專利名稱：一種用于檢測細(xì)長型棒材內(nèi)部缺陷的無損檢測的機(jī)械裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種檢測長型捧材內(nèi)部缺陷的無損檢測的機(jī)械裝置，更確切地說涉及一種橫截面基本不變的細(xì)長型工件無損檢測的機(jī)械裝置，屬于材料、無損檢測領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，對材料內(nèi)部缺陷進(jìn)行無損檢測，最常用的兩種方法是熒光X射線檢測技術(shù)和超聲波探傷。熒光X射線檢測技術(shù)雖然具有較高的空間分辨率、面檢測特性，能夠直接形象地反映內(nèi)部缺陷的形貌和位置等特點(diǎn)。但這種設(shè)備成本較高，還會對環(huán)境造成輕微污染，更為重要的是，它不適合大尺寸和復(fù)雜形狀工件的探傷檢測。超聲探傷則是把超聲波應(yīng)用于固體材料，利用其在不同界面的發(fā)射特性來檢測被測物件的內(nèi)部缺陷。與熒光X射線檢測技術(shù)相比，超聲檢測設(shè)備成本低廉，操作過程簡單，可以檢測復(fù)雜形狀的各種工件。
傳統(tǒng)的超聲探傷檢測要求探頭與工件表面接觸，兩者之間須涂覆一層薄的耦合劑，來消除因探頭與工件之間的空隙而造成聲能損耗過大。這使得檢測工序繁瑣，且檢測速度和探傷誤差依賴于操作人員的熟練程度，因而無法保證檢測質(zhì)量的穩(wěn)定性和高效率。此外，探頭與工件的摩擦?xí)斐商筋^使用壽命縮短，檢測成本上升。
由干壓、冷等靜壓、擠出成型一燒結(jié)等工藝制得的等徑棒材，特別是由連續(xù)擠出成型工藝制備的硅碳棒、硅鉬棒等發(fā)熱體棒材，由于其工藝本身的特點(diǎn)，內(nèi)部通常存在各種連續(xù)裂紋及其他缺陷，這些缺陷的大小將直接影響發(fā)熱體的使用性能和壽命，因此，對此類棒材進(jìn)行質(zhì)量檢測顯得尤為重要。傳統(tǒng)的超聲探傷技術(shù)簡單應(yīng)用于發(fā)熱體棒材檢測時(shí)，其固有的檢測特點(diǎn)以及后續(xù)的表面整潔工作會增加工藝要素和產(chǎn)品成本，影響產(chǎn)品競爭力。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述情況，本實(shí)用新型提出一種用于檢測長型棒材內(nèi)部缺陷的無損檢測機(jī)械裝置。其基本構(gòu)思是利用超聲反射波的變化，將待檢測細(xì)長型工件浸入某種液體來替代耦合劑，運(yùn)用勻速平穩(wěn)的探頭推進(jìn)與/折返裝置、棒材快速裝載與拆卸裝置、棒材轉(zhuǎn)動裝置、缺陷報(bào)警裝置等部件，用于判斷缺陷的類型、大小、分布及其在試件中的埋藏深度等，達(dá)到高質(zhì)、快速檢測的目的。
本實(shí)用新型是以下述方式實(shí)現(xiàn)的將超聲探頭與工件全部浸入某種液體中(或探頭與工件之間部分充以液體)。超聲波在工件上下表面產(chǎn)生不同的反射波，其間遇到缺陷時(shí)也會產(chǎn)生反射，且反射波特性與缺陷尺寸、形貌相對應(yīng)。通過調(diào)整檢波的閘門電路(閾門值)，消除不相干反射波、過濾干擾波，并盡可能保留并放大工件內(nèi)部缺陷引起的反射波。根據(jù)缺陷波的幅度及其與底波的差異可以確定缺陷的大小和類型；以底波的強(qiáng)度為基礎(chǔ)，缺陷波與之比較可以形成定量。對于不同材質(zhì)及其產(chǎn)品可以容許的缺陷，通過設(shè)定不同閾門值和缺陷警報(bào)值，可以檢測出缺陷大于容許值或?qū)ぜ|(zhì)量影響不能忽略的缺陷。當(dāng)缺陷信號超過警報(bào)值時(shí)觸發(fā)轟鳴裝置，發(fā)出檢測出質(zhì)量缺陷的聲音警報(bào)。
本實(shí)用新型提供的用于檢測細(xì)長型棒材內(nèi)部缺陷的無損檢測機(jī)械裝置主要由如下三部分組成一部分是勻速平穩(wěn)的探頭推進(jìn)與折返裝置。液體槽上部裝有導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上的橋板經(jīng)螺旋桿(由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動)及其旋轉(zhuǎn)作用，可以沿導(dǎo)軌作平穩(wěn)的滑動。用來固定探頭的測試夾頭固定在橋板的下端，橋板運(yùn)動帶動探頭沿導(dǎo)軌作折返式往復(fù)掃描。螺旋桿的一端裝有高精度步進(jìn)馬達(dá)和用來設(shè)定行進(jìn)速度的電位器裝置，馬達(dá)驅(qū)動探頭沿導(dǎo)軌按設(shè)定速度勻速推進(jìn)，同步完成對整個(gè)棒材的縱向超聲缺陷掃描。另一部分是棒材轉(zhuǎn)動裝置。為了完成工件的旋轉(zhuǎn)及整個(gè)橫斷面的掃描，要求旋轉(zhuǎn)裝置能簡便地完成相應(yīng)角度的旋轉(zhuǎn)，同時(shí)也要求角度設(shè)定裝置能根據(jù)實(shí)際要求快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行設(shè)定。本實(shí)用新型應(yīng)用壓片式開關(guān)的設(shè)計(jì)原理，采用某種旋轉(zhuǎn)角度(如30°，45°，60°，90°，120°等)設(shè)置圓盤與主動轉(zhuǎn)盤兩個(gè)簡單組成部分，在壓緊彈簧的驅(qū)使與回復(fù)作用下，完成所需(或設(shè)定)角度的旋轉(zhuǎn)。對于不同旋轉(zhuǎn)角度的特定需要，只要替換不同類型的角度設(shè)置圓盤即可。第三部分是棒材快速固定和拆卸裝置。由于該裝置由兩個(gè)內(nèi)置式中空圓錐和壓緊彈簧組成，在穩(wěn)當(dāng)和快速固定棒材工件的同時(shí)可以保證不同直徑大小工件軸線的重合，實(shí)現(xiàn)不同探頭及其掃描路線與工件軸線始終處于同一豎直平面內(nèi)。
上述檢測裝置中，探頭可以根據(jù)測試要求靈活、簡便、快速地進(jìn)行拆卸和安裝，并始終保持探頭的發(fā)射中心與待測工件的軸線嚴(yán)格重合，保證超聲波從工件的最頂端沿工件長度方向完成探傷檢測。通過旋轉(zhuǎn)裝置完成所需角度的工件旋轉(zhuǎn)，使探頭在工件上完成縱橫交錯(cuò)的掃描和盤查。把設(shè)定探傷長度范圍內(nèi)的反射波作為輝度變化并連接顯示，可以繪出工件內(nèi)部缺陷的橫截面圖形。探傷長度的控制是通過位置開關(guān)的設(shè)置實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)探頭在步進(jìn)電機(jī)的推進(jìn)下沿導(dǎo)軌桿進(jìn)行到設(shè)定位置處時(shí)，步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。再次啟動時(shí)電機(jī)開始反轉(zhuǎn)并帶動探頭反向折返；當(dāng)電機(jī)折返途中再次碰到位置開關(guān)時(shí)，重復(fù)上述過程。
本實(shí)用新型所選用的超聲波頻率范圍為0.05-25.0MHz，超聲發(fā)射和接收設(shè)備為數(shù)字化超聲探傷儀，型號為EP4-BEE-E。適用的棒材材質(zhì)為粉末冶金制品、陶瓷構(gòu)件、金屬制品等，對應(yīng)不同材質(zhì)其可探傷直徑為φ3-φ80mm，探測長度則可以根據(jù)液體槽的長度任意變化。


圖1是無損檢測技術(shù)的原理圖圖2是本實(shí)用新型的檢測裝置示意圖。
圖3是本圖2中探頭推進(jìn)/折返的傳動部分、棒材快速裝載和拆卸部分、棒材轉(zhuǎn)動的角度設(shè)置與聯(lián)動等幾部分的分解/拆卸圖。①探頭推進(jìn)/折返的傳動部分圖3-1包括高精度步進(jìn)電機(jī)1和螺旋桿2，步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度(探頭推進(jìn)速度)可以根據(jù)需要任意設(shè)定，保證其按特定速度勻速平穩(wěn)地推進(jìn)探傷探頭，當(dāng)推進(jìn)到位置開關(guān)，即輕碰位置開關(guān)時(shí)，電機(jī)停止旋轉(zhuǎn)，同時(shí)改變其旋轉(zhuǎn)方向并等待下一次的啟動與旋轉(zhuǎn)。②棒材快速固定和拆卸裝置圖3-2以及固定部分由兩個(gè)內(nèi)置中空圓錐和兩根壓緊彈簧組成，彈簧的壓縮和回復(fù)可以簡潔、穩(wěn)固地完成工件的快速固定以及拆卸，由于采用橫躺內(nèi)置式圓錐，在穩(wěn)當(dāng)和快速固定工件的同時(shí)，可以保證不同直徑大小棒狀工件的軸線與其頂部的掃描探頭的行進(jìn)路徑始終處于同一豎直平面內(nèi)，減少因掃描軸線與工件軸線相交/偏斜造成的虛假缺陷波，及其質(zhì)量缺陷錯(cuò)判的產(chǎn)生。②棒材轉(zhuǎn)動裝置圖3-3主要包含與工件固定/承載一側(cè)相連的角度設(shè)置圓盤，以及與之相連的由復(fù)位彈簧控制/回復(fù)的主動轉(zhuǎn)盤幾部分組成，通過更換不同類型的角度設(shè)置圓盤，可以很便當(dāng)?shù)赝瓿上鄳?yīng)角度的工件旋轉(zhuǎn)。經(jīng)過上述操作，即可完成工件360°的全方位掃描。壓緊彈簧的自動回復(fù)可以保證主動轉(zhuǎn)盤每次旋轉(zhuǎn)前都處于同一起始位置。
圖中1.步進(jìn)馬達(dá)2。螺旋桿3.位置開關(guān)4.測試夾頭與橋5.手動轉(zhuǎn)動柄6.主動角度轉(zhuǎn)盤7.角度設(shè)置圓盤8.傳動桿9.內(nèi)置中空圓錐10.壓緊彈簧11.液體槽12.復(fù)位彈簧T——發(fā)射波，S——界面波，F(xiàn)——缺陷波，B——底波具體實(shí)施方式
用長度為1.2米的液體槽檢測有某種內(nèi)部缺陷的棒材工件，工件長度約為1米，直徑為φ12，超聲頻率為5.0MHz。要求檢測長度范圍為950mm。
固定位置開關(guān)于導(dǎo)軌的兩端，使之相距950mm。使用頻率為5.0MHz的超聲探頭，并把其推向某一側(cè)的位置開關(guān)附近(緊靠)，同時(shí)鎖定旋轉(zhuǎn)軸使之隨步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動可以平穩(wěn)推進(jìn)。通過向兩側(cè)外推中空圓錐，使壓緊彈簧產(chǎn)生收縮，把直徑為由12的棒材工件嵌入內(nèi)置式圓錐內(nèi)，壓緊彈簧的回復(fù)可以很穩(wěn)當(dāng)?shù)厥怪潭ā４_認(rèn)水位達(dá)到所需要求，開啟超聲探測儀器和步進(jìn)電機(jī)。探頭在電機(jī)的驅(qū)動下開始沿導(dǎo)軌在工件頂部進(jìn)行探傷檢查，探傷結(jié)果經(jīng)探頭連線傳入顯示屏幕，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)推進(jìn)到位置開關(guān)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動停止，完成一個(gè)單程的探傷檢測，所用時(shí)間約為30秒。轉(zhuǎn)動手動轉(zhuǎn)動柄，在主動角度轉(zhuǎn)盤的鍋合作用下按照角度設(shè)置圓盤設(shè)定的角度，使工件轉(zhuǎn)動相應(yīng)角度(本試驗(yàn)為120°)；再次啟動時(shí)電機(jī)開始反轉(zhuǎn)并帶動探頭反向折返；當(dāng)電機(jī)折返途中再次碰到位置開關(guān)時(shí)，重復(fù)上述過程。上述掃描探傷過程中，第二個(gè)單程中檢測到缺陷引起的缺陷波超過了設(shè)定的閾門值，超聲裝置觸發(fā)轟鳴裝置，發(fā)出了檢測出質(zhì)量缺陷的聲音警報(bào)。
經(jīng)反轉(zhuǎn)測試并根據(jù)顯示屏所顯示的波形和波幅以及在時(shí)間基線上的位置，可以估算出此缺陷的尺寸寬度小于100μm，且距離表面深度大約為棒才直徑的1/4處。在缺陷位置處經(jīng)過棒材鋸斷和斷面拋光，在OLYMPUS-BX51M顯微鏡下進(jìn)行顯微組織觀察和標(biāo)定，確定缺陷的尺寸大小為42μm。試驗(yàn)結(jié)果表明，本實(shí)用新型無損檢測裝置所測數(shù)據(jù)相當(dāng)可靠。
權(quán)利要求1.一種用于檢測細(xì)長型棒材內(nèi)部缺陷的無損檢測機(jī)械裝置，包括探頭，其特征在于(1)它由探頭推進(jìn)與折返，棒材轉(zhuǎn)動和棒材固定與拆卸三部分構(gòu)成；(2)在所述探頭推進(jìn)與折返中，液體槽上部裝有導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上的橋板經(jīng)螺旋桿沿導(dǎo)軌作平穩(wěn)滑動；固定探頭的測試夾頭固定在橋板下端；螺旋桿的一端連接步進(jìn)電機(jī)；(3)在所述棒材轉(zhuǎn)動中，與工件固定相連的角度設(shè)置圓盤和主動轉(zhuǎn)盤相連；(4)棒材固定與拆卸是由二個(gè)內(nèi)置式中空圓錐和壓緊彈簧組成。
2.按權(quán)利要求1所述的用于檢測細(xì)長型棒材內(nèi)部缺陷的無損檢測機(jī)械裝置，其特征在于所述的螺旋桿由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。
3.按權(quán)利要求1所述的用于檢測細(xì)長型棒材內(nèi)部缺陷的無損檢測機(jī)械裝置，其特征在于橋板運(yùn)動帶動探頭沿導(dǎo)軌作折返式往復(fù)掃描。
4.按權(quán)利要求1所述的用于檢測細(xì)長型棒材內(nèi)部缺陷的無損檢測機(jī)械裝置，其特征在于所述角度設(shè)置圓盤旋轉(zhuǎn)30°、45°、60°、90°或120°，是在壓緊彈簧的驅(qū)使與回復(fù)下完成角度旋轉(zhuǎn)，每次旋轉(zhuǎn)前主動轉(zhuǎn)盤處于同一起始位置。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于檢測細(xì)長型棒材內(nèi)部缺陷的無損檢測的機(jī)械裝置，其特征在于它由探頭推進(jìn)與折返，棒材轉(zhuǎn)動和棒材固定與拆卸三部分構(gòu)成。在探頭推進(jìn)與折返中，液體槽上部裝有導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上的橋板經(jīng)螺旋桿沿導(dǎo)軌作平穩(wěn)滑動；固定探頭的測試夾頭固定在橋板下端；螺旋桿的一端連接步進(jìn)電機(jī)；棒材轉(zhuǎn)動中角度設(shè)置圓盤主動轉(zhuǎn)盤相連；角度設(shè)置圓盤旋可轉(zhuǎn)動不同角度，在壓緊彈簧的驅(qū)使與回復(fù)下完成角度旋轉(zhuǎn)，每次旋轉(zhuǎn)前主動轉(zhuǎn)盤處于同一起始位置。棒材快速固定與拆卸是由二個(gè)內(nèi)置式中空圓錐和壓緊彈簧組成。本裝置可使工件的不同外表面朝向夾持探頭，完成多角度探測掃描，降低工件缺陷漏檢和誤判幾率。
文檔編號G01N29/28GK2692665SQ03231429
公開日2005年4月13日 申請日期2003年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月21日
發(fā)明者吳歷斌, 江莞, 徐洪發(fā), 沈貴高 申請人:中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所, 蘇州吳中區(qū)蘇城電器廠