一種金屬結(jié)構(gòu)的裂紋的檢測(cè)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及裂紋檢測(cè)領(lǐng)域，尤其是一種金屬結(jié)構(gòu)的裂紋的檢測(cè)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 中國(guó)發(fā)明專利CN103389341A，公開(kāi)了一種風(fēng)力機(jī)葉片裂紋檢測(cè)方法，其包括有以 下步驟：首先在風(fēng)力機(jī)葉片上安裝聲發(fā)射傳感器，并將接收到的聲發(fā)射信號(hào)傳遞給聲發(fā)射 采集系統(tǒng)，確定信號(hào)的采樣頻率、采樣長(zhǎng)度、濾波頻率等采集參數(shù)；然后基于Shannon小波 熵優(yōu)化Morlet小波基函數(shù)的帶寬參數(shù)，得到與擴(kuò)展裂紋和萌生裂紋聲發(fā)射信號(hào)特征匹配 的Morlet小波基函數(shù)，再計(jì)算聲發(fā)射信號(hào)的重分配尺度譜判斷裂紋狀態(tài)，即通過(guò)Shannon 小波熵優(yōu)化和重分配尺度譜信號(hào)處理的程序提取風(fēng)力機(jī)葉片擴(kuò)展裂紋和萌生裂紋聲發(fā)射 信號(hào)的時(shí)頻特征參數(shù)；接著根據(jù)所提取的裂紋聲發(fā)射信號(hào)的時(shí)頻特征參數(shù)來(lái)判定裂紋故障 的擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)。該發(fā)明能夠快速準(zhǔn)確地檢測(cè)葉片裂紋動(dòng)態(tài)擴(kuò)展的狀態(tài)，保證風(fēng)力機(jī)葉片的安 全性和高效性，但是該發(fā)明只能檢測(cè)裂紋的動(dòng)態(tài)擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)，而無(wú)法檢測(cè)處于靜態(tài)未擴(kuò)展的 裂紋狀態(tài)。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003] 本實(shí)用新型的目的在于提供一種金屬結(jié)構(gòu)的裂紋的檢測(cè)裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中 只能檢測(cè)動(dòng)態(tài)擴(kuò)展裂紋而不可檢測(cè)靜態(tài)未擴(kuò)展的裂紋狀態(tài)的問(wèn)題。
[0004] 為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供了一種金屬結(jié)構(gòu)的裂紋的檢測(cè)裝置，包括用 于檢測(cè)處于動(dòng)態(tài)擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)裂紋的聲發(fā)射儀和用于檢測(cè)處于靜態(tài)未擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)裂紋的超聲波 探傷儀，所述聲發(fā)射儀包括聲發(fā)射傳感器、信號(hào)處理系統(tǒng)和聲發(fā)射采集系統(tǒng)，所述聲發(fā)射傳 感器設(shè)置在待檢測(cè)的金屬結(jié)構(gòu)上，所述聲發(fā)射傳感器獲取的信號(hào)經(jīng)信號(hào)處理系統(tǒng)處理后傳 輸至聲發(fā)射采集系統(tǒng)中。
[0005] 進(jìn)一步地，所述金屬結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)。
[0006] 進(jìn)一步地，所述金屬結(jié)構(gòu)為起重機(jī)械鋼結(jié)構(gòu)。
[0007] 進(jìn)一步地，所述聲發(fā)射儀為全波形聲發(fā)射儀。
[0008] 進(jìn)一步地，所述聲發(fā)射傳感器采用壓電陶瓷材料。
[0009] 進(jìn)一步地，所述聲發(fā)射儀還包括前置放大器，所述前置放大器分別與聲發(fā)射傳感 器及信號(hào)處理系統(tǒng)連接。
[0010] 進(jìn)一步地，所述超聲波探傷儀為脈沖反射式超聲波探傷儀。
[0011] 本實(shí)用新型提供了一種金屬結(jié)構(gòu)的裂紋的檢測(cè)裝置，采用超聲波探傷儀與聲發(fā)射 儀進(jìn)行協(xié)同檢測(cè)，通過(guò)聲發(fā)射儀實(shí)現(xiàn)了裂紋的動(dòng)態(tài)擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)的檢測(cè)，通過(guò)超聲波探傷儀實(shí) 現(xiàn)了裂紋的定位與靜態(tài)未擴(kuò)展裂紋的檢測(cè)，此外，通過(guò)多次檢測(cè)還可獲取裂紋的擴(kuò)展速率， 從而提高了裂紋檢測(cè)的精度，改善了基于裂紋擴(kuò)展理論進(jìn)行疲勞壽命預(yù)測(cè)的可靠性。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的裂紋檢測(cè)的原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 下面將結(jié)合示意圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)的描述。根據(jù)下列描述 并結(jié)合權(quán)利要求書(shū)，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說(shuō)明的是，附圖均采用非常簡(jiǎn)化 的形式且均使用非精準(zhǔn)的比率，僅用以方便、明晰地輔助說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例的目的。
[0014] 本實(shí)用新型提供了一種金屬結(jié)構(gòu)的裂紋的檢測(cè)裝置，包括用于檢測(cè)處于動(dòng)態(tài)擴(kuò)展 狀態(tài)裂紋的聲發(fā)射儀和用于檢測(cè)處于靜態(tài)未擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)裂紋的超聲波探傷儀，所述聲發(fā)射儀 包括聲發(fā)射傳感器、信號(hào)處理系統(tǒng)和聲發(fā)射采集系統(tǒng)，所述聲發(fā)射傳感器設(shè)置在待檢測(cè)的 金屬結(jié)構(gòu)上，所述聲發(fā)射傳感器獲取的信號(hào)經(jīng)信號(hào)處理系統(tǒng)處理后傳輸至聲發(fā)射采集系統(tǒng) 中。
[0015] 所述金屬結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，所述金屬結(jié)構(gòu)為起重機(jī)械鋼結(jié)構(gòu)，所述聲 發(fā)射儀為全波形聲發(fā)射儀，所述聲發(fā)射傳感器采用壓電陶瓷材料，所述聲發(fā)射儀還包括前 置放大器，所述前置放大器分別與聲發(fā)射傳感器及信號(hào)處理系統(tǒng)連接，所述超聲波探傷儀 為脈沖反射式超聲波探傷儀。
[0016] 在應(yīng)用本實(shí)用新型實(shí)施例提供的金屬結(jié)構(gòu)的裂紋的檢測(cè)裝置時(shí)，需要適應(yīng)性地提 供相應(yīng)的操作方法，如圖1所示，該方法的思路為：
[0017] 采用超聲波探傷儀對(duì)起重機(jī)械的鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行裂紋檢測(cè)，識(shí)別裂紋的具體位置；
[0018] 采用聲發(fā)射儀對(duì)存在裂紋的位置進(jìn)行檢測(cè)，判斷裂紋是否處于動(dòng)態(tài)擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)；
[0019] 針對(duì)基于超聲波與聲發(fā)射協(xié)同檢測(cè)技術(shù)的多傳感器信號(hào)，采用非權(quán)重Monte Carlo法采集樣本，對(duì)采集的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，獲得高置信度的檢測(cè)結(jié)果，將檢測(cè)的結(jié)果 與理論和有限元分析的結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證該協(xié)同檢測(cè)技術(shù)的精度。
[0020] 對(duì)于處于動(dòng)態(tài)擴(kuò)展的裂紋，一定時(shí)間后再次進(jìn)行聲發(fā)射檢測(cè)，測(cè)試裂紋擴(kuò)展后的 尺寸，從而確定裂紋的動(dòng)態(tài)擴(kuò)展特性。
[0021] 具體地，該方法的實(shí)際過(guò)程為：
[0022] (1)以金屬試樣為研究對(duì)象，以斷裂力學(xué)為基礎(chǔ)，優(yōu)化基函數(shù)建立影響裂紋擴(kuò)展的 響應(yīng)面模型；再建立其三維裂紋擴(kuò)展有限元模型，通過(guò)顯式非線性靜態(tài)分析和模態(tài)分析，獲 取該試樣裂紋萌生、擴(kuò)展的動(dòng)力學(xué)特性和特征參量。
[0023] (2)以金屬試樣為研究對(duì)象，分別采用超聲波探傷儀、聲發(fā)射儀進(jìn)行裂紋檢測(cè)，研 究采集靜、動(dòng)態(tài)裂紋特征信號(hào)的最優(yōu)方案；基于兩者協(xié)同的檢測(cè)技術(shù)，對(duì)裂紋的萌生、擴(kuò)展 過(guò)程進(jìn)行檢測(cè)。
[0024] 超聲波檢測(cè)原理：
[0025] 聲壓P、聲強(qiáng)I之間的關(guān)系如下式：
[0027] 其中Pni為聲壓最大振幅；P為介質(zhì)密度；C為聲速。
[0028] 超聲波探傷儀根據(jù)缺陷返回的超聲信號(hào)的聲壓與聲強(qiáng)來(lái)判斷缺陷大小，超聲信號(hào) 的聲壓越高，示波屏上顯示的回波也就越高，據(jù)此判斷缺陷的當(dāng)量值也越大。采用超聲波探 傷儀檢測(cè)到的回波信號(hào)不能確定具體的缺陷，因此采用超聲波探傷儀檢測(cè)出裂紋、未焊透、 未熔合等缺陷都是概率性事件。
[0029] 聲發(fā)射檢測(cè)原理：
[0030] 將聲發(fā)射信號(hào)看成阻尼正弦波，則有V = Vpe etSincot
[0031] 式中，V為瞬時(shí)電壓；Vp為峰值電壓；ω為角頻率；β為衰減系數(shù)；t為時(shí)間。
[0032] 信號(hào)的能量E為：
[0034] 式中，R為電壓測(cè)量線路的輸入阻抗；V⑴為與時(shí)間有關(guān)的電壓；
[0035] 聲發(fā)射信號(hào)幅度可用于量度聲發(fā)射信號(hào)的能量。f (V)表示幅度位于VjP V 1+1之 間的聲發(fā)射事件數(shù)分布，則
[0036]
F(V1)為峰值高于V1的事件數(shù)。
[0037] 聲發(fā)射事件總數(shù)與裂紋長(zhǎng)度之間存在良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，聲發(fā)射事件總數(shù)越大，裂 紋長(zhǎng)度越長(zhǎng)，但兩者不是線性關(guān)系。