利用超声电磁原理评估金属裂纹走向与深度的装置及方法
【专利说明】利用超声电磁原理评估金属裂纹走向与深度的装置及方法
[0001]本发明涉及一种无损检测方法，特别是涉及利用超声电磁原理评估金属裂纹走向与深度的装置及方法。
【背景技术】
[0002]检测评估金属材料工件裂纹的深度及走向，是确保金属材料工件在役安全运行、避免事故的首要方法，例如，铁路钢轨在使用过程中，会产生表面细小裂纹，细小裂纹在受到行驶列车挤压的情况下会向钢轨内部发展扩大，当裂纹发展的一定程度时，就会影响到钢轨的安全，极易发生钢轨断裂事故，其中倾斜裂纹尤为危险，不同的裂纹走向和深度，对钢轨安全的影响程度不同。通常采用超声或涡流等无损检测方法检测金属材料工件裂纹，其中，涡流检测方法适用于金属材料表面及近表面裂纹缺陷的快速检测，但其无法评估裂纹的走向；超声检测方法大多适用于金属材料内部缺陷的检测。至今，没有一种有效的金属材料裂纹的走向及深度的快速检测评估方法。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供利用超声电磁原理评估金属裂纹走向与深度的装置及方法，采用超声与涡流组合检测方法，设计超声涡流组合探头扫查装置，实现快速评估金属材料裂纹走向及裂纹深度当量。
[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:利用超声电磁原理评估金属裂纹走向与深度的装置，采用一个涡流检测点探头和两个超声检测斜探头制作组合探头扫查装置，所述两个超声检测斜探头的入射角、频率、材料、形状相同，入射角为固定值，两个超声检测斜探头镜像对称固定，以使两个超声检测斜探头发射的超声波镜像对称、相交；所述涡流检测点探头，置于两个超声检测斜探头的正中间。
[0005]利用超声电磁原理评估金属裂纹走向与深度的方法，采用超声与涡流组合检测方法，先用涡流方法定位金属材料表面裂纹开口位置及评估裂纹深度当量，而后用超声方法评估裂纹深度方向走向，所述方法包括如下步骤，
a.采用加工有不同深度和不同倾斜角度的标准人工裂纹的对比试块对组合探头扫查装置中的涡流检测点探头和超声检测斜探头进行裂纹深度方向走向和裂纹深度当量标定，得到涡流检测点探头的裂纹涡流感应信号幅度相位与裂纹深度标定关系函数，得到两个超声检测斜探头发射的超声波遇到裂纹的回波信号时间值与裂纹倾斜角度标定关系函数；所述对比试块的材质、结构与被检金属材料相同；
b.将组合扫查探头装置置于被检金属材料检测面；两个超声检测斜探头连接超声检测仪，涡流检测点探头链接涡流检测仪；
c.已恒定速度移动组合探头扫查装置，当涡流检测点探头探测范围内的金属材料表面有裂纹时，涡流检测点探头产生裂纹涡流感应信号，裂纹涡流感应信号发送至涡流检测仪；当涡流检测点探头刚好到达裂纹开口正上方时，裂纹涡流感应信号幅度达到最大值，根据步骤a中得到的涡流检测点探头的裂纹涡流感应信号幅度、相位与裂纹深度标定关系函数计算得出相对于标准人工裂纹的裂纹深度当量；
d.当裂纹涡流感应信号幅度达到最大值时，涡流检测仪同时发送触发信号至超声检测仪及组合探头扫查装置，组合探头扫查装置接收到触发信号的同时停止移动，超声检测仪接收到触发信号的同时激励两个超声检测斜探头发射超声波；当两个超声检测斜探头发射的超声波时间轴波形对称时，即两个超声波遇到裂纹的回波信号时间值相同时，则说明该裂纹垂直向下；当两个超声检测斜探头发射的超声波时间轴波形不对称时，即两个超声波遇到裂纹的回波信号时间值不相同时，则说明该裂纹为倾斜裂纹，根据步骤a中得到的两个超声检测斜探头发射的超声波遇到裂纹的回波信号时间值与裂纹倾斜角度标定关系函数即可计算得出倾斜裂纹的倾斜角度，评估倾斜裂纹深度方向走向。
[0006]利用超声电磁原理评估金属裂纹走向与深度的装置，进一步的，采用阵列涡流检测探头替代所述组合探头扫查装置中的涡流检测点探头。利用超声电磁原理评估金属裂纹走向与深度的方法，进一步的，在执行步骤a、步骤b后，在步骤c中，当阵列祸流检测探头刚好到达裂纹开口正上方时，裂纹涡流感应信号幅度达到最大值，根据步骤a中得到的裂纹涡流感应信号幅度、相位与裂纹深度标定关系函数计算得出相对于标准人工裂纹的裂纹深度当量；在步骤d中，进一步的，采用阵列涡流检测探头判定被检金属材料裂纹的表面走向，当被检金属材料裂纹的表面走向与组合探头扫查装置的扫查方向不垂直时，以阵列涡流检测探头中裂纹涡流感应信号最大的阵元为圆心，旋转组合探头扫查装置，使组合探头扫查装置扫查方向与被检金属材料裂纹的表面走向垂直，以获得两个超声检测斜探头的最大超声波裂纹回波信号。
[0007]利用超声电磁原理评估金属裂纹走向与深度的方法，进一步的，在执行步骤a、步骤b、步骤c后，在步骤d中，根据超声检测斜探头的频率和晶片面积计算得出超声检测斜探头的扩散角，再结合步骤a中得到的两个超声检测斜探头发射的超声波遇到裂纹的回波信号时间值与裂纹倾斜角度标定关系函数计算得出相对精确的裂纹的倾斜角度。
[0008]本发明的有益效果是，利用超声电磁原理评估金属裂纹走向与深度的装置及方法，采用超声与涡流组合检测方法，设计采用一个涡流检测点探头和两个超声检测斜探头制作组合探头扫查装置，先用涡流方法定位金属材料表面裂纹开口位置及评估裂纹深度当量，而后用超声方法评估裂纹深度方向走向及裂纹深度当量，有效解决了至今无法实现的金属材料裂纹走向及裂纹深度当量快速评估难题。
[0009]以下结合实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的利用超声电磁原理评估金属裂纹走向与深度的装置及方法不局限于实施例。
【附图说明】
[0010]下面结合附图中实施例对本发明进一步说明。
[0011]图1是本发明第一实施例的组合扫查探头装置示意图。
[0012]图2是本发明第一实施例的金属材料垂直向下裂纹检测示意图。
[0013]图3是本发明第一实施例的金属材料垂直向下裂纹检测过程中裂纹涡流感应信号和两个超声波遇到垂直向下裂纹的回波信号示意图。
[0014]图4是本发明第一实施例的金属材料倾斜裂纹检测示意图。
[0015]图5是本发明第一实施例的金属材料倾斜裂纹检测过程中裂纹涡流感应信号和两个超声波遇到倾斜裂纹的回波信号示意图。
[0016]图6是本发明第二实施例的金属材料裂纹的表面走向判定及组合探头扫查装置方向调整示意图。
[0017]图中，Ul.入射角为固定值的超声检测斜探头，U2.入射角为固定值的超声检测斜探头，E.涡流检测点探头，1.被检金属材料，Cl.垂直向下裂纹，C2.倾斜裂纹，Θ.超声检测斜探头入射角，Ev.裂纹涡流感应信号幅度，裂纹涡流感应信号幅度达到最大值的时间值，超声波遇到裂纹的回波信号时间值，t2.超声波遇到裂纹的回波信号时间值，AE.阵列涡流检测探头，Ul'.入射角为可变的超声检测斜探头，U2'.入射角为可变的超声检测斜探头。
【具体实施方式】
[0018]第一实施例，如图1所示，利用超声电磁原理评估金属裂纹走向与深度的装置，采用一个涡流检测点探头E和两个超声检测斜探头Ul、U2制作组合探头扫查装置，所述两个超声检测斜探头U1、U2的入射角Θ、频率、材料、形状相同，入射角Θ为固定值，两个超声检测斜探头U1、U2镜像对称固定，以使两个超声检测斜探头U1、U2发射的超声波镜像对称、相交；所述涡流检测点探头E，置于两个超声检测斜探头Ul、U2的正中间。
[0019]第一实施例，如图2、图3、图4、图5所示，利用超声电磁原理评估金属裂纹走向与深度的方法，采用超声与涡流组合检测方法，先用涡流方法定位金属材料表面裂纹开口位置及评估裂纹深度当量，而后用超声方法评估裂纹深度方向走向，所述方法包括如下步骤，
a.采用加工有不同深度和不同倾斜角度的标准人工裂纹的对比试块对组合探头扫查装置中的涡流检测点探头E和超声检测斜探头Ul、U2进行裂纹深度方向走向和裂纹深度当量标定，