专利名称：一种内孔缺陷预应力－声发射集成检测设备和方法
技术领域：
本发明属于径向载荷施加与声发射集成探测内孔零件缺陷技术领域。
背景技术：
目前，内孔加工，特别是再制造获得的内孔涂层可能存在的缺陷以及涂层与基体之间的结合不足、涂层内应力导致工作状态下产生裂纹等，这些缺陷对再制造产品工作的可靠性和安全性都有重要的影响。而这些问题通过传统的方法检测方法无法做到无损检测。本发明是利用弹性径向加载技术首先使内孔收到足够大的膨胀应力，并叠加切向运动，诱发涂层内的缺陷，同时采用声发射传感器检测裂纹产生和扩展的信息，做到既不损害合格的再制造产品，又不遗漏缺陷。
发明内容
本发明的目的就是提供一种能够探测小内孔零件再制造表面涂层综合性能的内孔缺陷预应力—声发射集成检测设备和方法。
本发明的构思是提供一种适用于内孔表面加载包括法向载荷和切向载荷的触头和施力机构，称之为力学探针，载荷级别和摩擦系数大范围可变，判断涂层表面、内部和界面处的缺陷状态，为内孔零件涂层的无损评价提供动态信息。
本发明的解决方案是一种内孔缺陷预应力—声发射集成检测设备和方法，由弹性径向加载装置11、摩擦材料5、摩擦材料装夹装置10和摩擦材料传感器6构成，弹性径向加载装置11用摩擦材料装夹装置10与摩擦材料5连接，摩擦材料传感器6镶嵌在摩擦材料5上。
摩擦材料传感器6是1-12个。
摩擦材料传感器6是声发射传感器。
弹性径向加载装置11的碟形杠杆作用在摩擦材料5的内表面，沿径向向外；摩擦材料传感器6镶嵌在摩擦材料5的内部或外部；在摩擦材料装夹装置10的两端安装了液压式轴向载荷施加器14，通过液压的作用，分别从两端推动整个测量系统产生往复式的轴向运动，并与零件表面涂层材料12产生摩擦力。
使用一种内孔缺陷预应力—声发射集成检测设备进行检测的方法，当弹性径向加载装置11施加力于内孔时，在力的增长过程中，内孔涂层内部或者界面处产生裂纹及裂纹扩展过程中，会有声信号发射出来；随着力的增加，信号的强度和密度提高，直到断裂，产生最强的信号；通过固定在摩擦材料5中的摩擦材料传感器6接收声发射信号，根据声发射信号的强度和密度，判定涂层材料的损伤情况。
本发明所达到的有益效果是(1)设计和制备一种适用于内孔表面法向加载和切向加载的触头和施力机构，称之为力学探针，载荷级别和摩擦系数大范围可变，但不损坏内孔表面质量。此力学探针用于模拟内孔零件的工作载荷参数；载荷的大小需要根据具体对象设定临界参数。
(2)根据接收到的声发射信号的特征参数与载荷、涂层类型之间的关系，可以判断涂层表面、内部和界面处的缺陷状态，为再制造产品的无损评价提供动态信息；(3)在力学探针的作用下，各种缺陷处于放大的状态，使其它无损检测手段更容易发现，提高检测的可靠性和稳定性，例如超声检测；(4)通过把力学探针、声发射信息、超声检测等传感器集成到同一个探头，制备成小内孔多功能集成传感器，整套设备小，便携，测量时间短，可装备战场条件下移动式再制造平台。也可装备于实验室作为再制造技术开发过程中的快速评价手段；(5)本发明中所设计出来的各个零件、设备结构简单、体积小、便于操作、造价低、易于扩广。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步说明。
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的弹性径向加载装置放大示意图。
其中，1.螺母，2.碟形弹簧，3.定位套，4.碟形杠杆，5.摩擦材料，6.摩擦材料传感器，7.弹性径向加载装置传感器，8.弹性螺杆，9.定位键，10.摩擦材料装夹装置，11.弹性径向加载装置，12.零件表面涂层材料，13.管壁，14.轴向载荷施加器。
具体实施例方式
螺母1外径为40mm、内孔为M16mm螺纹，螺母1螺纹与弹性螺杆8杆顶部螺纹配合；螺母1下部与外径为56mm、内径为28.5mm、壁厚度为3mm、高度为4.3mm、最大位移为1.3mm、最大承载为11400N的碟形弹簧2连接处的外径为28.5mm，连接处凸台的高度为5mm；定位套3的中间法兰外径为35mm、厚度为5mm，中孔直径为16mm，上、下端连接部外径分别为28.5mm和24mm，上下端连接部凸台高度均为5mm。
一对等同碟形杠杆4的外径为96mm、内径为24mm、厚度t＝3mm、底角θ＝30度；从外圆开始沿着径向把碟形杠杆4切缝并沿圆周36等分，切缝的长度均为25mm；
弹性螺杆8的长度为80mm，中孔直径为16mm，端部法兰直径为97mm，厚度为8mm；弹性径向加载装置传感器7采用应变片；螺母1、碟形弹簧2、定位套3、碟形杠杆4依次套在弹性螺杆8上。定位键9将弹性螺杆8固定。
按正螺旋方向旋转螺母1，螺母1与弹性螺杆8端部法兰之间距离减少，对碟形弹簧2和碟形杠杆4施加轴向压力，通过碟形杠杆4，把轴向力转化为径向膨胀力，径向力的大小为轴向力的3.464倍。
轴向力的大小由应变片测量，碟形弹簧2的作用是使整个机构有足够的弹性。
反向旋转螺母1，螺母1与弹性连杆8端部法兰之间的距离增加，从而释放压力。
通过控制螺母1的旋转量，来控制加载力的大小。
在加载过程中不断地旋转螺母，则可以得到动态载荷。
摩擦材料5的内径d＝96mm、外径D＝116mm，厚度h＝5mm；弹性径向加载装置11的径向力通过碟形杠杆4作用在摩擦材料5上，使摩擦材料5对零件表面涂层材料12、管壁13产生压力；声发射传感器6发送出声发射信号；摩擦材料装夹装置10的轴向运动带动弹性径向加载装置11、摩擦材料5轴向运动；把根据接收到的声发射信号的特征参数与载荷、涂层类型之间的关系，可以判断涂层表面、内部和界面处的缺陷状态，为再制造产品的无损评价提供动态信息。
首先根据已经制备好的标准试样标定本装置，确定合格涂层的安全载荷和声发射信号强度和密度临界值。然后对正常试样进行测试，如果在施加的安全载荷下声发射信号的强度或者密度超过临界值，则涂层为不合格产品。
权利要求
1.一种内孔缺陷预应力一声发射集成检测设备，其特征在于，由弹性径向加载装置(11)、摩擦材料(5)、摩擦材料装夹装置(10)和摩擦材料传感器(6)构成，弹性径向加载装置(11)用摩擦材料装夹装置(10)与摩擦材料(5)连接，摩擦材料传感器(6)镶嵌在摩擦材料(5)上。
2.根据权利要求1所述的一种内孔缺陷预应力一声发射集成检测设备，其特征在于，摩擦材料传感器(6)是1-12个。
3.根据权利要求1、2所述的一种内孔缺陷预应力一声发射集成检测设备，其特征在于，摩擦材料传感器(6)是声发射传感器。
4.使用权利要求1所述的一种内孔缺陷预应力一声发射集成检测设备进行检测的方法，其特征在于，当弹性径向加载装置(11)施加力于内孔时，在力的增长过程中，内孔涂层内部或者界面处产生裂纹及裂纹扩展过程中，会有声信号发射出来；随着力的增加，信号的强度和密度提高，直到断裂，产生最强的信号；通过固定在摩擦材料(5)中的摩擦材料传感器(6)接收声发射信号，根据声发射信号的强度和密度，判定涂层材料的损伤情况。
全文摘要
一种内孔缺陷预应力－声发射集成检测设备和方法属于径向载荷施加与声发射集成探测内孔零件缺陷技术领域。由径向弹性加载装置、镶嵌传感器的摩擦材料、声发射传感器以及装夹装置构成。声发射传感器牢固固定在摩擦材料上。当弹性径向加载装置膨胀作用力于内孔，如果内孔表面涂层产生缺陷，则产生声发射信号。同样，当弹性径向加载装置膨胀作用于内孔，然后在摩擦材料装夹装置的作用下沿轴向运动时，涂层与基体之间的结合不足、涂层内应力导致工作状态下产生裂纹等，也产生声发射信号。采用声发射传感器检测裂纹产生和扩展的信息，做到既不损害合格的再制造产品，又能够探测到萌生阶段的缺陷。适用于内孔涂层缺陷、裂纹等的检测领域。
文档编号G01N3/12GK1793835SQ20051020082
公开日2006年6月28日 申请日期2005年12月19日 优先权日2005年12月19日
发明者徐久军, 林炳凤 申请人:大连海事大学