底孔，根據(jù)探頭底波位置和缺陷波位置調(diào)整好閘門位置及寬度和衰減 器的讀數(shù)，當(dāng)平底孔反射波的最大波高達(dá)到預(yù)設(shè)的報(bào)警閘門時(shí)剛好報(bào)警， 這時(shí)探頭的靈敏度就調(diào)好了。
本發(fā)明對(duì)6mm以下厚度范圍的板材，尤其是對(duì)4mm-5mm變形鋁合金 薄板的分層、夾渣、裂紋等缺陷，提供了一種利用TR雙晶組合探頭進(jìn)行 縱波超聲波掃査發(fā)現(xiàn)板內(nèi)的分層和夾渣等缺陷，并利用大角度斜探頭對(duì)
板內(nèi)的裂紋進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)分層和夾渣進(jìn)行復(fù)核的超聲波探傷裝置，以 及使用該超聲波探傷裝置進(jìn)行探傷的方法，同時(shí)還提供了進(jìn)行靈敏度調(diào) 試的對(duì)比試塊；掃査覆蓋率可靠，效率明顯提高，能有效防止不合格原 材料進(jìn)入產(chǎn)品制造工序，從而影響產(chǎn)品的質(zhì)量和最終使用性能，同時(shí)還 具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝穩(wěn)定、生產(chǎn)效率高以及綜合制造成本低的特點(diǎn)。
權(quán)利要求
1. 一種超聲波探傷裝置，包括自動(dòng)掃查裝置以及安裝在所述自動(dòng)掃查裝置的探頭裝置，其特征在于所述探頭裝置包括TR雙晶組合探頭和大角度斜探頭，所述自動(dòng)掃查裝置包括工件放置臺(tái)，位于所述工件放置臺(tái)上方的龍門架，平行于所述龍門架橫梁設(shè)置的至少兩根安裝架，可軸向移動(dòng)套接在所述安裝架上的至少一個(gè)探頭起落架，所述探頭裝置安裝在所述探頭起落架上靠近所述工件放置臺(tái)的一端，所述工件放置臺(tái)為旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波探傷裝置，其特征在于所述TR雙 晶組合探頭和大角度斜探頭分別安裝在兩個(gè)所述探頭起落架上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波探傷裝置，其特征在于其中一根 所述安裝架為可旋轉(zhuǎn)的螺桿，所述探頭起落架與所述螺桿螺紋連接，所 述螺桿旋轉(zhuǎn)可驅(qū)動(dòng)所述探頭起落架軸向平移。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲波探傷裝置，其特征在于所述螺桿 由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波探傷裝置，其特征在于其中一根 所述安裝架設(shè)置有限位開關(guān)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波探傷裝置，其特征在于所述旋轉(zhuǎn) 工作臺(tái)由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。
7. —種使用權(quán)利要求1所述超聲波探傷裝置的超聲波探傷方法，其 特征在于包括下述步驟，1) 使用對(duì)比試塊調(diào)整所述探頭的靈敏度；2) 用TR雙晶組合探頭對(duì)待檢測(cè)工件進(jìn)行縱波超聲波掃査用于發(fā)現(xiàn)板 內(nèi)的分層和夾渣等缺陷，此時(shí)工件原地旋轉(zhuǎn)、探頭直線前進(jìn)，探頭在工 件上做螺旋掃査；3) 用大角度斜探頭對(duì)待檢測(cè)工件內(nèi)的裂紋進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)分層和夾 渣進(jìn)行復(fù)核；4) 將被檢工件的待檢測(cè)工件的反射波高與同聲程的對(duì)比試塊的反射 波高相比較，對(duì)反射波高達(dá)到缺陷設(shè)定值的反射波記錄為缺陷信號(hào)；5) 對(duì)反射波波高達(dá)到步驟4)記錄的缺陷信號(hào)的工件予以判廢。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的超聲波探傷方法，其特征在于所述待檢 測(cè)工件為壁厚4mm-5mm的變形鋁合金薄板。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的超聲波探傷方法，其特征在于步驟1使 用的對(duì)比試塊是由厚度為4.5腿的鋁合金薄板上設(shè)置有至少一個(gè)平底孔 和一個(gè)矩形槽構(gòu)成，所述平底孔直徑02，埋藏深度2. 25mm，所述矩形槽 位于板材上下表面，寬lmm，長(zhǎng)10ram，深度為1. 2mm。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的超聲波探傷方法，其特征在于步驟l中 使用對(duì)比試塊調(diào)整所述探頭的靈敏度包括下述步驟a)調(diào)整好探頭與對(duì) 比試塊之間的間隙；b)打開耦合介質(zhì)，使得探頭與工件之間良好的耦合； c)將探頭對(duì)準(zhǔn)對(duì)比試塊的平底孔，根據(jù)探頭底波位置和缺陷波位置調(diào)整 好閘門位置及寬度和衰減器的讀數(shù)，當(dāng)平底孔反射波的最大波高達(dá)到預(yù) 設(shè)的報(bào)警閘門時(shí)報(bào)警。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種利用TR雙晶組合探頭進(jìn)行縱波超聲波掃查發(fā)現(xiàn)板內(nèi)的分層和夾渣等缺陷，并利用大角度斜探頭對(duì)板內(nèi)的裂紋進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)分層和夾渣進(jìn)行復(fù)核的超聲波探傷裝置，以及使用該超聲波探傷裝置進(jìn)行探傷的方法，同時(shí)還提供了進(jìn)行靈敏度調(diào)試的對(duì)比試塊；本發(fā)明的超聲波探傷裝置及其探傷方法能有效防止不合格原材料進(jìn)入產(chǎn)品制造工序，從而影響產(chǎn)品的質(zhì)量和最終使用性能，同時(shí)還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝穩(wěn)定、生產(chǎn)效率高以及綜合制造成本低的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01N29/275GK101382523SQ20081015623
公開日2009年3月11日 申請(qǐng)日期2008年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月25日
發(fā)明者武孟獻(xiàn), 王進(jìn)軍, 寬 米 申請(qǐng)人:中材科技(蘇州)有限公司