CN105823582B - 一种大曲率构件表层残余应力短声程超声无损探头 - Google Patents

一种大曲率构件表层残余应力短声程超声无损探头 Download PDF

Info

Publication number
CN105823582B
CN105823582B CN201610007332.1A CN201610007332A CN105823582B CN 105823582 B CN105823582 B CN 105823582B CN 201610007332 A CN201610007332 A CN 201610007332A CN 105823582 B CN105823582 B CN 105823582B
Authority
CN
China
Prior art keywords
residual stress
component
detection
ultrasonic
destructive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610007332.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105823582A (zh
Inventor
徐春广
张翰明
李飞
田海兵
王俊峰
吕卓
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute of Technology BIT
Original Assignee
Beijing Institute of Technology BIT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Institute of Technology BIT filed Critical Beijing Institute of Technology BIT
Priority to CN201610007332.1A priority Critical patent/CN105823582B/zh
Publication of CN105823582A publication Critical patent/CN105823582A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105823582B publication Critical patent/CN105823582B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/25—Measuring force or stress, in general using wave or particle radiation, e.g. X-rays, microwaves, neutrons
    • G01L1/255—Measuring force or stress, in general using wave or particle radiation, e.g. X-rays, microwaves, neutrons using acoustic waves, or acoustic emission
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/0047—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes measuring forces due to residual stresses
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/24—Probes
    • G01N29/2437—Piezoelectric probes

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

本发明涉及了一种针对曲率大难耦合接触的构件而进行残余应力超声测量的装置。包括有机玻璃楔块、压电晶片、密封盖。传感器装置的功能实现是通过压电晶片一发一收以及自发自收的结构，其突出特点为临界折射纵波在被检测构件中的短声程传播以及携带测间距和纵向和横向残余应力的检测功能。该发明提出的设计思路新颖，发明装置的结构很好的解决了曲率大难耦合接触构件残余应力检测的难题，有广泛的应用前景。

Description

一种大曲率构件表层残余应力短声程超声无损探头
一、技术领域
本发明设计了一种适用于曲率大难耦合接触检测构件残余应力的超声检测探头。该装置可以通过水耦合非接触的方式激发出临界折射纵波且在被检测构件中短声程传播，从而实现表面复杂构件近表面小区域残余应力的检测。属于无损检测领域。
二、背景技术
残余应力是金属加工过程中由于不均匀的应力场、应变场、温度场和组织不均匀性，在形变后保留下来的应力。残余应力的存在对机械构件的可靠性有很大影响，特别是对结构件的疲劳寿命、尺寸稳定性和抗腐蚀能力影响很大并且会导致应力集中，从而导致材料产生微裂纹，而这些裂纹在一定条件下导致材料断裂，从而引起严重的事故。因此研究各种情况残余应力测量就显得尤为重要。
现阶段可以对构件外表面实现应力分析的有磁记忆设备以及X射线应力分析仪。磁记忆设备仅可定性分析应力集中，无法测定应力值。X射线应力分析仪难以实现现场测量，且对人体有一定危害。临界折射纵波对应力敏感，在应用临界折射纵波进行应力检测时，鉴于一些构件曲率的影响，导致现有的接触性检测楔块很难与被测构件耦合接触从而晶片激发的声束很难经波形转换激发出所需波形。另一方面鉴于现代很多被检测构件对其特定微小区域的残余应力检测的需求，现有的检测楔块不能对其小区域的残余应力进行准确的检测。本发明依据上述问题，设计出能对曲率大难耦合接触的被检测构件进行残余应力检测的传感器，并且能检测构件在小区域内部的纵向和横向的残余应力同时检测传感器与被检测构件之间的距离。本发明不仅结构简单，使用方便而且也在一定程度上提高了检测残余应力的效率。具有广泛的社会应用前景。
相对于已经获批专利：“曲面钢板残余应力超声检测收发装置，申请号：CN201110283060”测量曲面曲率单一，不具有变曲率曲面构件和小区域测量残余应力测量的灵活性，另一方面其发明不具备与现代自动化检测的相关设计思想，致使其检测不同区域的过程是由手的移动完成，使检测效率大大下降。并且移动精度也受到不可避免的主观影像。本发明的特点在于对于曲面的残余应力测量更具有灵活性，即可对不同曲率的钢板残余应力以非接触水耦合的方式进行测量。同时本发明在结构上实现短声程残余应力检测，满足了在曲面小区域残余应力检测的需求。同时可有效的改变传感器与被检测构件的距离，从而灵活调整增量范围。另一方面本发明本着自动化检测的设计思想，有效的实现了以现代工业机械手的结合。致使检测效率和检测准确性得到有效的提高。
三、发明内容：
本发明设计了一种适用于曲率大难放置传感器构件的残余应力超声测量无损探头。该装置与曲面实施非接触水耦合而且带有测距以及纵向和横向残余应力检测功能，可保证测量结果的可靠性。
本发明是这样实现的：超声纵波以一定角度入射，可在被检测构件表面激发出临界折射纵波并且在被测构件短距离传播，保证检测构件微小区域的可靠性。本发明采用压电晶片作为超声波的激发装置，将其安置在有机玻璃楔块上并且固定于可运动支架上，被检测固定于机械手上并且随机械手运动，通过压电片自发自收形式测量与叶片的距离从而保证合适的间距，然后另外两组压电晶片通过一发一收的形式对被检测构件的纵向和横向的应力进行测量。
四、附图说明：
图1是叶片表面应力检测装置；
图2是测距压电晶片、密封盖和固定架的结构图；
图3是测距压电晶片的主剖面图；
图4是测距压电晶片的俯视图。
附图标记说明如下：1、固定架 2、密封盖(图3) 3检测应力压电晶片 4、水 5、检测曲面 6、测距压电晶片 7、有机玻璃楔块(图2) 8、固定螺纹 9、密封槽 10、线槽
五、具体实施方式：
下面对本发明的具体实施方式进行详细说明：
图1为叶片表面残余应力超声检测示意图，包括有机玻璃楔块7(图2)，封盖2，测距压电晶片6,检测应力压电晶片3
对于检测构件表面残余应力检测时，须将传感器通过封盖上的螺纹固定在可移动固定架上，然后浸入水中。同时被检测构件也浸入水中，通过对可移动装置进行有效控制，从而始终保持传感器与被检测构件具有合适间距。然后由其他的两组压电晶片依次激发超声波，从而产生临界折射纵波，且使产生的临界折射纵波在被检测构件的微小区域进行短距离的传播，从而依次检测某一微小区域的横向和纵向的残余应力。然后在通过移动被检测构件对其所要求检测的残余应力区域依次进行检测。

Claims (7)

1.一种大曲率构件表层残余应力短声程超声无损探头，其特征在于，它能对曲率大难耦合不易接触测量的构件通过非接触水耦合的方式，激发临界折射纵波，从而实现对其构件较小区域的纵向和横向残余应力的测量；
其包括固定架、与所述固定架的一端固连的密封盖、与所述密封盖固连的有机玻璃楔块，其中在靠近所述密封盖的所述有机玻璃楔块端部的中心位置设置有测距压电晶片，在所述测距压电晶片的周围设置两对呈十字形分布的检测应力压电晶片，所述检测应力压电晶片底部向所述测距压电晶片倾斜设置。
2.根据权利要求1所述的超声无损探头，其特征在于，对被检测构件较小区域的残余应力检测功能是通过合理设计所述有机玻璃楔块的结构以实现较为合适的超声波入射角以及所述压电晶片的相对位置，从而使激发的临界折射纵波在被检测构件短距离传播。
3.根据权利要求1所述的超声无损探头，其特征在于，对被检测构件纵向和横向的检测功能是通过合理安排所述有机玻璃楔块的布局和超声波隔离槽，使两组压电晶片可实现依次的超声波收发功能且互不干涉。
4.根据权利要求1所述的超声无损探头，其特征在于，对曲率大难耦合的构件以非接触的形式对其残余应力进行检测，是通过合理放置所述压电晶片使其能通过自发自收的功能检测传感器与被检测构件的距离，以保证它们的最佳间距而实现的。
5.根据权利要求1所述的超声无损探头，其特征在于，曲率大难耦合的构件以非接触的形式对其进行残余应力测量，是通过合理计算超声波在不同介质之间的折射角度，使检测在改变检测距离的同时从而改变相应的检测范围，从而使检测过程更具有灵活性。
6.根据权利要求1所述的超声无损探头，其特征在于，通过水耦合的方式检测所设计的所述密封盖，通过利用胶圈压紧的方式有效的防止探头内部进水，同时其巧妙的结构设计也非常有利于探头整体以及相关信号线的安装固定。
7.根据权利要求1所述的超声无损探头，其特征在于，为实现构件小区域的检测探头整体采用锥体形状，以在空间小的测量区域内仍然具有使用价值。
CN201610007332.1A 2016-01-06 2016-01-06 一种大曲率构件表层残余应力短声程超声无损探头 Active CN105823582B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610007332.1A CN105823582B (zh) 2016-01-06 2016-01-06 一种大曲率构件表层残余应力短声程超声无损探头

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610007332.1A CN105823582B (zh) 2016-01-06 2016-01-06 一种大曲率构件表层残余应力短声程超声无损探头

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105823582A CN105823582A (zh) 2016-08-03
CN105823582B true CN105823582B (zh) 2019-05-14

Family

ID=56986916

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610007332.1A Active CN105823582B (zh) 2016-01-06 2016-01-06 一种大曲率构件表层残余应力短声程超声无损探头

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105823582B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106872088B (zh) * 2017-03-09 2018-04-24 中国石油大学(华东) 适应不同曲面的超声应力检测探头装置
CN107328860A (zh) * 2017-07-12 2017-11-07 华东理工大学 一种试样表面残余应力的无损检测方法
CN107702831A (zh) * 2017-08-31 2018-02-16 北京金风慧能技术有限公司 工件状态检测方法及装置
CN109883592B (zh) * 2019-03-14 2020-08-14 北京理工大学 动态杆件残余应力无损检测装置
CN111678629B (zh) * 2020-06-05 2021-10-22 北京理工大学 一种海洋结构件内部服役应力超声监测探头

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06258297A (ja) * 1993-03-04 1994-09-16 Japan Steel Works Ltd:The 超音波材料試験装置および超音波を用いた材料の試験方法
JP4323293B2 (ja) * 2003-11-13 2009-09-02 三菱電機株式会社 超音波探傷装置
JP2010236892A (ja) * 2009-03-30 2010-10-21 Toshiba Corp 超音波式応力測定装置及び超音波式応力測定方法
WO2012074997A1 (en) * 2010-11-29 2012-06-07 Board Of Regents Of The University Of Nebraska System and method for ultrasonically evaluating structural properties
CN103135622A (zh) * 2013-01-21 2013-06-05 北京理工大学 局部残余应力超声检测与闭环控制装置
CN103808806A (zh) * 2014-03-12 2014-05-21 北京理工大学 一种用于测量齿轮齿根周向残余应力的超声无损检测方法
CN105158342B (zh) * 2015-09-18 2018-03-09 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 一种超声水浸无损评价残余应力的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105823582A (zh) 2016-08-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105823582B (zh) 一种大曲率构件表层残余应力短声程超声无损探头
CN103336055B (zh) 用相控阵超声检测核电站主回路管道焊缝质量的方法
WO2019033466A1 (zh) 一种基于特征导波的焊缝缺陷检测压电阵列式柔性传感器及检测方法
US8091427B2 (en) Nondestructive inspection apparatus and nondestructive inspection method using guided wave
CN104807888A (zh) 一种用于微裂纹长度测量的非共线混频超声检测方法
CN110346453B (zh) 一种混凝土结构内缺陷小排列反射回波快速检测方法
CN103808805A (zh) 一种滚柱轴承内外滚道残余应力的超声无损检测方法
CN108088913B (zh) 用于钢轨轨底探伤的压电超声导波探头及其探伤方法
US20130111999A1 (en) Method and device for non-destructive material testing by means of ultrasound
KR101308071B1 (ko) 곡률 쐐기를 가지는 위상배열 초음파 탐촉자의 빔 집속점 보정 방법
KR20100045284A (ko) 위상배열 초음파 탐상을 위한 보정(대비)시험편 및 보정절차
CN109307568A (zh) 焊接残余应力的无损检测方法及采用该方法的探头
CN103983699A (zh) 一种柔性梳状声表面波相控阵换能器
CN105954356A (zh) 一种基于有限幅度法的金属块闭合裂纹检测定位方法
Russell et al. Development and implementation of a membrane-coupled conformable array transducer for use in the nuclear industry
CN103926324A (zh) 一种超声表面波检测主汽管道蠕变损伤的方法
Cawley Guided waves in long range nondestructive testing and structural health monitoring: Principles, history of applications and prospects
CN103954628B (zh) 联合eemd和近似熵的钢管损伤监控方法
KR20100124238A (ko) 위상배열 초음파 탐상을 위한 보정(대비)시험편 및 보정절차
CN104751916A (zh) 一种小管径内壁检查超声-涡流组合探头
CN103512953A (zh) 采用多探头的超声波检验方法
Tan et al. Structural health monitoring of bridges using acoustic emission technology
KR101191364B1 (ko) 비선형 평가 시스템 및 장치
CN109470774A (zh) 基于铝板缺陷检测的超声导波聚焦换能器
Bakre et al. Nonlinear mixing of laser generated narrowband Rayleigh surface waves

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Xu Chunguang

Inventor after: Zhang Hanming

Inventor after: Li Fei

Inventor after: Tian Haibing

Inventor after: Wang Junfeng

Inventor after: Lv Zhuo

Inventor before: Xu Chunguang

Inventor before: Li Fei

Inventor before: Zhang Hanming

Inventor before: Tian Haibing

Inventor before: Wang Junfeng

Inventor before: Lv Zhuo

CB03 Change of inventor or designer information
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant