CN114137081A - 轴承套圈高灵敏度小盲区超声检测方法 - Google Patents
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Abstract
轴承套圈高灵敏度小盲区超声检测方法，它涉及轴承套圈的检测方法。它解决了现有水浸超声检测法对轴承套圈微缺陷的检测存在灵敏度低和盲区大的问题。方法：一、制备平底孔对比试样和滚道平底孔试样；二、设备灵敏度调节；三、将滚道平底孔试样放在水浸超声设备三爪卡盘锁住并对中，采用纵波垂直入射外径面方式检测滚道平底孔试样的整个外径面，探头焦点打在滚道平底孔试样的外径面，获检测数据。本发明检测套圈入射面盲区1.5mm，反射面盲区为0.8mm，保证了内部检测的全部覆盖，减小了超声检测的表面盲区，提高缺陷控制范围。本发明对微小缺陷可以准确检测并定位，保证水浸超声的检测质量。本发明适用于轴承套圈高灵敏度小盲区超声检测。
Description
技术领域
本发明涉及轴承套圈的检测方法。
背景技术
航空主轴轴承是航空发动机重要传动构件，其工作可靠性对航空设备的安全有着不可替代的影响。数据显示航空机械的各类重大机械事故中，航空轴承故障率占有很大比例。因此针对航空轴承的安全性检测，保证航空设备的故障率，减少航空事故具有十分重要的现实意义。套圈是轴承的重要组成部分，航空轴承随着三、四代机产品的开发与批产，对可靠性和质量及推重比、工况条件、使用寿命等方面提出了更高的要求，因此对轴承材料的缺陷控制也越来越严格。目前对于航空轴承类锻件锻造折叠、孔洞等内部缺陷的检测较为适用的方法为水浸超声法。
水浸超声检测主要是基于超声波在工件中的传播特性，是目前应用于检测内部微缺陷方法中应用比较广泛的检测方法之一。超声检测方法中的水浸超声检测技术为更加精确的检测方法，运用自动化检测***，结合自动扫查装置可实现曲面跟踪扫描、自动采集及记录数据、缺陷定位等。该技术原理为在固体、液体中传播的超声的波物理特性，如两种介质阻抗不同时超声波在界面发生的反射、折射及波型转换，在固体、液体中传播的超声波的能量衰减。通过信号接收及分析，实现缺陷当量尺寸、位置等信息。航空主轴轴承质量要求的不断提高，对水浸超声检测技术提出许多问题，如微缺陷的精确测量、定位，高灵敏度小盲区点聚焦超声检测技术等。
检测套圈表面盲区较大，对于大部分轴承套圈总加工余量单边较小。为保证内部检测的全部覆盖，只能通过增加锻件加工余量或增加反方向入射检测(对于较小套圈不易实现)，因此急需减小入射盲区尺寸，提高缺陷控制范围。套圈缺陷较小，对于如何界定不同深度缺陷的影响，确定超声验收水平，以及控制检测的定位准确性提出了更高要求。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有水浸超声检测法对轴承套圈微缺陷的检测存在灵敏度低和盲区大的问题，而提供轴承套圈高灵敏度小盲区超声检测方法。
轴承套圈高灵敏度小盲区超声检测方法，按以下步骤实现：
一、试样制备：
平底孔对比试样：平底孔对比试样的制作材料为8Cr4Mo4V与待检套圈一致，且加工状态及尺寸相同，加工尺寸：共6个，孔径均为Φ0.4mm，直径均为50.8mm，埋深分别为1.6mm、3.2mm、6.4mm、12.7mm、25.4mm和38.1mm，厚度分别为8.0mm、9.6mm、12.8mm、19.1mm、31.8mm和44.5mm；
滚道平底孔试样：取待检套圈，制作不同埋深近表面平底孔，平底孔径为Φ0.4mm，孔深分别为0.4mm、0.8mm、1.6mm、3.2mm、5mm和6.4mm，各孔间隔均为5mm，共计两组，分别位于待检套圈沟道圆弧底部中心位置及沟道圆弧底部中心到滚道边缘1/2距离处；
二、设备灵敏度调节：
上述平底孔对比试样按照厚度顺序从薄至厚依次摆放，将埋深为1.6mm的平底孔的反射波高调至80％，将此时灵敏度设为基准灵敏度，依次记录各个平底孔对比试样的埋深为80％时的增益值，绘制TCG曲线，制作完成后，将基准灵敏度提高10dB，获得Ф0.4mm-10dB检测灵敏度；
三、超声检测盲区检测：
将步骤一中制备的滚道平底孔试样放在水浸超声设备三爪卡盘锁住并对中，采用纵波垂直入射外径面方式检测滚道平底孔试样的整个外径面，探头焦点打在滚道平底孔试样的外径面，获得检测数据，即完成轴承套圈高灵敏度小盲区超声检测。
上述步骤一中所述平底孔对比试样在加工中造成的毛刺均去除，上下边均磨圆。
上述步骤三中所述水浸超声设备采用Scan Master盘环件超声水浸检测***，型号LS-500，具有C扫成像功能，参数：检测灵敏度为Ф0.4mm-10dB当量平底孔，脉冲重复频率为600Hz。
上述步骤三中所述探头采用频率为10MHz，晶片尺寸为0.43英寸，焦距为3.5英寸的纵波点聚焦直探头。
上述步骤三中所述外径面即为超声入射面，要求没有干扰超声检测信号的杂质，外径面应采用圆头刀具加工，表面不应有车削加工纹路。
本发明具有以下优点：
航空发动机轴承作为重要的传动部件，往往具有较高的内部质量验收要求，因此对于超声检测的灵敏度水平要求也非常高。同时，轴承对于表面及近表面质量要求高，希望超声检测的近表面盲区应尽可能小。然而，对于超声检测而言，近表面盲区的存在是不可避免的，并且随着检测灵敏度的提高，近表面盲区也将随之增大。因此，在保证满足高检测灵敏度要求的前提下，尽可能地减小超声检测的盲区；而本发明结合轴承套圈锻造加工方式制作平底孔试块，根据超声检测信噪比及材料噪声信号大小等因素设置检测灵敏度，针对轴承套圈目前检测控制当量φ0.4mm-10dB当量平底孔，并作套圈加工平底孔测定盲区，目前距背反射面0.4mm埋深孔信号较小，0.8mm深孔清晰可见，距入射表面1.5mm埋深孔清晰可见，目前可确定反射面，入射面盲区。检测套圈入射面盲区1.5mm，反射面盲区为0.8mm，保证了内部检测的全部覆盖，减小了超声检测的表面盲区，提高缺陷控制范围。本发明对微小缺陷可以准确检测并定位，保证水浸超声的检测质量。
本发明适用于轴承套圈高灵敏度小盲区超声检测。
附图说明
图1为实施例中滚道平底孔试样的示意图，其中标注1为沟侧面1/4沟道宽度处；标注2为加工点沟底；标注3和4均为沿滚道圆周方向加工5个平底孔，各孔间隔均为5mm；
图2为实施例中纵波点聚焦直探头的检测示意图，其中D为晶片尺寸，F为焦距，H为水距＝88.9mm，A为焦点在水中位置，A’为焦点在被检测件中位置，l为焦点在在被检测件中的深度，l’为焦点在水中时深度；
图3为实施例中成品轴承套圈的外圈实物图；
图4为实施例中外径面进行纵波垂直入射和辅助端面检测的示意图，其中入射方向3为主超声入射面，入射方向1为辅助超声入射面，入射方向2为辅助超声入射面；
图5为实施例中超声C扫描图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式轴承套圈高灵敏度小盲区超声检测方法，按以下步骤实现：
一、试样制备：
平底孔对比试样：平底孔对比试样的制作材料为8Cr4Mo4V与待检套圈一致，且加工状态及尺寸相同，加工尺寸：共6个，孔径均为Φ0.4mm，直径均为50.8mm，埋深分别为1.6mm、3.2mm、6.4mm、12.7mm、25.4mm和38.1mm，厚度分别为8.0mm、9.6mm、12.8mm、19.1mm、31.8mm和44.5mm；
滚道平底孔试样：取待检套圈，制作不同埋深近表面平底孔，平底孔径为Φ0.4mm，孔深分别为0.4mm、0.8mm、1.6mm、3.2mm、5mm和6.4mm，各孔间隔均为5mm，共计两组，分别位于待检套圈沟道圆弧底部中心位置及沟道圆弧底部中心到滚道边缘1/2距离处；
二、设备灵敏度调节：
上述平底孔对比试样按照厚度顺序从薄至厚依次摆放，将埋深为1.6mm的平底孔的反射波高调至80％，将此时灵敏度设为基准灵敏度，依次记录各个平底孔对比试样的埋深为80％时的增益值，绘制TCG曲线，制作完成后，将基准灵敏度提高10dB，获得Ф0.4mm-10dB检测灵敏度；
三、超声检测盲区检测：
将步骤一中制备的滚道平底孔试样放在水浸超声设备三爪卡盘锁住并对中，采用纵波垂直入射外径面方式检测滚道平底孔试样的整个外径面，探头焦点打在滚道平底孔试样的外径面，获得检测数据，即完成轴承套圈高灵敏度小盲区超声检测。
本实施方式步骤三中水浸超声设备具备自动扫查装置，能完成利用精密机械***进行多轴精确扫查、曲面及复杂形面的仿形跟踪，具备水浸超声成像功能，检测过程中具有C扫实时成像功能并可对缺陷进行评判与缺陷跟踪定位。
本实施方式步骤三中采用纵波点聚焦直探头，点聚焦探头的聚焦区域能量较大灵敏度高，焦点声束直径小分辨率好，拥有较好信噪比。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，步骤一中所述平底孔对比试样在加工中造成的毛刺均去除，上下边均磨圆。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是，步骤三中所述水浸超声设备采用Scan Master盘环件超声水浸检测***，型号LS-500，具有C扫成像功能，参数：检测灵敏度为Ф0.4mm-10dB当量平底孔，脉冲重复频率为600Hz。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是，步骤三中所述探头采用频率为10MHz，晶片尺寸为0.43英寸，焦距为3.5英寸的纵波点聚焦直探头。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是，步骤三中所述外径面即为超声入射面，要求没有干扰超声检测信号的杂质，外径面应采用圆头刀具加工，表面不应有车削加工纹路。其它与具体实施方式一相同。
本实施方式中车削加工纹路会引起的噪声干扰。
通过以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例：
轴承套圈高灵敏度小盲区超声检测方法，按以下步骤实现：
一、试样制备：
平底孔对比试样：平底孔对比试样的制作材料为8Cr4Mo4V与待检套圈一致，且加工状态及尺寸相同，加工尺寸：共6个，孔径均为Φ0.4mm，直径均为50.8mm，埋深分别为1.6mm、3.2mm、6.4mm、12.7mm、25.4mm和38.1mm，厚度分别为8.0mm、9.6mm、12.8mm、19.1mm、31.8mm和44.5mm；
滚道平底孔试样：取待检套圈，制作不同埋深近表面平底孔，平底孔径为Φ0.4mm，孔深分别为0.4mm、0.8mm、1.6mm、3.2mm、5mm和6.4mm，各孔间隔均为5mm，共计两组，分别位于待检套圈沟道圆弧底部中心位置及沟道圆弧底部中心到滚道边缘1/2距离处；
二、设备灵敏度调节：
上述平底孔对比试样按照厚度顺序从薄至厚依次摆放，将埋深为1.6mm的平底孔的反射波高调至80％，将此时灵敏度设为基准灵敏度，依次记录各个平底孔对比试样的埋深为80％时的增益值，绘制TCG曲线，制作完成后，将基准灵敏度提高10dB，获得Ф0.4mm-10dB检测灵敏度；
三、超声检测盲区检测：
将步骤一中制备的滚道平底孔试样放在水浸超声设备三爪卡盘锁住并对中，采用纵波垂直入射外径面方式检测滚道平底孔试样的整个外径面，探头焦点打在滚道平底孔试样的外径面，获得检测数据，即完成轴承套圈高灵敏度小盲区超声检测。
本实施例步骤一中所述平底孔对比试样在加工中造成的毛刺均去除，上下边均磨圆。
本实施例步骤一中待检套圈的材料为8Cr4Mo4V。
本实施例步骤三中所述水浸超声设备采用Scan Master盘环件超声水浸检测***，型号LS-500，具有C扫成像功能，参数：检测灵敏度为Ф0.4mm-10dB当量平底孔，脉冲重复频率为600Hz。
本实施例步骤三中所述探头采用频率为10MHz，晶片尺寸为0.43英寸，焦距为3.5英寸的纵波点聚焦直探头。
本实施例步骤三中所述外径面即为超声入射面，要求没有干扰超声检测信号的杂质，外径面应采用圆头刀具加工，表面不应有车削加工纹路。
本实施例步骤一中滚道平底孔试样的示意图见图1，可见待检套圈沟道圆弧底部中心位置及沟道圆弧底部中心到滚道边缘1/2距离处；其中滚道边缘1/2距离处也就是图1中标注为1的位置，即沟侧面1/4沟道宽度处；标注为2的位置，即为加工点沟底；标注3和4均为沿滚道圆周方向加工5个平底孔，各孔间隔均为5mm。
本实施例中纵波点聚焦直探头的检测示意图见图2，其中D为晶片尺寸，F为焦距，H为水距＝88.9mm，A为焦点在水中位置，A’为焦点在被检测件中位置，l为焦点在在被检测件中的深度，l’为焦点在水中时深度。
本实施例步骤二中设备灵敏度调节后进行验证：
准备表面不同粗糙度试件，测试背反射波高情况及噪声信号的超声效果。因实际锻件套圈表面粗糙度均较好，利用现场锻件套圈实物开展测试。检测时将套圈放在三爪卡盘锁紧自对中，转盘旋转，水浸超声探头焦点打在外径表面，探头垂直外径入射并沿外径方向垂直步进式扫查；3个待检套圈分别标记为1，2和3。
准备情况见表1：
| 编号 | 外径(mm) | 入射面粗糙度μm |
| 1# | 137 | 0.443 |
| 2# | 183 | 0.326 |
| 3# | 225 | 0.652 |
验证结果如表2所示：目前测试结果下，-10dB下噪声信号较大者为16％，接近20％上限，可提高的增益数很少，通过实际增加后的情况看存在噪声明显增高，甚至消失的情况，因零件表面粗糙度已经小，所以可以提高的灵敏度空间较小。因检测材料限制，当增加检测灵敏度后材料噪声增加明显影响检测信号的准确识别，信噪比降低。
表2
本实施例中超声检测盲区检测，采用纵波直入射法测试平底孔缺陷表面、表面盲区，传输修正及对应缺陷超声信号波形分析，最终确定选用10MHz、晶片直径0.43英寸、焦距3.5英寸的水浸点聚焦纵波探头，以Ф0.4mm-10dB作为检测灵敏度，更高频率探头受表面噪声和材料晶粒的影响，杂波相对较高。该成品套圈为外圈(图3)，选择外径面进行声波垂直入射，并辅助端面检测(图4，其中入射方向3为主超声入射面，入射方向1为辅助超声入射面，入射方向2为辅助超声入射面)。
采用外径面垂直入射检测，结果为试件上的缺陷位置均有效检出，超声C扫描图如图5所示，经测试，对于成品轴承套圈滚道面孔深0.4mm的平底孔也有一定识别，但信号稍弱，但0.8mm的孔信号较大，因此对于背反射面的超声检测相对较为理想，可控制在0.8mm。入射面盲区根据滚道中间位置厚度为7.9mm可以推算出平底孔距外径为1.5mm，且该孔信号较大，信噪比较高则入射面盲区可以达到1.5mm。
Claims (5)
1.轴承套圈高灵敏度小盲区超声检测方法，其特征在于它按以下步骤实现：
一、试样制备：
平底孔对比试样：平底孔对比试样的制作材料为8Cr4Mo4V与待检套圈一致，且加工状态及尺寸相同，加工尺寸：共6个，孔径均为Φ0.4mm，直径均为50.8mm，埋深分别为1.6mm、3.2mm、6.4mm、12.7mm、25.4mm和38.1mm，厚度分别为8.0mm、9.6mm、12.8mm、19.1mm、31.8mm和44.5mm；
滚道平底孔试样：取待检套圈，制作不同埋深近表面平底孔，平底孔径为Φ0.4mm，孔深分别为0.4mm、0.8mm、1.6mm、3.2mm、5mm和6.4mm，各孔间隔均为5mm，共计两组，分别位于待检套圈沟道圆弧底部中心位置及沟道圆弧底部中心到滚道边缘1/2距离处；
二、设备灵敏度调节：
上述平底孔对比试样按照厚度顺序从薄至厚依次摆放，将埋深为1.6mm的平底孔的反射波高调至80％，将此时灵敏度设为基准灵敏度，依次记录各个平底孔对比试样的埋深为80％时的增益值，绘制TCG曲线，制作完成后，将基准灵敏度提高10dB，获得Ф0.4mm-10dB检测灵敏度；
三、超声检测盲区检测：
将步骤一中制备的滚道平底孔试样放在水浸超声设备三爪卡盘锁住并对中，采用纵波垂直入射外径面方式检测滚道平底孔试样的整个外径面，探头焦点打在滚道平底孔试样的外径面，获得检测数据，即完成轴承套圈高灵敏度小盲区超声检测。
2.根据权利要求1所述的轴承套圈高灵敏度小盲区超声检测方法，其特征在于步骤一中所述平底孔对比试样在加工中造成的毛刺均去除，上下边均磨圆。
3.根据权利要求1所述的轴承套圈高灵敏度小盲区超声检测方法，其特征在于步骤三中所述水浸超声设备采用Scan Master盘环件超声水浸检测***，型号LS-500，具有C扫成像功能，参数：检测灵敏度为Ф0.4mm-10dB当量平底孔，脉冲重复频率为600Hz。
4.根据权利要求1所述的轴承套圈高灵敏度小盲区超声检测方法，其特征在于步骤三中所述探头采用频率为10MHz，晶片尺寸为0.43英寸，焦距为3.5英寸的纵波点聚焦直探头。
5.根据权利要求1所述的轴承套圈高灵敏度小盲区超声检测方法，其特征在于步骤三中所述外径面即为超声入射面，要求没有干扰超声检测信号的杂质，外径面应采用圆头刀具加工，表面不应有车削加工纹路。
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2021
- 2021-11-25 CN CN202111417111.9A patent/CN114137081B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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