一种螺栓横波声速测量方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种螺栓横波声速测量方法
【背景技术】
[0002] 螺栓在进行超声波检验时，需要测量声速以对发现的缺陷回波进行定位。在横波 检验时，通常测量某一个丝扣反射回波的传播时间t，以及该丝扣到声束的水平距离a、螺 栓直径b，通过勾股定理计算声波速度v (为简化，时间仅按单程计算）：
[0003]
[0004] 这样计算简便，但不精确，主要是a不易测量准确；且有时候螺帽未拆，无法测得 a，这种计算方法就不可行。
[0005] 因此迫切需要一种操作方便，测量准确的螺栓横波声速测量方法。
【发明内容】
[0006] 本发明要解决的技术问题是提供一种操作方便、精确的测螺栓横波声速测量方 法。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种螺栓横波声速测量方法， 该方法步骤如下：
[0008] 1)根据图纸查螺栓螺纹螺距m及直径参数或现场实测，确定等效直径b ;
[0009] 等效直径的确定方法分为三种情况：
[0010] 对于带中心孔螺栓，其等效直径b = 2bl，
[0011] 对于柔性细腰螺栓，其等效直径b = (b2+b3) /2，
[0012] 对于带中心孔的柔性细腰螺栓，其等效直径b = b4+b5 ;
[0013] 其中，bl为螺栓边缘距中心孔边缘的距离，b2为螺栓小头端直径，b3为螺栓大头 端直径，b4为螺栓小头端边缘与中心孔边缘的距离，b5为螺栓大头端边缘与中心孔边缘的 距离；
[0014] 2)将横波探头与超声波探伤仪正确连接，在CSK- I A试块上测横波探头延时；
[0015] 3)将横波探头放在螺栓杆部，横波探头声束指向螺纹方向，调整仪器的扫描范围， 要能清晰看到至少三个螺纹反射波；
[0016] 4)选定连续的三个螺纹反射波；移动闸门，分别套住第一、第三个螺纹反射波，读 取声波传输时间，分别记为TT1、TT3 ;然后将该时间转换为单程时间，分别为tl = TT1/2、 t3 = TT3/2 ;如果该超声波探伤仪内部已将声程计算为单程时间，则tl = TTl、t3 = TT3 ;
[0017] 5)根据下式计算横波声速
[0018]
[0019] 将上述13、11141^3代入式（6)，得到使以0=〇的￥值，该值即为所测声速。
[0020] 采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明方法测量声速时仅需考虑螺栓 尺寸，无需考虑螺纹回波的具体位置，因此操作起来更加方便，可以提高测量精度。
[0021] 说明书附图
[0022] 图1为声速计算示意图；
[0023] 图2为带中心孔螺栓的等效直径示意图；
[0024] 图3为柔性细腰螺栓等效直径示意图；
[0025] 图4为柔性带中心孔细腰螺栓等效直径示意图。
[0026] 1、螺栓。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合附图对本发明进行进一步的说明。
[0028] 本发明的原理如下：
[0029] 参见附图1，在螺栓1上沿轴向前后移动探头，使仪器屏幕上至少连续显示3个螺 丝扣回波。随意选定3个连续的丝扣回波，调整仪器闸门，分别框住第一个、第三个回波，读 取回波传播时间，分别记为tl、t3。则11 = v tl、13 = v t3。
[0030] 其中a:探头声束出射点到选定的第一个回波的水平距离；
[0031] b:螺栓直径；
[0032] m:螺距；
[0033] 11:选定的第一个回波声程；
[0034] 13:选定的第三个回波声程；
[0035] 根据勾股定理：
[0042] 对于一根给定的螺栓，螺距m、无中心孔螺栓直径b是确定的，将11 = v tl、13 = v t3代入式（5)无法求出声速的解析解，但式（5)确定了 13与11的关系。但可以求出声 速和m、b的数值解。
[0043] 构造关于v的函数f(v):
[0044]
[0045] 求该函数为0时的V，即为所测的声速。
[0046] 由于双根号输入容易出错，为简化输入，可将式（6)等价成
[0047]
[0048] 对于图2所示带有中心孔螺栓：
[0049] b = 2bl〇
[0050] 实际中有些柔性细腰螺栓形式如图3所示：
[0051] b = b2+(b3-b2)/2 = (b2+b3)/2。
[0052] 对于带中心孔的柔性细腰螺栓螺栓，如图4 :
[0053] b = b4+b5。
[0054] 该种方法测量声速时仅需考虑螺栓尺寸，无需考虑螺纹回波的具体位置，因此可 以大幅度的提高测量精度。
[0055] 具体测量步骤：
[0056] 1)根据图纸查螺栓螺纹螺距m及直径参数，确定等效直径b ;
[0057] 2)将横波探头与超声波探伤仪正确连接；
[0058] 3)在CSK- I A试块上测探头延时；
[0059] 4)将探头放在螺栓杆部，探头声束指向螺纹方向；
[0060] 5)调整仪器的扫描范围及平移，要能清晰看到至少三个螺纹反射波；
[0061] 6)选定连续的三个螺纹反射波；
[0062] 7)移动闸门，分别套住第一、第三个螺纹反射波，读取声波传输时间（TT1、TT3);
[0063] 8) tl = TT1/2、t3 = TT3/2 (转换成单程时间）；
[0064]9)将b、m、tl、t3代入式（7)，得到使f (v) = 0的v值，该值即为所测声速。
[0065] 检验案例
[0066] 对于规格为M90 X 3 X 855mm的无中心孔柔性细腰镍基不锈钢螺栓检测，实际测得 b2 = 78. 6mm，b3 ~ 87mm，则 b = 82. 8mm，螺距 m = 3mm。
[0067] 使用5P9 X 9K2探头连接数字式超声波探伤仪，在CSK- I A试块上测探头延时为 5. 42us，该数值可存储在超声波探伤仪中，仪器检测中会自动将该时间扣除。将探头放在螺 栓杆部，方向沿轴向使声束正对螺纹波。调整超声波探伤仪的声程范围及平移，使仪器面板 上能看到清晰的多个螺纹波。该仪器读取声程时间为单声程时间，无需转换。用闸门框住 一个螺纹波，从仪器面板上读出声程时间为tl' = 62. 52us，移动闸门到被测螺纹波后的第 2个螺纹波处，读取声程时间为t3' = 64. 34us。由于探头延时已存储在机器中被扣除，所 以所测声束从探头出射点到螺纹的时间分别为tl = 62. 52us及t3 = 64. 34us。
[0068] 制作Excel表格，将式7构造函数f(v)输入表格，改变声速不断计算，当声速为 2958时，f(v) = -0. 013 ~ 0,可以认为该螺栓声速为2958m/s。
【主权项】
1. 一种螺栓横波声速测量方法，其特征在于： 该方法步骤如下： 1) 查螺栓螺纹螺距m及直径参数，确定等效直径b; 等效直径的确定方法分为三种情况： 对于带中心孔刚性螺栓，其等效直径b= 2bl， 对于无中心孔柔性细腰螺栓，其等效直径b= (b2+b3)/2， 对于带中心孔的柔性细腰螺栓，其等效直径b=b4+b5 ; 其中，bl为螺栓光杆部分外表面距中心孔边缘的距离，b2为无中心孔柔性细腰螺栓光 杆直径，b3为无中心孔柔性细腰螺栓丝扣处直径，b4为带中心孔的柔性细腰螺栓光杆部分 外表面与中心孔边缘的距离，b5为带中心孔的柔性细腰螺栓丝扣外表面与中心孔边缘的距 离； 2) 将横波探头与超声波探伤仪正确连接，在CSK-IA试块上测横波探头延时； 3) 将横波探头放在螺栓杆部，横波探头声束指向螺纹方向，调整仪器的扫描范围，要能 清晰看到至少三个螺纹反射波； 4) 选定连续的三个螺纹反射波；移动闸门，分别套住第一、第三个螺纹反射波，读取声 波传输时间，分别记为TT1、TT3 ;然后将该时间转换为单程时间，分别为tl=TT1/2、t3 = TT3/2 ;如果该超声波探伤仪内部已将声程计算为单程时间，则tl=TTl、t3 =TT3 ; 5) 根据下式计算横波声速将上述b、m、tl、t3代入式（6)，得到使f(v) = 0的v值，该值即为所测声速。
【专利摘要】本发明公开了一种螺栓横波声速测量方法，该方法步骤如下：1)查螺栓螺纹螺距m及直径参数或现场实测，确定等效直径b；2)将横波探头与超声波探伤仪正确连接，在CSK-ⅠA试块上测横波探头延时；3)将横波探头放在螺栓杆部，横波探头声束指向螺纹方向，调整仪器的扫描范围，要能清晰看到至少三个螺纹反射波；4)选定连续的三个螺纹反射波，计算t1、t3；5)根据下式计算横波声速使f(v)＝0的v值即为所测声速。本发明方法测量声速时仅需考虑螺栓尺寸，无需考虑螺纹回波的具体位置，因此操作起来更加方便，可以提高测量精度。
【IPC分类】G01H5/00, G01N29/07
【公开号】CN104990983
【申请号】CN201510359496
【发明人】刘长福, 代真
【申请人】国电科学技术研究院
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年6月25日