基于超聲波檢測螺栓裂紋缺陷的方法研究

基于超聲波檢測螺栓裂紋缺陷的方法研究

1柔性螺栓回波的形成機理發(fā)動機的高溫螺釘結(jié)構(gòu)通常是剛性或柔性的雙螺，材料為2rc12nimo1w1v和45cr1mov。在研磨后，一端在桶中旋轉(zhuǎn)，另一端用螺母擰緊。剛性螺栓在擰緊狀態(tài)時,螺栓的變形主要集中在螺紋根部,允許的變形量小,螺紋處的應力集中更為明顯,由于螺栓根部產(chǎn)生的裂紋通常出現(xiàn)在螺栓緊固結(jié)合面附近,且沿著螺栓的橫端面發(fā)展成為橫向裂紋,用縱波小角度斜探頭放在螺栓端面上檢測,主聲束正好與裂紋垂直,信號非常強烈,有利于發(fā)現(xiàn)裂紋,雖然探頭的擴散聲束能射到螺栓的螺紋面上產(chǎn)生回波,形成螺紋雜亂信號,會使聲束指向性變差,影響對裂紋的判斷,但當螺紋根部存在裂紋時,這種雜亂回波的規(guī)律將被破壞,因此可根據(jù)雜亂回波的規(guī)律是否被破壞來判斷螺紋根部是否有裂紋。柔性螺栓在擰緊狀態(tài)時,螺栓的變形主要集中在螺桿部,允許的變形量明顯升高,可有效改善螺栓的受力狀態(tài)。采用橫波斜探頭放在螺栓的光桿部位進行檢測也能檢出螺栓根部的裂紋。2聲束表面尺寸探頭聲束指向性的好壞直接影響著裂紋雜亂回波的強弱,即聲束指向性愈好,雜亂回波愈弱;反之愈強。為減少螺紋雜亂回波,必須期望探頭有好的指向性,提高正常螺紋回波與齒根裂紋回波的分辨率,選擇探頭參數(shù)非常重要,原則上應考慮以下幾點:(1)考慮檢出率及聲束指向性,應選用較高頻率的探頭。(2)縱波小角度斜探頭的聲束軸線對準螺紋根部裂紋時檢測靈敏度最高,優(yōu)于縱波直探頭,其縱波折射角應視探測的螺紋區(qū)長度及端面直徑來確定,一般取β為8.5°,頻率為5MHz,晶片尺寸根據(jù)螺栓規(guī)格選擇,當螺栓規(guī)格為小于M56,M56～M100和大于M100時,晶片尺寸分別對應選取7mm×12mm,9mm×12mm和13mm×13mm。(3)橫波斜探頭的K值一般取1.5,選頻率為5MHz,晶片尺寸為8mm×12mm,對于直徑大于M100的螺栓,選用2.5MHz的斜探頭。3探傷靈敏度調(diào)節(jié)用深度比例調(diào)試螺栓檢測掃描線,盡量將反射回波展開,使每個螺紋回波清晰可辨,通常使螺栓端面第一次回波處于靠近時基線最大刻度處。探傷靈敏度調(diào)節(jié)方法:以探傷部位螺紋根部反射波來調(diào)整探傷的靈敏度。具體方法:找到探傷部位的螺紋根部反射波,前后移動探頭,使反射波最高,然后調(diào)節(jié)衰減器,將螺紋根部反射波調(diào)到60%的屏高即可。4橫波斜探針掃查兩端面為平面的螺栓采用縱波斜入射探頭在一端面掃查對側(cè);端面無法放置縱波探頭時,應采用橫波斜探頭掃查,如圖1(a),(b)所示。用橫波斜探頭掃查時,調(diào)整好探傷靈敏度,找到被探部位的螺紋根部反射波,探頭沿螺栓光桿外圓周向移動,前后略作移動,繞螺栓掃查一周,如圖1(c),(d)所示。5裂紋大時識別當螺栓某個螺紋根部出現(xiàn)裂紋時,其后鄰近的第1個螺紋反射波被裂紋遮擋,當裂紋較大時,第2個、第3個螺紋反射波也將被遮擋,如發(fā)現(xiàn)缺陷的反射波幅與其后的第1個螺紋的反射波幅之差不小于6dB,且指示長度不小于10mm,即可判定為裂紋,見圖2。6識別裂縫波(1)波形因裂紋面垂直聲束,故裂紋波形清晰、陡直、尖銳。(2)地點一般出現(xiàn)在結(jié)合面第1,2道螺紋處。(3)聲音從兩端面探傷裂紋波的聲程之和等于螺栓長度。(4)波的底面變化對于較大裂紋,底波明顯減弱甚至消失。(5)螺紋頂部裂紋反射波緊靠裂紋波的螺紋波由于裂紋的遮擋減弱或消失。根據(jù)裂紋回波的特點,對比有螺紋根部裂紋與無螺紋根部裂紋反射波的差別,不難判斷螺紋根部裂紋的存在與否。正常情況下無螺紋根部裂紋反射波形為熒光屏上出現(xiàn)多次且有一定規(guī)律的螺紋反射波。當有螺紋根部裂紋存在時,這種規(guī)律會被打破,而出現(xiàn)個別高出周圍螺紋反射回波的反射波,或因裂紋反射波的遮擋而在這個較高反射波后面的螺紋回波消失。7螺栓產(chǎn)品的反射信號在螺栓螺紋根部裂紋的探傷中,除了底波和裂紋波以外,還要對以下主要的假信號進行識別。(1)螺栓頸部與螺紋之間過渡圓弧反射信號,用手指沾油觸及過渡圓弧并觀察其波形變化。(2)變形波。用手沾油拍打產(chǎn)生反射波部位,看波峰是否跳動,若跳動,可判斷為變形波,看此波是否在同一位置出現(xiàn),出現(xiàn)可認為是缺陷波,若消失可認為是變形波。8螺栓螺紋深部裂紋信號和假信號的識別采用縱波小角度斜探頭放在兩端面上徑向檢測和橫波斜探頭放在光桿部位周向檢測能較好地檢出汽輪