一種超聲波殘余應(yīng)力測試表面定位耦合裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超聲波殘余應(yīng)力測試表面定位耦合裝置，該裝置包括有機玻璃楔塊、換能器固定螺紋孔、定位鏡筒，膠膜袋，水流管，微型水槽；所述有機玻璃楔塊固定超聲波換能器或者超聲波收發(fā)探頭，所述螺紋孔下方直通有機玻璃楔塊下表面；定位鏡筒位于玻璃楔塊中間，膠膜袋與換能器固定螺紋孔無縫連接。本發(fā)明對現(xiàn)有提供的超聲波殘余應(yīng)力測試表面耦合裝置一方面可以快速、簡單、靈活的定位需要應(yīng)力測試的位置，并保證應(yīng)力測試的方向和材料軋制的方向平行或者垂直；另一方面提高了超聲波殘余應(yīng)力的測試精度，同時避免了根據(jù)不同曲率值加工有機玻璃楔塊帶來的較高成本和生產(chǎn)效率降低，實現(xiàn)單一裝置可以多個曲率測試。
【專利說明】
一種超聲波殘余應(yīng)力測試表面定位耦合裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種超聲波殘余應(yīng)力測試表面定位耦合裝置，具體涉及一種可以在超 聲波殘余應(yīng)力測試過程中準(zhǔn)確簡單定位且測試誤差少的超聲波殘余應(yīng)力測試表面定位耦 合裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前使用超聲波殘余測試的步驟主要為:一、對需要測試的材料進行聲彈性系數(shù)K 和零應(yīng)力校準(zhǔn)塊超聲波傳播速度采集;二、對待測試位置進行標(biāo)記，通常根據(jù)所需要測試的 位置建立二維坐標(biāo)系;三、對所需要測試的位置進行涂抹耦合劑；四、將固定有超聲波換能 器的有機玻璃塊固定在待測坐標(biāo)處;五、對需要測量的坐標(biāo)點進行應(yīng)力測試。
[0003] 步驟一中對聲彈性系數(shù)進行標(biāo)定的過程中需要分別對同種材料平行乳制方向和 垂直乳制方向進行標(biāo)定，超聲波在零應(yīng)力校準(zhǔn)塊中的傳播速度也要分別按照平行乳制方向 和垂直方向進行采集。超聲波主要是基于聲彈性原理對殘余應(yīng)力進行測試的，即利用材料 中超聲波的傳播速度和材料中的殘余應(yīng)力呈線性關(guān)系對殘余進行測試，超聲波的傳播速度 不僅與測試工件中的應(yīng)力有關(guān)，也與工件材料的乳制方向有關(guān)。同樣超聲波在零應(yīng)力試樣 中的傳播速度也是超聲波殘余應(yīng)力的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，而超聲波在零應(yīng)力樣中的傳播速度，也同 樣的與材料的乳制方向有關(guān)。通常對材料殘余應(yīng)力的測試分為平行乳制方向和垂直乳制方 向的應(yīng)力測試，如果使用超聲波進行殘余應(yīng)力測試，在定位的過程不能使超聲波在材料中 的傳播方向準(zhǔn)確的與材料乳制方向和垂直方向，而使用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)聲彈性系數(shù)K和零應(yīng)力 樣中的傳播速度是根據(jù)平行材料乳制方向或者垂直材料乳制方向得到，從而使超聲波殘余 應(yīng)力測試誤差較大;另一方面，當(dāng)測試的工件表面比較粗糙時，以及帶有曲率的管道等進行 應(yīng)力測試時，固定超聲波換能器的有機玻璃楔塊和測試工件的接觸表面造成耦合狀態(tài)較 差，導(dǎo)致超聲波在耦合較差的界面上發(fā)生較高的衰減，使超聲波殘余應(yīng)力測試的結(jié)果誤差 較大。
[0004] 目前使用的有機玻璃楔塊透明度不足，無定位的鏡筒十字線作為參考物，通常只 能將超聲波應(yīng)力測試裝置大約固定在所需測試的位置，根據(jù)經(jīng)驗調(diào)整有機玻璃楔塊，使超 聲波傳播的方向和測試應(yīng)力的方向平行，進而導(dǎo)致誤差較大。
[0005] 目前超聲波換能器有機玻璃固定楔塊通常使用甘油或者蜂蜜等作為耦合劑，和測 試工件的表面接觸耦合，有機玻璃楔塊由于硬度較高，難以變形，與粗糙度較高和帶有曲率 的工件測試面接觸時，耦合狀態(tài)較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明設(shè)計了一種超聲波殘余應(yīng)力測試表面定位耦合裝 置。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種超聲波殘余應(yīng)力測試表面定位耦合裝置，其特征是，該 裝置包括有機玻璃楔塊、換能器固定螺紋孔、定位鏡筒、膠膜袋、水流管和微型水槽，所述有 機玻璃楔塊固定超聲波換能器或者超聲波收發(fā)探頭，所述螺紋孔下方直通有機玻璃楔塊下 表面，定位鏡筒位于玻璃楔塊中間，膠膜袋與換能器固定螺紋孔無縫連接。
[0008] 進一步的，水流管設(shè)置水流壓力傳感器和微型水栗，微型水栗與微型水槽連接。
[0009] 進一步的，定位鏡筒為高透明鏡筒，定位鏡筒與測試點接觸一側(cè)制有十字刻度線。 本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，玻璃楔塊起到固定超聲波換能器的作用，玻璃楔塊中間部分設(shè)置定 位鏡筒，定位鏡筒為高透明鏡筒，高透明鏡筒與測試點接觸的一側(cè)制有十字刻度線，通過觀 察定位鏡筒將玻璃楔塊固定在所需應(yīng)力測試的大約位置，根據(jù)鏡筒中的十字線調(diào)整有機玻 璃楔塊，使十字線的中間位置和測試點的中間位置對齊，并使十字線的兩條線分別測試點 的兩條線重合，達到準(zhǔn)確定位的目的。
[0010] 進一步的，將超聲波收發(fā)探頭裝配在換能器螺紋孔之前，螺紋孔下方膠膜袋不注 入水。如果在裝配探頭之前就注入水，水栗的管路不封閉，容易導(dǎo)致水流溢出，而擰入換能 器后水栗管路能夠保證封閉，避免水流溢出，超聲波探頭裝配后，通過調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)微型水栗控 制微型水槽和水流管的水流方向，當(dāng)水流壓力傳感器的示數(shù)與標(biāo)定示數(shù)相同時，停止調(diào)整 微型水栗。
[0011] 進一步的，膠膜袋可以柔軟變形，與粗糙度較高或者帶有曲率的測試面可以實現(xiàn) 良好耦合，減少了由于接觸面粗糙度大，帶有曲率測試面導(dǎo)致的耦合狀態(tài)較差的影響。
[0012] 本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明對現(xiàn)有超聲波殘余應(yīng)力測試表面耦合裝置進行了改 進，一方面，可以快速、簡單、靈活的定位需要應(yīng)力測試的位置，并保證應(yīng)力測試的方向和材 料乳制的方向平行或者垂直;另一方面，膠膜帶可以柔軟變形，與粗糙度較高或者帶有曲率 的測試面可以實現(xiàn)良好耦合，減少了由于接觸面粗糙度大，帶有曲率測試面導(dǎo)致的耦合狀 態(tài)較差的影響，提高超聲波殘余應(yīng)力的測試精度，同時避免了根據(jù)不同曲率值加工有機玻 璃楔塊帶來的較高成本和生產(chǎn)效率降低，實現(xiàn)單一裝置可以多個曲率測試。
【附圖說明】
[0013] 圖1為發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明膠膜袋部分結(jié)構(gòu)俯視示意圖； 圖3為本發(fā)明膠膜袋部分結(jié)構(gòu)左視示意圖； 圖4為本發(fā)明對材料測試時選取的殘余應(yīng)力測試點的分布圖； 圖5為本發(fā)明對材料測試時定位示意圖。
【具體實施方式】
[0014] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做更進一步的解釋。
[0015] 如圖1至圖5所示，本發(fā)明的【具體實施方式】是包括有機玻璃楔塊1、換能器固定螺紋 孔2、定位鏡筒3、膠膜袋4、水流管5和微型水槽8，有機玻璃楔塊1固定超聲波換能器或者超 聲波收發(fā)探頭，換能器固定螺紋孔2下方直通有機玻璃楔塊1下表面，定位鏡筒3位于玻璃楔 塊1中間，膠膜袋4與換能器固定螺紋孔2無縫連接;水流管5設(shè)置水流壓力傳感器7和微型水 栗7,微型水栗7與微型水槽8連接。
[0016] 測試前，按照工件的具體工作情況、自身特征和生產(chǎn)要求確定需要進行應(yīng)力測試 的位置，布置好坐標(biāo)點。對測試點1平行焊縫方向的應(yīng)力進行測試時，根據(jù)鏡筒中十字線9的 位置調(diào)節(jié)有機玻璃楔塊1，使鏡筒十字線9和測試點坐標(biāo)點的十字線中心重合，并且與坐標(biāo) 點十字線的相交線重合，通過這一步驟能夠精確的定位需要應(yīng)力測試的坐標(biāo)位置，保證超 聲波傳播的方向與應(yīng)力測試的方向平行，防止測試點位置不準(zhǔn)確和超聲波傳播方向和應(yīng)力 測試的方向不平行而使用錯誤的應(yīng)力常數(shù)K和零應(yīng)力塊傳播速度帶來較大的誤差。
[0017]將超聲波探頭裝配在換能器螺紋孔之前，螺紋孔下方膠膜袋不注入水，如果在裝 配探頭之前就注入水，水栗的管路不封閉，容易導(dǎo)致水流溢出，而擰入換能器后水栗管路能 夠保證封閉，避免水流溢出，當(dāng)超聲波探頭裝配后，通過調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)微型水栗控制微型水槽和 水流管的水流方向，具體根據(jù)水流壓力傳感器6的顯示數(shù)值，調(diào)節(jié)微型水栗7,使微型水槽8 中的水進入水流管5或者使水流管5中的水流出到微型水槽8中，當(dāng)水流壓力傳感器6的顯示 數(shù)值和標(biāo)定時的顯示數(shù)值相同時，停止調(diào)節(jié)微型水栗7,此時膠膜袋4和測試表面達到與標(biāo) 定時一致的耦合壓力，從而可以避免由于測試和標(biāo)定時耦合壓力不一致帶來的耦合誤差， 提高測試精度。
[0018]如果測試的工件表面是粗糙度較高的平面，或者測試工件的表面帶有一定的曲 率，膠膜袋4可以柔軟變形，使膠膜袋4和測試面良好耦合，可柔軟變形的膠膜袋4對帶有曲 率的管道等測試可以良好耦合，避免了根據(jù)不同曲率值加工有機玻璃楔塊帶來的較高成本 和生產(chǎn)效率降低，實現(xiàn)單一裝置可以多個曲率測試。
[0019]本發(fā)明的使用效果可以通過以下試驗得到驗證和說明： 選取高速列車常用鋁合金材料A7N01S-T5,700*230對接試板，按照相同距離布置殘余 應(yīng)力測試點。不采用本發(fā)明的軌道超聲波殘余應(yīng)力測試表面定位耦合裝置，手持穩(wěn)定固定 超聲波探頭，直接對測試點1-10點殘余應(yīng)力進行測試，測試結(jié)果見下表。
[0020] 以上述方法安裝好超聲波殘余應(yīng)力測試表面定位耦合裝置，將超聲波發(fā)生器與超 聲波測試系統(tǒng)連接，對1-10點進行殘余應(yīng)力測試，測試的結(jié)果見下表。
[0021] 采用本設(shè)計的殘余應(yīng)力測試結(jié)果相對于焊縫兩側(cè)基本對稱，而未采用本設(shè)計裝置 殘余測試結(jié)果相對于焊縫兩側(cè)的對稱性較差，采用本設(shè)計裝置可以保證測試過程耦合壓力 的一致性并與標(biāo)定時耦合壓力的一致性，同時也可以保證測試的應(yīng)力方向與標(biāo)定的應(yīng)力常 數(shù)和零應(yīng)力狀態(tài)下超聲波傳播時間的一致性，從而避免測試狀態(tài)與耦合狀態(tài)不一致性，測 試方向與標(biāo)定方向不一致性，以及測試過程中耦合狀態(tài)差異性造成的超聲波應(yīng)力測試誤 差，由焊接殘余應(yīng)力的基本特征可知，焊縫兩側(cè)對稱位置的殘余應(yīng)力也具有較好的對稱性， 所以采用超聲波殘余應(yīng)力測試表面定位耦合裝置測試的應(yīng)力結(jié)果更加可靠。
[0022] 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種超聲波殘余應(yīng)力測試表面定位耦合裝置，其特征是，該裝置包括有機玻璃楔塊、 換能器固定螺紋孔、定位鏡筒、膠膜袋、水流管和微型水槽，所述有機玻璃楔塊固定超聲波 換能器或者超聲波收發(fā)探頭，所述螺紋孔下方直通有機玻璃楔塊下表面，定位鏡筒位于玻 璃楔塊中間，膠膜袋與換能器固定螺紋孔無縫連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲波殘余應(yīng)力測試表面定位耦合裝置，其特征是，水流 管設(shè)置水流壓力傳感器和微型水栗，微型水栗與微型水槽連接。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲波殘余應(yīng)力測試表面定位耦合裝置，其特征是，定位 鏡筒為高透明鏡筒，定位鏡筒與測試點接觸一側(cè)制有十字刻度線。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲波殘余應(yīng)力測試表面定位耦合裝置，其特征是，將超 聲波收發(fā)探頭裝配在換能器螺紋孔之前，螺紋孔下方膠膜袋不注入水。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種超聲波殘余應(yīng)力測試表面定位耦合裝置，其特征是，調(diào)整 微型水栗可以控制微型水槽和水流管的水流方向，當(dāng)水流壓力傳感器的示數(shù)與標(biāo)定示數(shù)相 同時停止調(diào)整微型水栗。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲波殘余應(yīng)力測試表面定位耦合裝置，其特征是，膠膜 袋可以柔軟變形。
【文檔編號】G01N29/28GK105910742SQ201610510750
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年7月1日
【發(fā)明人】薛海峰, 高滄, 夏寧, 趙佳佳, 戴忠晨, 云中煌
【申請人】南京中車浦鎮(zhèn)城軌車輛有限責(zé)任公司