本發明涉及金屬構件中幾何形狀復雜區域的無損檢測領域，具體是一種基于超聲波探傷原理，通過建立不同覆蓋區域的特制超聲波探頭組及檢測工藝進行用于r角過渡區域的缺陷檢測。

背景技術：

金屬壓力加工行業涉及大量空腔式并且一端帶底的“桶”形構件，由于金屬的塑性成形過程，在構件內部存在宏觀缺陷，影響構件的強度。缺陷類型一般為內裂紋、分層和夾雜，主要分布于內壁與底面的r角過渡區域。對金屬構件缺陷的無損檢測技術途徑主要有渦流檢測、磁粉檢測、射線檢測和超聲波檢測。磁粉檢測能夠直觀顯示缺陷形狀和位置等信息，但它只能夠檢測構件的表面裂紋，內部缺陷是無法檢測出來，并對不宜觀察的區域無法檢測；渦流檢測對受檢構件表面狀況要求較高，不能檢測內部缺陷；射線檢測可以實現構件內部缺陷的檢測，但是對放射源無法置入的“桶”形構件只能采用外部照射的雙壁投影，無法區分缺陷分布確切位置，對r角區域檢測難度極大，另外輻射效應對人體有害，而且檢驗成本高，操作不便。與上述無損檢測方法相比，超聲波檢測方法，具有指向性好、靈敏度高、性能穩定的優點，并對復雜區域檢測時，只需保證良好的入射方式，便可以實現良好的檢測。但目前在“桶”形構件(尤其是r角過渡區域) 的缺陷的超聲檢測方面還沒有可行的檢測方法和檢測標準。

為了解決“桶”形金屬構件r角過渡區域的缺陷無損檢測問題，根據缺陷對超聲波傳播的響應規律來檢測材料內部的宏觀缺陷。為實現全覆蓋檢測，將r角區域劃分為三個不同的待檢區域，即22.5°區域、45°區域及67.5°區域。針對r角區域內不同部位的缺陷檢測需求采用不同入射角度的超聲波探頭進行檢測。首先，由于r角區域表面曲率的存在及超聲波擴散效應影響，超聲波在構件中會產生散射、反射、折射等相當復雜的傳播，因此需要使超聲波入射時主聲束符合幾何聲學的規律，保證缺陷有足夠的反射面。第二，隨著入射角度不同，超聲波將伴隨著波形轉換效應，因此要求超聲探頭設計(雙晶探頭)時，需對發射和接收晶片有所區分。另外從“桶”壁外圓柱面入射時，r角不同區域缺陷的檢測深度有所不同，需要在特制探頭設計時對探頭有機玻璃塊特殊設計，保證有足夠的檢測靈敏度。最后，在檢測時，需要對特制探頭的使用設定一套檢測方法，尤其對探頭放置位置有嚴格要求。

技術實現要素：

為了解決現有超聲無損檢測方法對“桶”形金屬構件r角過渡區域缺陷檢測效果不理想的問題，本發明提出了一種基于超聲波檢測原理，通過建立不同覆蓋區域的特制超聲波探頭組及檢測工藝檢測r角過渡區域缺陷的方法。

本發明為實現上述目的所采用的技術方案是：一種基于不同覆蓋區域的特制超聲波探頭組的缺陷無損檢測方法，包括以下步驟：

步驟1)、將“桶”形金屬構件沿軸線方向平置于可旋轉的工作臺架上；

步驟2)、在經過清潔處理之后的“桶”形金屬構件r角過渡區域均勻涂抹耦合液；

步驟3)、將用于檢測不同r角過渡區域的探頭置于構件r角過渡區域的外圓柱表面及底面上，保證探頭前沿端面與檢測基準的相對距離，并保證探頭有機玻璃面充分與構件外圓柱表面接觸(探頭有機玻璃面應充分與構件外圓柱面接觸，將不同雙晶超聲波探頭前的有機玻璃楔塊進行準確研磨，以吻合被檢“桶”形金屬構件外圓柱表面輪廓)；

步驟4)、將步驟1)中的“桶”形金屬構件均勻旋轉一周(旋轉速度為30～60°/s，最優速度為36°/s)，保持探頭前沿端面與檢測基準的相對距離(即s1、s2、s3)。同時觀察超聲波探傷儀閘門內的缺陷回波信號；

步驟5)、如果存在某一缺陷回波在檢測范圍內超出報警閘門，如圖12所示，就可判定被檢測構件r角區域存在缺陷。

檢測開始前，需根據待檢測“桶”形金屬構件的幾何結構特點和尺寸，設計用于檢測r角過渡區域的探頭，確定晶片尺寸和頻率，并制作探頭。

本發明所述“桶”形金屬構件r角過渡區域的缺陷無損檢測方法，其特征在于：用于檢測不同r角過渡區域的探頭包括：不等傾角雙晶縱/橫波直探頭a、斜探頭和不等傾角雙晶縱/橫波直探頭b；

其中不等傾角雙晶縱/橫波直探頭a包括：不等傾角雙晶縱/橫波直探頭a的ta晶片11、不等傾角雙晶縱/橫波直探頭a的ra晶片12、不等傾角雙晶縱/橫波直探頭a阻尼塊13、不等傾角雙晶縱/橫波直探頭a殼體14、不等傾角雙晶縱/橫波直探頭a吸聲材料15、不等傾角雙晶縱/橫波直探頭a接插件16、不等傾角雙晶縱/橫波直探頭a延遲塊17；

斜探頭為橫波探頭，包括：斜探頭晶片21、斜探頭殼體22、斜探頭接插件23、斜探頭吸聲材料24、斜探頭阻尼塊25、斜探頭延遲塊26；

不等傾角雙晶縱/橫波直探頭b包括：不等傾角雙晶縱/橫波直探頭b的tb晶片31、不等傾角雙晶縱/橫波直探頭b的rb晶片32、不等傾角雙晶縱/橫波直探頭b吸聲材料33、不等傾角雙晶縱/橫波直探頭b接插件34、不等傾角雙晶縱/橫波直探頭b吸聲材料35、不等傾角雙晶縱/橫波直探頭b延遲塊36。

不等傾角雙晶縱/橫波直探頭a具有ta、ra兩個晶片，其中ta晶片為超聲波發射晶片，晶片尺寸寬度范圍4～10mm，長度范圍8～20mm，晶片傾角度范圍10°～20°；ra為超聲波接收晶片，寬度范圍4～10mm，長度范圍8～20mm，晶片傾角度范圍3°～10°；

斜探頭為橫波探頭，晶片尺寸寬度、長度范圍均為8～13mm；

不等傾角雙晶縱/橫波直探頭b具有tb、rb兩個晶片，其中tb為超聲波發射晶片，晶片寬度范圍4～10mm，長度范圍8～20mm，晶片傾角度范圍3°～10°，rb為超聲波接收晶片，晶片寬度范圍 4～10mm，長度范圍8～20mm，晶片傾角度范圍10°～20°。

本發明所述“桶”形金屬構件r角過渡區域的缺陷無損檢測方法，其特征在于：其中不等傾角雙晶縱/橫波直探頭a設于被檢測構件側壁上，其前沿端面與被檢測構件底端端面的相對距離為s1(單位mm)，s1＝l1-(r+t)*tan22.5°-10，l1是r角的中心距構件底端端面的距離(參見圖9，單位mm)，t(單位mm)為“桶”形金屬構件的壁厚。

斜探頭設于被檢測構件側壁上，其前沿端面與被檢測構件底端端面的相對距離為s2(單位mm)，s2＝l1-(r+t)*tan45°-5；t(單位mm)為“桶”壁厚。

不等傾角雙晶縱/橫波直探頭b設于被檢測構件底端端面上，其前沿端面與被檢測構件側壁的相對距離為s3(單位mm)，s3＝l2-r*tan22.5°-5。l2是r角的中心距構件外表面的距離(參見圖9，單位mm)，可以從圖紙上測量出，t(單位mm)為“桶”壁厚。

本發明所述三個探頭可分開使用，所有晶片頻率范圍均為2.5～10mhz。

本發明所述“桶”形金屬構件r角過渡區域的缺陷無損檢測方法，其特征在于：所述“桶”形金屬構件為空腔式圓柱形且一端帶底的構件,構件壁厚t與外徑d之比，即t/d>0.23，一般情況下，過渡圓角半徑r>5mm另外該方法也可用于深孔或圓柱狀封閉空腔構件r角過渡區域的缺陷檢測。

本發明具有以下優點：

1、本發明“桶”形金屬構件r角過渡區域的缺陷無損檢測方法建立了具有不同覆蓋區域的特制雙晶超聲波探頭，并制定了獨特的檢測工藝方法，實現了對r角過渡區域內不同位置的缺陷進行整體覆蓋，提高了對r角過渡區域缺陷超聲波無損檢測的準確性和可靠性。

2、本發明的方法實現了檢測r角過渡區域內部缺陷時，從外圓柱面入射的檢測方式，不但保證了針對不同深度的缺陷檢測具有足夠的靈敏度，而且本方法操作簡單，易于實施。

3、本發明的方法可以準確地檢測出r角過渡區域的缺陷，取得了很好的缺陷無損檢測效果。

附圖說明

圖1檢測工藝流程圖；

圖2人工缺陷示意圖；

圖3不等傾角雙晶縱/橫波直探頭a檢測原理及探頭設計原理示意圖；

圖4斜探頭檢測原理及探頭設計原理示意圖；

圖5不等傾角雙晶縱/橫波直探頭b檢測原理及探頭設計原理示意圖；

圖6不等傾角雙晶縱/橫波直探頭a結構示意圖；

圖7斜探頭結構示意圖；

圖8不等傾角雙晶縱/橫波直探頭b結構示意圖；

圖9探頭位置圖；

圖10缺陷信號判定參考示意圖；

圖11人工缺陷回波圖；

圖12實施例1待檢測“桶”形金屬構件；

圖13實施例2待檢測“桶”形金屬構件；

圖14實施例2工件中缺陷回波信號。

附圖標號：1、不等傾角雙晶縱/橫波直探頭a，2、斜探頭，3、不等傾角雙晶縱/橫波直探頭b，4、“桶”形金屬構件，5、r角過渡區域，6、22.5°平底孔缺陷，7、45°平底孔缺陷，8、67.5°平底孔缺陷，11、不等傾角雙晶縱/橫波直探頭a的ta晶片，12、不等傾角雙晶縱/橫波直探頭a的ra晶片，13、不等傾角雙晶縱/橫波直探頭a阻尼塊，14、不等傾角雙晶縱/橫波直探頭a殼體，15、不等傾角雙晶縱/橫波直探頭a吸聲材料，16、不等傾角雙晶縱/橫波直探頭a接插件，17、不等傾角雙晶縱/橫波直探頭a延遲塊，21、斜探頭晶片，22、斜探頭殼體，23、斜探頭接插件，24、斜探頭吸聲材料，25、斜探頭阻尼塊，26、斜探頭延遲塊，31、不等傾角雙晶縱/橫波直探頭b的tb晶片，32、不等傾角雙晶縱/橫波直探頭b的rb晶片，33、不等傾角雙晶縱/橫波直探頭b吸聲材料，34、不等傾角雙晶縱/橫波直探頭b接插件，35、不等傾角雙晶縱/橫波直探頭b吸聲材料，36、不等傾角雙晶縱/橫波直探頭b延遲塊，ⅰ、始波信號波形，ⅱ、r角區域靠近內表面區域的缺陷信號波形，ⅲ、r角區域原理內表面區域的缺陷信號波形，ⅳ、底波波形信號。

具體實施方式

下面結合附圖及實施例對本發明做進一步的詳細說明。

如圖1為本發明所示工藝流程圖，檢測r角過渡區域缺陷的具體工藝步驟如下：

步驟1)、根據待檢測“桶”形金屬構件的幾何結構特點和尺寸，設計用于檢測r角過渡區域的探頭，確定晶片尺寸和頻率，并制作探頭；

用于檢測不同r角區域的探頭包括：不等傾角雙晶縱/橫波直探頭a、斜探頭和不等傾角雙晶縱/橫波直探頭b三種。

步驟2)、將“桶”形金屬構件沿軸線平置于可旋轉的工作臺架上。

步驟3)、在經過清潔處理之后的“桶”形金屬構件r角過渡區域(保證表面沒有臟附作物)均勻涂抹耦合液；圖2表述了“桶”形金屬構件r角過渡區域中不同位置、不同深度的平底孔缺陷，從上至下，分別是22.5°、45°和67.5°的平底孔缺陷。

步驟4)、將用于檢測不同r角區域的探頭置于構件的r角過渡區域的外圓柱表面上，保證探頭前沿端面與檢測基準的相對距離(s1、s2、s3)，并保證探頭有機玻璃面充分與構件外圓柱面接觸。

步驟5)、將步驟1)中的“桶”形金屬構件均勻慢速旋轉一周(36°/s)，保持探頭前沿端面與檢測基準的相對距離，同時觀察超聲波探傷儀閘門內的缺陷回波信號。本實施例利用cts-9006超聲波探傷儀，工作方式是一發一收。

步驟6)、如果存在某一缺陷回波在檢測范圍內超出報警閘門，就可以判定該r角過渡區域存在缺陷，本發明可以檢測出位于不同 部位的不同埋深平底孔缺陷。

實施例1

所用不等傾角雙晶縱/橫波直探頭a具有ta、ra兩個晶片，其中ta晶片為超聲波發射晶片，晶片尺寸寬度為6mm，長度為20mm，晶片傾角度為15°；ra為超聲波接收晶片寬度為6mm，長度為8mm，晶片傾角度為5°；斜探頭為橫波探頭，晶片尺寸寬度、長度均為9mm；特制不等傾角雙晶縱/橫波直探頭b，具有tb、rb兩個晶片，其中tb為超聲波發射晶片，晶片寬度為6mm，長度為20mm，晶片傾角度為5°，rb為超聲波接收晶片，晶片寬度為6mm，長度為8mm，晶片傾角度為15°。

依據圖12的工件尺寸，可以測量出l1＝110mm，l2＝57mm，t＝18.5mm，計算出：

不等傾角雙晶縱/橫波直探頭a設于被檢測構件側壁上，其前沿端面與被檢測構件底端端面的相對距離為s1，s1＝l1-(r+t)*tan22.5°-10＝76.18mm；

斜探頭設于被檢測構件側壁上，其前沿端面與被檢測構件底端端面的相對距離為s2，s2＝l1-(r+t)*tan45°-5＝47.5mm；

不等傾角雙晶縱/橫波直探頭b設于被檢測構件底端端面上，其前沿端面與被檢測構件側壁的相對距離為s3，s3＝l2-r*tan22.5°-5＝31mm。

圖2～10給出了本實施例針對“桶”形金屬構件r角過渡區域缺陷的無損檢測過程以及檢測結果判定參考圖，圖11中是人工缺陷回 波信號，可以看出，本方法能夠準確檢測“桶”形金屬構件r角過渡區域的缺陷，提高了對r角過渡區域缺陷超聲波無損檢測的準確性和可靠性。

實施例2

所用不等傾角雙晶縱/橫波直探頭a，具有ta、ra兩個晶片，其中ta晶片為超聲波發射晶片，晶片尺寸寬度為6mm，長度為12mm，晶片傾角度為12°；ra為超聲波接收晶片寬度為6mm，長度為6mm，晶片傾角度為4°；斜探頭為橫波探頭，晶片尺寸寬度、長度均為8mm；特制不等傾角雙晶縱/橫波直探頭b，具有tb、rb兩個晶片，其中tb為超聲波發射晶片，晶片寬度為6mm，長度為12mm，晶片傾角度為4°，rb為超聲波接收晶片，晶片寬度為6mm，長度為6mm，晶片傾角度為12°。

依據圖13的工件尺寸，可以測量出l1＝50mm，l2＝47mm，t＝14.5mm，計算出：

不等傾角雙晶縱/橫波直探頭a設于被檢測構件側壁上，其前沿端面與被檢測構件底端端面的相對距離為s1，s1＝l1-(r+t)*tan22.5°-10＝27mm；

斜探頭設于被檢測構件側壁上，其前沿端面與被檢測構件底端端面的相對距離為s2，s2＝l1-(r+t)*tan45°-5＝2.5mm；

不等傾角雙晶縱/橫波直探頭b設于被檢測構件底端端面上，其前沿端面與被檢測構件側壁的相對距離為s3， s3＝l2-r*tan22.5°-5＝32.4mm。

圖2～10給出了本實施例針對“桶”形金屬構件r角過渡區域缺陷的無損檢測過程以及檢測結果，圖14中是該工件中缺陷回波信號，可以看出，本方法能夠準確檢測“桶”形金屬構件r角過渡區域的缺陷，提高了對r角過渡區域缺陷超聲波無損檢測的準確性和可靠性。

上述實施例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發明的內容并據以實施，并不能以此限制本發明的保護范圍。凡根據本發明精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。