一种超声波残余应力测试表面定位耦合装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种超声波残余应力测试表面定位耦合装置，该装置包括有机玻璃楔块、换能器固定螺纹孔、定位镜筒，胶膜袋，水流管，微型水槽；所述有机玻璃楔块固定超声波换能器或者超声波收发探头，所述螺纹孔下方直通有机玻璃楔块下表面；定位镜筒位于玻璃楔块中间，胶膜袋与换能器固定螺纹孔无缝连接。本发明对现有提供的超声波残余应力测试表面耦合装置一方面可以快速、简单、灵活的定位需要应力测试的位置，并保证应力测试的方向和材料轧制的方向平行或者垂直；另一方面提高了超声波残余应力的测试精度，同时避免了根据不同曲率值加工有机玻璃楔块带来的较高成本和生产效率降低，实现单一装置可以多个曲率测试。
【专利说明】
一种超声波残余应力测试表面定位耦合装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种超声波残余应力测试表面定位耦合装置，具体涉及一种可以在超 声波残余应力测试过程中准确简单定位且测试误差少的超声波残余应力测试表面定位耦 合装置。
【背景技术】
[0002] 目前使用超声波残余测试的步骤主要为:一、对需要测试的材料进行声弹性系数K 和零应力校准块超声波传播速度采集;二、对待测试位置进行标记，通常根据所需要测试的 位置建立二维坐标系;三、对所需要测试的位置进行涂抹耦合剂；四、将固定有超声波换能 器的有机玻璃块固定在待测坐标处;五、对需要测量的坐标点进行应力测试。
[0003] 步骤一中对声弹性系数进行标定的过程中需要分别对同种材料平行乳制方向和 垂直乳制方向进行标定，超声波在零应力校准块中的传播速度也要分别按照平行乳制方向 和垂直方向进行采集。超声波主要是基于声弹性原理对残余应力进行测试的，即利用材料 中超声波的传播速度和材料中的残余应力呈线性关系对残余进行测试，超声波的传播速度 不仅与测试工件中的应力有关，也与工件材料的乳制方向有关。同样超声波在零应力试样 中的传播速度也是超声波残余应力的基础数据，而超声波在零应力样中的传播速度，也同 样的与材料的乳制方向有关。通常对材料残余应力的测试分为平行乳制方向和垂直乳制方 向的应力测试，如果使用超声波进行残余应力测试，在定位的过程不能使超声波在材料中 的传播方向准确的与材料乳制方向和垂直方向，而使用的基础数据声弹性系数K和零应力 样中的传播速度是根据平行材料乳制方向或者垂直材料乳制方向得到，从而使超声波残余 应力测试误差较大;另一方面，当测试的工件表面比较粗糙时，以及带有曲率的管道等进行 应力测试时，固定超声波换能器的有机玻璃楔块和测试工件的接触表面造成耦合状态较 差，导致超声波在耦合较差的界面上发生较高的衰减，使超声波残余应力测试的结果误差 较大。
[0004] 目前使用的有机玻璃楔块透明度不足，无定位的镜筒十字线作为参考物，通常只 能将超声波应力测试装置大约固定在所需测试的位置，根据经验调整有机玻璃楔块，使超 声波传播的方向和测试应力的方向平行，进而导致误差较大。
[0005] 目前超声波换能器有机玻璃固定楔块通常使用甘油或者蜂蜜等作为耦合剂，和测 试工件的表面接触耦合，有机玻璃楔块由于硬度较高，难以变形，与粗糙度较高和带有曲率 的工件测试面接触时，耦合状态较差。
【发明内容】
[0006] 为解决现有技术的不足，本发明设计了一种超声波残余应力测试表面定位耦合装 置。
[0007] 本发明的技术方案是:一种超声波残余应力测试表面定位耦合装置，其特征是，该 装置包括有机玻璃楔块、换能器固定螺纹孔、定位镜筒、胶膜袋、水流管和微型水槽，所述有 机玻璃楔块固定超声波换能器或者超声波收发探头，所述螺纹孔下方直通有机玻璃楔块下 表面，定位镜筒位于玻璃楔块中间，胶膜袋与换能器固定螺纹孔无缝连接。
[0008] 进一步的，水流管设置水流压力传感器和微型水栗，微型水栗与微型水槽连接。
[0009] 进一步的，定位镜筒为高透明镜筒，定位镜筒与测试点接触一侧制有十字刻度线。 本发明是这样实现的，玻璃楔块起到固定超声波换能器的作用，玻璃楔块中间部分设置定 位镜筒，定位镜筒为高透明镜筒，高透明镜筒与测试点接触的一侧制有十字刻度线，通过观 察定位镜筒将玻璃楔块固定在所需应力测试的大约位置，根据镜筒中的十字线调整有机玻 璃楔块，使十字线的中间位置和测试点的中间位置对齐，并使十字线的两条线分别测试点 的两条线重合，达到准确定位的目的。
[0010] 进一步的，将超声波收发探头装配在换能器螺纹孔之前，螺纹孔下方胶膜袋不注 入水。如果在装配探头之前就注入水，水栗的管路不封闭，容易导致水流溢出，而拧入换能 器后水栗管路能够保证封闭，避免水流溢出，超声波探头装配后，通过调节调节微型水栗控 制微型水槽和水流管的水流方向，当水流压力传感器的示数与标定示数相同时，停止调整 微型水栗。
[0011] 进一步的，胶膜袋可以柔软变形，与粗糙度较高或者带有曲率的测试面可以实现 良好耦合，减少了由于接触面粗糙度大，带有曲率测试面导致的耦合状态较差的影响。
[0012] 本发明的有益效果：本发明对现有超声波残余应力测试表面耦合装置进行了改 进，一方面，可以快速、简单、灵活的定位需要应力测试的位置，并保证应力测试的方向和材 料乳制的方向平行或者垂直;另一方面，胶膜带可以柔软变形，与粗糙度较高或者带有曲率 的测试面可以实现良好耦合，减少了由于接触面粗糙度大，带有曲率测试面导致的耦合状 态较差的影响，提高超声波残余应力的测试精度，同时避免了根据不同曲率值加工有机玻 璃楔块带来的较高成本和生产效率降低，实现单一装置可以多个曲率测试。
【附图说明】
[0013] 图1为发明整体结构示意图； 图2为本发明胶膜袋部分结构俯视示意图； 图3为本发明胶膜袋部分结构左视示意图； 图4为本发明对材料测试时选取的残余应力测试点的分布图； 图5为本发明对材料测试时定位示意图。
【具体实施方式】
[0014] 下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
[0015] 如图1至图5所示，本发明的【具体实施方式】是包括有机玻璃楔块1、换能器固定螺纹 孔2、定位镜筒3、胶膜袋4、水流管5和微型水槽8，有机玻璃楔块1固定超声波换能器或者超 声波收发探头，换能器固定螺纹孔2下方直通有机玻璃楔块1下表面，定位镜筒3位于玻璃楔 块1中间，胶膜袋4与换能器固定螺纹孔2无缝连接;水流管5设置水流压力传感器7和微型水 栗7,微型水栗7与微型水槽8连接。
[0016] 测试前，按照工件的具体工作情况、自身特征和生产要求确定需要进行应力测试 的位置，布置好坐标点。对测试点1平行焊缝方向的应力进行测试时，根据镜筒中十字线9的 位置调节有机玻璃楔块1，使镜筒十字线9和测试点坐标点的十字线中心重合，并且与坐标 点十字线的相交线重合，通过这一步骤能够精确的定位需要应力测试的坐标位置，保证超 声波传播的方向与应力测试的方向平行，防止测试点位置不准确和超声波传播方向和应力 测试的方向不平行而使用错误的应力常数K和零应力块传播速度带来较大的误差。
[0017]将超声波探头装配在换能器螺纹孔之前，螺纹孔下方胶膜袋不注入水，如果在装 配探头之前就注入水，水栗的管路不封闭，容易导致水流溢出，而拧入换能器后水栗管路能 够保证封闭，避免水流溢出，当超声波探头装配后，通过调节调节微型水栗控制微型水槽和 水流管的水流方向，具体根据水流压力传感器6的显示数值，调节微型水栗7,使微型水槽8 中的水进入水流管5或者使水流管5中的水流出到微型水槽8中，当水流压力传感器6的显示 数值和标定时的显示数值相同时，停止调节微型水栗7,此时胶膜袋4和测试表面达到与标 定时一致的耦合压力，从而可以避免由于测试和标定时耦合压力不一致带来的耦合误差， 提高测试精度。
[0018]如果测试的工件表面是粗糙度较高的平面，或者测试工件的表面带有一定的曲 率，胶膜袋4可以柔软变形，使胶膜袋4和测试面良好耦合，可柔软变形的胶膜袋4对带有曲 率的管道等测试可以良好耦合，避免了根据不同曲率值加工有机玻璃楔块带来的较高成本 和生产效率降低，实现单一装置可以多个曲率测试。
[0019]本发明的使用效果可以通过以下试验得到验证和说明： 选取高速列车常用铝合金材料A7N01S-T5,700*230对接试板，按照相同距离布置残余 应力测试点。不采用本发明的轨道超声波残余应力测试表面定位耦合装置，手持稳定固定 超声波探头，直接对测试点1-10点残余应力进行测试，测试结果见下表。
[0020] 以上述方法安装好超声波残余应力测试表面定位耦合装置，将超声波发生器与超 声波测试系统连接，对1-10点进行残余应力测试，测试的结果见下表。
[0021] 采用本设计的残余应力测试结果相对于焊缝两侧基本对称，而未采用本设计装置 残余测试结果相对于焊缝两侧的对称性较差，采用本设计装置可以保证测试过程耦合压力 的一致性并与标定时耦合压力的一致性，同时也可以保证测试的应力方向与标定的应力常 数和零应力状态下超声波传播时间的一致性，从而避免测试状态与耦合状态不一致性，测 试方向与标定方向不一致性，以及测试过程中耦合状态差异性造成的超声波应力测试误 差，由焊接残余应力的基本特征可知，焊缝两侧对称位置的残余应力也具有较好的对称性， 所以采用超声波残余应力测试表面定位耦合装置测试的应力结果更加可靠。
[0022] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种超声波残余应力测试表面定位耦合装置，其特征是，该装置包括有机玻璃楔块、 换能器固定螺纹孔、定位镜筒、胶膜袋、水流管和微型水槽，所述有机玻璃楔块固定超声波 换能器或者超声波收发探头，所述螺纹孔下方直通有机玻璃楔块下表面，定位镜筒位于玻 璃楔块中间，胶膜袋与换能器固定螺纹孔无缝连接。2. 根据权利要求1所述的一种超声波残余应力测试表面定位耦合装置，其特征是，水流 管设置水流压力传感器和微型水栗，微型水栗与微型水槽连接。3. 根据权利要求1所述的一种超声波残余应力测试表面定位耦合装置，其特征是，定位 镜筒为高透明镜筒，定位镜筒与测试点接触一侧制有十字刻度线。4. 根据权利要求1所述的一种超声波残余应力测试表面定位耦合装置，其特征是，将超 声波收发探头装配在换能器螺纹孔之前，螺纹孔下方胶膜袋不注入水。5. 根据权利要求2所述的一种超声波残余应力测试表面定位耦合装置，其特征是，调整 微型水栗可以控制微型水槽和水流管的水流方向，当水流压力传感器的示数与标定示数相 同时停止调整微型水栗。6. 根据权利要求1所述的一种超声波残余应力测试表面定位耦合装置，其特征是，胶膜 袋可以柔软变形。
【文档编号】G01N29/28GK105910742SQ201610510750
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年7月1日
【发明人】薛海峰, 高沧, 夏宁, 赵佳佳, 戴忠晨, 云中煌
【申请人】南京中车浦镇城轨车辆有限责任公司