梅花形内孔构件超声检测系统

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1、仪器研制梅花形内孔构件超声检测系统杨顺民，杨录，宋文爱（中北大学信息与通信工程学院，太原０３００５１）摘要：针对梅花形内孔构件的复杂结构特征，采用爬波和纵波相结合的方法，通过多探头融合模式，研制了梅花形内孔构件超声自动在线检测系统，较好地完成了梅花形内孔构件缺陷的定性、定量检测。通过对人工平底孔（直径０．８ｍｍ，深度３ｍｍ）和台阶处自然裂纹缺陷的检测结果可以看出，轴向、垂直和周向探头分别对自然裂纹及人工孔检测效果良好，达到了系统设计的要求。关键词：爬波；纵波；人工平底孔；自然裂纹中图分类号：ＴＧ１１５．２８文献标志码

2、：Ａ文章编号：１０００６６５６（２０１２）１２００８９０３犜犺犲犝犾狋狉犪狊狅狀犻犮犜犲狊狋犻狀犵犛狔狊狋犲犿犳狅狉狋犺犲犆狅犿狆狅狀犲狀狋狅犳犆犻狀狇狌犲犳狅犻犾犅狅狉犲犢犃犖犌犛犺狌狀犕犻狀，犢犃犖犌犔狌，犛犗犖犌犠犲狀犃犻（ＴｈｅＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮｏｒｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎａ，Ｔａｉｙｕａｎ０３００５１，Ｃｈｉｎａ）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ａｍｅｔｈｏｄｃｏｍｂｉｎｉｎｇｃｒｅｅｐｗａｖｅａｎｄｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａ

3、ｌｗａｖｅｗａｓａｄｏｐｔｅｄｂｙｔｈｉｓｐａｐｅｒｆｏｒｔｈｅｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｏｆｃｉｎｑｕｅｆｏｉｌｂｏｒｅ．Ｔｈｅｕｌｔｒａｓｏｎｉｃａｕｔｏｍａｔｉｃｏｎｌｉｎｅｔｅｓｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍｆｏｒｔｈｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｏｆｃｉｎｑｕｅｆｏｉｌｂｏｒｅｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄ，ａｎｄｔｈｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｔｅｓｔｉｎｇｆｏｒｔｈｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｆｌａｗｏｆｃｉｎｑｕｅｆｏｉｌｂｏｒｅｗａｓａｃｃｏｍｐｌｉｓｈ

4、ｅｄｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅａｍａｌｇａｍａｔｉｖｅｍｏｄｅｏｆｍｕｌｔｉｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ．Ｔｈｅｔｅｓｔｗａｓｐｅｒｆｏｒｍｅｄｆｏｒｔｈｅａｒｔｉｆｉｃｉａｌｆｌａｔｂｏｒｅ（ｄｉａｍｅｔｅｒ０．８ｍｍ，ｄｅｐｔｈ３ｍｍ）ａｎｄｔｈｅｎａｔｕｒａｌｃｒａｃｋｌｏｃａｔｅｄａｔｔｈｅｓｔｅｐ．Ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｂｅｔｔｅｒｔｅｓｔｉｎｇｅｆｆｅｃｔｃｏｕｌｄｂｅａｃｑｕｉｒｅｄｕｓｉｎｇａｘｉｓ，ｖｅｒｔｉｃａｌａｎｄｃｉｒｃｌｅｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ，ａｎｄｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｓｙ

5、ｓｔｅｍｄｅｓｉｇｎｗａｓａｃｈｉｅｖｅｄ．犓犲狔狑狅狉犱狊：Ｃｒｅｅｐｗａｖｅ；Ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｗａｖｅ；Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌｆｌａｔｂｏｒｅ；Ｎａｔｕｒａｌｃｒａｃｋ向扫查时会反射超声波形成干扰信号。③由内圆１检测对象弧槽在内壁形成的棱台在与小直径棒材结合处形成梅花内孔构件结构如图１所示，左端是内壁有的台阶也会反射超声波形成干扰信号。④该构件６个圆弧槽的小直径薄壁管，右端是小直径棒材。采用冲压方式加工成型，冲压过程中在内台阶处极该构件具有以下特点：①整体结构属于小直径构易形成缺陷，冲压时在内台阶处形成的自

6、然裂纹缺件，外径为３２ｍｍ。②前端管壁结构复杂且薄，内陷如图２所示。壁存在由内圆弧槽形成的棱角，该棱角在探头做周自然缺陷图１梅花内孔构件结构收稿日期：２０１２０１１５作者简介：杨顺民（１９７８－），男，讲师，硕士，主要研究方向为无图２自然裂纹缺陷损检测设备的研发和研制。２０１２年第３４卷第１２期８９杨顺民等：梅花形内孔构件超声检测系统棒表面及表面下的纵向缺陷。该探头存在的问题：２检测原理在工件旋转过程中，内棱角处会反射沿工件圆周传在超声检测中回波的能量强弱与超声波入射方播的超声波形成棱角波。该干扰信号会影响构件在

7、向以及缺陷在材料中的位置有关，当超声波垂直入薄壁管段纵向缺陷的识别。射到缺陷处时沿入射路径返回的声波能量最这样周向和轴向两个探头发射的超声波可以覆［１－３］强。当超声波倾斜入射到缺陷上会有相当一部盖待检构件表面及表面下部分，而垂直探头可以覆分能量被散射掉而不能返回探头，造成回波幅值减盖实心棒靠近中心的部分，三个探头即可完全覆盖小、灵敏度降低，有可能造成漏检。因此，针对梅花检测整个构件。形内孔构件的复杂结构，在实际检测中采用多个探３系统结构头多模式相结合的方式，对材料内可能存在的不同取向的缺陷进行检测，从而保证对被检测

8、工件实现检测系统由机械系统与超声信号处理系统两个［４－６］完全扫描。该检测系统设置三个探头来覆盖检子系统组成，如图４所示。系统可同时检测两个工测梅花内孔构件，超声检测原理及探头设置如图３件，每个检测通道以２ｋＨｚ重复频率工作，单次检所示。测时间３０ｓ，每分钟检测４件，工件旋转速度轴向探头垂直探头周向探头３００ｒ／ｍｉｎ，探头盒步进速度８ｍｍ／ｓ