本發(fā)明屬于應(yīng)力檢測領(lǐng)域，具體地，涉及一種工件曲面應(yīng)力檢測裝置，該裝置體積小巧，質(zhì)量輕，可以根據(jù)需要定量調(diào)節(jié)角度，適應(yīng)不同大小的曲率，可廣泛應(yīng)用于不同曲率的工件彎曲表面的測量例如：輸油輸氣管道，儲(chǔ)氣球罐，橋梁等；可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)磁性吸附力大小，廣泛應(yīng)用于超聲無損檢測中傳感器的固定領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
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殘余應(yīng)力是工件質(zhì)量評(píng)估的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)服役的工件具有很大危害，例如，加速疲勞裂紋的產(chǎn)生，降低疲勞壽命，發(fā)生應(yīng)力腐蝕、變形、失穩(wěn)等，因此對(duì)材料的檢測意義較大。當(dāng)前最廣泛采用的應(yīng)變法和盲孔法存在有損設(shè)備和誤差較大等缺陷，且裝置較大不易攜帶，不便于測量。

超聲波利用聲彈性原理對(duì)殘余應(yīng)力進(jìn)行測試，聲彈性原理是指超聲波的傳播速度和工件中的應(yīng)力呈現(xiàn)線性關(guān)系。目前使用較多、較為成熟的超聲波測試波形為臨界折射縱波，臨界折射縱波是縱波以第一臨界角入射時(shí)產(chǎn)生的特殊模式，平行于待測工件的表面?zhèn)鞑?。固定收發(fā)探頭之間的距離，根據(jù)臨界折射縱波在工件中傳播時(shí)間的變化則可以測試出工件中殘余應(yīng)力的狀態(tài)。

在傳統(tǒng)應(yīng)力檢測領(lǐng)域，殘余應(yīng)力檢測通常以平面為主，對(duì)曲面的殘余應(yīng)力檢測裝置研發(fā)有所欠缺，尤其是在第一臨界折射角的確定和裝置固定方面。

由聲彈性原理可知，超聲波的入射角需確保為第一臨界折射角。在平面檢測中，超聲波收發(fā)探頭固定于一個(gè)有機(jī)玻璃楔塊的兩個(gè)相對(duì)的傾斜面，測試區(qū)域固定，且相對(duì)于待測工件表面的傾斜角度固定。這個(gè)固定的傾斜角是基于工件材料測試計(jì)算出的第一臨界折射角。而在實(shí)際測量中存在很多曲面工件，由于平面檢測裝置的傾斜面固定且裝置本身無法調(diào)節(jié)，使得在測量曲面應(yīng)力時(shí)無法保證超聲波按照第一臨界折射角入射，造成很大誤差，甚至錯(cuò)誤。且由于曲面的曲率不同，固定裝置若只適應(yīng)一種曲率必造成極大浪費(fèi)與設(shè)備冗雜，所以對(duì)于曲面應(yīng)力檢測，裝置須能夠根據(jù)不同的曲率進(jìn)行精確調(diào)節(jié)，才能準(zhǔn)確的使超聲波按照第一臨界折射角度入射，且能夠廣泛使用。

同時(shí)，曲面檢測，尤其在非水平曲面檢測方面，對(duì)裝置的固定提出了更高要求。在傳統(tǒng)的超聲波無損檢測領(lǐng)域，傳感器的固定主要依靠技術(shù)人員手持并且按壓在被測試工件表面，或用磁鐵吸引固定。由于曲面工件的彎曲特性，技術(shù)人員無法保證傳感器與被測工件表面充分耦合且部分曲面無法采用人工固定方式，以及由于設(shè)計(jì)使得磁鐵吸引力不夠等問題所造成的的測量結(jié)果的誤差加大，甚至錯(cuò)誤。

鑒于以上原因，本文提出一種可調(diào)角度以及能有效固定在工件彎曲表面的超聲應(yīng)力檢測探頭裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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為了解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的超聲波換能器無法與被測設(shè)備的表面進(jìn)行穩(wěn)定耦合且缺少對(duì)設(shè)備曲面部分的測量裝置的不足，本發(fā)明提供一種曲面超聲無損檢測裝置，其具有精度高，操作簡單的優(yōu)點(diǎn)，能提供恒定的耦合壓力，可檢測服役狀態(tài)下的設(shè)備的曲面部分。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

適應(yīng)不同曲面的超聲應(yīng)力檢測探頭裝置，包括：中間固定裝置、左側(cè)超聲裝置、右側(cè)超聲裝置、左側(cè)固定裝置和右側(cè)固定裝置；其中，中間固定裝置，在磁力作用下固定探頭裝置在被測介質(zhì)表面；左側(cè)超聲裝置通過銷釘連接在中間固定裝置左側(cè)，可在蝸桿帶動(dòng)下做定軸轉(zhuǎn)動(dòng)以適應(yīng)被測介質(zhì)曲面，左側(cè)超聲裝置可發(fā)射/接收超聲波；右側(cè)超聲裝置通過銷釘連接在中間固定裝置右側(cè)，可在左側(cè)超聲裝置齒輪帶動(dòng)下同步做定軸轉(zhuǎn)動(dòng)以適應(yīng)被測介質(zhì)曲面，右側(cè)超聲裝置可發(fā)射/接收超聲波；左側(cè)固定裝置通過螺紋孔和方形槽連接在左側(cè)超聲裝置左側(cè)，左側(cè)固定裝置通過磁力使左側(cè)超聲裝置地固定在被測介質(zhì)表面上并達(dá)到穩(wěn)定的耦合狀態(tài)；右側(cè)固定裝置與左側(cè)固定裝置的結(jié)構(gòu)和功能相同。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果如下：采用上述結(jié)構(gòu)的曲面超聲無損檢測探頭及固定裝置，可在服役情況下測定設(shè)備的平面與曲面部分，測定其殘余應(yīng)力并評(píng)估其安全性?？勺詣?dòng)適應(yīng)所測表面的曲率，提供穩(wěn)定的力的作用，耦合狀態(tài)穩(wěn)定，操作簡單，安全可靠，對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場條件要求低，不會(huì)引發(fā)設(shè)備的損壞。使用該工具測量設(shè)備的殘余應(yīng)力，用溫度檢測修正模塊測出被測物體的溫度并進(jìn)行溫度補(bǔ)償，為設(shè)備的檢測提供了一種高效準(zhǔn)確的方法。

附圖說明：

圖1a是超聲應(yīng)力檢測探頭裝置的立體示意圖；

圖1b是超聲應(yīng)力檢測探頭裝置的正視示意圖；

圖1c是超聲應(yīng)力檢測探頭裝置的剖面示意圖；

圖1d是超聲應(yīng)力檢測探頭裝置的剖面示意圖；

圖2a是左側(cè)有機(jī)玻璃楔塊的立體示意圖；

圖2b是左側(cè)有機(jī)玻璃楔塊的立體示意圖；

圖3是右側(cè)有機(jī)玻璃楔塊的立體示意圖；

圖4是中心塊的立體示意圖；

圖5是兩側(cè)磁鐵固定塊及其裝配情況的立體示意圖；

圖6a是蝸桿整體的立體示意圖；

圖6b是蝸桿整體的剖視示意圖；

圖7a是蝸桿旋入固定端的立體示意圖；

圖7b是蝸桿旋入固定端的剖視圖；

圖中：1、左側(cè)磁鐵固定塊，2、中心塊，3、左側(cè)有機(jī)玻璃楔塊，4、右側(cè)有機(jī)玻璃楔塊，5、蝸桿上端，6、旋入端，7、右側(cè)磁鐵固定塊，8、熱電阻，9、凸臺(tái)，10、底板磁鐵，11、方形磁鐵，12、彈簧片，13、左側(cè)有機(jī)玻璃楔塊的蝸輪，14、右側(cè)有機(jī)玻璃楔塊的齒輪，15、軸承，16、左側(cè)有機(jī)玻璃楔塊的齒輪，17、超聲換能器，18、超聲換能器，19、凸臺(tái)，20、蝸桿下端。

具體實(shí)施方式：

如圖1a、圖1b所示，適應(yīng)不同曲面的超聲應(yīng)力檢測探頭裝置，包括：中間固定裝置、左側(cè)超聲裝置、右側(cè)超聲裝置、左側(cè)固定裝置和右側(cè)固定裝置；其中，中間固定裝置，在磁力作用下固定探頭裝置在被測介質(zhì)表面；左側(cè)超聲裝置通過銷釘連接在中間固定裝置左側(cè)，可在蝸桿帶動(dòng)下做定軸轉(zhuǎn)動(dòng)以適應(yīng)被測介質(zhì)曲面，左側(cè)超聲裝置可發(fā)射/接收超聲波；右側(cè)超聲裝置通過銷釘連接在中間固定裝置右側(cè)，可在左側(cè)超聲裝置齒輪帶動(dòng)下同步做定軸轉(zhuǎn)動(dòng)以適應(yīng)被測介質(zhì)曲面，右側(cè)超聲裝置可發(fā)射/接收超聲波；左側(cè)固定裝置通過螺紋孔和方形槽連接在左側(cè)超聲裝置左側(cè)，左側(cè)固定裝置通過磁力使左側(cè)超聲裝置地固定在被測介質(zhì)表面上并達(dá)到穩(wěn)定的耦合狀態(tài)；右側(cè)固定裝置與左側(cè)固定裝置的結(jié)構(gòu)和功能相同。

如圖1、圖4所示，中間固定裝置，包括：中心塊2、底板磁鐵10、蝸桿上端5、蝸桿下端20；中間固定裝置的主體是中心塊2，中心塊2頂板開有圓形階梯通孔，底板開有螺紋孔和盲孔，側(cè)面橫向開有矩形通孔，左右兩側(cè)各有通孔和刻有角度盤的弧形結(jié)構(gòu)；底板磁鐵10上開有沉頭孔，通過沉頭螺釘與中心塊2底板上的螺紋孔連接，從而通過磁力將中心塊2固定在被測物體表面。中心塊2頂板的圓形階梯通孔和底板的盲孔用于放置和固定蝸桿。蝸桿由蝸桿上端5和蝸桿下端20通過螺紋連接而成，蝸桿上端5是一個(gè)方形板下接有圓桿，蝸桿下端20上有螺旋齒和底端凸起。中心塊2上端的圓形階梯通孔內(nèi)設(shè)有軸承15，蝸桿上端5穿過圓形階梯孔與軸承15配合，旋入端6旋入中心塊2壓緊軸承15；蝸桿下端20的底端凸起頂在中心塊2的底板盲孔處，從而避免蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)出現(xiàn)的垂直方向的偏移，蝸桿只能做定軸轉(zhuǎn)動(dòng)。中心塊2的側(cè)面橫向開有矩形通孔，中心塊2左右兩側(cè)各有小通孔，用于與左側(cè)有機(jī)玻璃楔塊3和右側(cè)有機(jī)玻璃楔塊4通過銷釘連接；中心塊2左右兩側(cè)各有刻有角度表的弧形結(jié)構(gòu)，與左側(cè)有機(jī)玻璃楔塊3和右側(cè)有機(jī)玻璃楔塊4上的弧形凹槽相配合，可顯示左右兩側(cè)有機(jī)玻璃楔塊的旋轉(zhuǎn)角度。

如圖1，圖2所示，左側(cè)超聲裝置，包括：左側(cè)有機(jī)玻璃楔塊3、左側(cè)有機(jī)玻璃楔塊的蝸輪13、左側(cè)有機(jī)玻璃楔塊的齒輪16、超聲換能器17、凸臺(tái)9、熱電阻8；其主體左側(cè)有機(jī)玻璃楔塊3右端有半圓形凸起，分別為左側(cè)有機(jī)玻璃楔塊的蝸輪13和左側(cè)有機(jī)玻璃楔塊的齒輪16，上端開有通孔，底端有凸臺(tái)9，左端有螺紋孔和方形槽；左側(cè)有機(jī)玻璃楔塊3設(shè)有28°斜面；左側(cè)有機(jī)玻璃楔塊3通過銷釘與中心塊2相連，左側(cè)有機(jī)玻璃楔塊的蝸輪13與蝸桿下端20相嚙合，蝸桿上端5轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)左側(cè)有機(jī)玻璃楔塊3做定軸轉(zhuǎn)動(dòng)；左側(cè)有機(jī)玻璃楔塊的齒輪16與右側(cè)有機(jī)玻璃楔塊的齒輪相嚙合；左側(cè)有機(jī)玻璃楔塊3上端開有的通孔用以放置熱電阻8，測量被測介質(zhì)溫度，用以溫度補(bǔ)償；換能器17通過螺紋固定在左側(cè)有機(jī)玻璃楔塊3的28°斜面上，用以發(fā)射/接收超聲波；左側(cè)有機(jī)玻璃楔塊3上的凸臺(tái)9與被測物體表面接觸，達(dá)到耦合狀態(tài)；左側(cè)有機(jī)玻璃楔塊3左端的螺紋孔和方形槽用于與左側(cè)固定裝置連接。

如圖1、圖3所示，右側(cè)超聲裝置，包括：右側(cè)有機(jī)玻璃楔塊4、右側(cè)有機(jī)玻璃楔塊的齒輪14、超聲換能器18、凸臺(tái)19；其主體右側(cè)有機(jī)玻璃楔塊4的左端半圓形凸起為右側(cè)有機(jī)玻璃楔塊的齒輪14，底端有凸臺(tái)19，右端有螺紋孔和方形槽；右側(cè)有機(jī)玻璃楔塊4通過銷釘與中心塊2相連；右側(cè)有機(jī)玻璃楔塊的齒輪14與左側(cè)有機(jī)玻璃楔塊的齒輪16相互嚙合，當(dāng)蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，左側(cè)有機(jī)玻璃楔塊3和右側(cè)有機(jī)玻璃楔塊4將同步轉(zhuǎn)動(dòng)，使左側(cè)超聲裝置的凸臺(tái)9和右側(cè)超聲裝置的凸臺(tái)19同時(shí)與被測物體曲面相接觸，達(dá)到耦合狀態(tài)；同時(shí)可以以旋入端6上的環(huán)形刻度尺作為指標(biāo)，通過蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)的角度來計(jì)算左側(cè)有機(jī)玻璃楔塊3、右側(cè)有機(jī)玻璃楔塊4轉(zhuǎn)動(dòng)的角度和所測曲面的曲率；換能器18通過螺紋固定在右側(cè)有機(jī)玻璃楔塊4的28°斜面上，用以發(fā)射/接收超聲波；右側(cè)有機(jī)玻璃楔塊4右端的螺紋孔和方形槽用于與右側(cè)固定裝置連接。

如圖1、圖5所示，左側(cè)固定裝置，包括：左側(cè)磁鐵固定塊1、彈簧片12、方形磁鐵11組成；右側(cè)固定裝置由右側(cè)磁鐵固定塊4，彈簧片12，方形磁鐵11組成；左右兩側(cè)固定裝置完全相同，只對(duì)左側(cè)固定裝置進(jìn)行說明。

如圖2、圖5所示，左側(cè)磁鐵固定塊1上有兩個(gè)通孔和兩個(gè)凸出方形板，用以與左側(cè)有機(jī)玻璃楔塊3左端的螺紋孔和方形槽連接固定；左側(cè)磁鐵固定塊1開有T型槽，與彈簧片12和方形磁鐵11相配合，彈簧片12和方形磁鐵11均開有通孔并通過沉頭螺栓相連；方形磁鐵11由于磁力的作用吸附在被測物體表面上，通過沉頭螺栓將力傳遞給彈簧片12，彈簧片12壓在T型槽的階梯上并產(chǎn)生形變將左側(cè)磁鐵固定塊1固定在被測物體表面。通過左側(cè)磁鐵固定塊1、彈簧片12、方形磁鐵11給左側(cè)有機(jī)玻璃楔塊3提供的力使左側(cè)超聲裝置穩(wěn)定地固定在被測物體的表面上并使凸臺(tái)9與被測物體表面達(dá)到穩(wěn)定的耦合狀態(tài)。

上述裝置的整體工作原理如下：首先將本裝置放置在被測物體表面，中心塊2通過底板磁鐵10提供的磁力固定在被測物體表面；旋轉(zhuǎn)蝸桿上端5，通過蝸桿下端20與左側(cè)有機(jī)玻璃楔塊的蝸輪13的配合，使左側(cè)有機(jī)玻璃楔塊3旋轉(zhuǎn)，左側(cè)有機(jī)玻璃楔塊的齒輪16和右側(cè)有機(jī)玻璃楔塊的齒輪14的嚙合使得左右側(cè)有機(jī)玻璃楔塊3、4同步轉(zhuǎn)動(dòng)來適應(yīng)所測物體的曲面；通過左側(cè)磁鐵固定塊1、和右側(cè)磁鐵固定塊7提供的力使裝置穩(wěn)定地固定在被測物體曲面并使左右側(cè)有機(jī)玻璃楔塊3、4上的凸臺(tái)9、19與被測物體表面達(dá)到穩(wěn)定的耦合狀態(tài)；讀取旋入端6的環(huán)形刻度尺上蝸桿上端5轉(zhuǎn)過的角度可得到所測物體表面的曲率；通過熱電阻8測量被測介質(zhì)溫度來進(jìn)行溫度補(bǔ)償；超聲換能器17和18配合其他儀器進(jìn)行超聲波的發(fā)射和接收，以完成測量被測介質(zhì)的殘余應(yīng)力。