专利名称：薄片工件环形焊缝的超声波检测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及超声波检测技术，具体为ー种薄片エ件环形焊缝的超声波检测系统。
背景技术：
超声波探伤是属于无损检测中主要的ー种。从超声波反射波的位置和波形即可得到金属内部缺陷的深度和缺陷的性质。目前，超声波无损探伤广泛地应用于锻件、铸件和焊接件的质量检測。
使用超声波检测时要让超声波探头的超声波束扫描整个エ件或整条焊縫。故对于环形焊缝的エ件需要专门的装夹エ件的旋转工作台，在检测工作开始前，调整探头与被测エ件的相对位置，使超声波束聚焦在焊缝上。还需调整探头角度和増益，使第一界面超声波回波幅值达到要求。检测时超声波探伤卡发出的脉冲信号加到超声探头上，探头发射出的超声波通过液体介质(水)入射到被检エ件上并在エ件被测部位内部传播，经过底部界面或其内缺陷的反射，产生回波。与此同吋，同步控制电路控制工作台带动被测エ件匀速旋转，使エ件被测部位平稳匀速在超声波探头下通过，探头接收超声回波并传回超声波探伤卡，在计算机中分析缺陷类型。目前的超声检测系统多为检测棒材、钢管、齿轮、鉄路钢轨及火车轮毂等大型、中厚型零件，检测的零件的厚度一般在8mm以上，对于エ件的检测精度要求不高，只要检测出大于当量尺寸2_的缺陷即可。又由于目前在超声检测中界面波与底波较易区分，缺陷波也容易识别，频率为2. 5—5MHz的普通探头均可完成检测。对于汽车离合器从动盘等薄片エ件多用高能束焊接,如电子束焊接或激光焊接，因エ件薄(厚度仅为3mm)、焊缝窄(宽度仅2mm)、且要求检测出大于当量尺寸O. 5mm的微小缺陷，普通夹具定位精度不够，且超声波检测时易出现上下界面反射波混叠，界面回波与缺陷回波难以识别等现象。影响超声波对薄片エ件高能束焊缝的准确检測。因此需要研制一种适合于高能束焊接的薄片エ件环形焊缝的超声波检测系统，其探头和环形焊缝的定位精确，超声波入射角度准确稳定，待测薄片エ件的装卸方便安装稳定，旋转同心度高，以完成汽车离合器从动盘等薄片エ件环形焊缝的在线超声波检测。
发明内容
本发明的目的是设计ー种薄片エ件环形焊缝的超声波检测系统，包括计算机、超声波探伤卡、超声波探头，还有探头安装架、旋转工作台和水箱。探头安装架上探头夹持器可实现在X轴与Y轴方向上的平移和360度旋转，方便调节探头位置和角度；旋转工作台实现对エ件的夹持、定心及旋转运动。从而能保证对薄片环形焊缝稳定可靠的超声波检测。本发明设计的薄片エ件环形焊缝的超声波检测系统，包括计算机、超声波探伤卡、超声波探头，还有探头安装架、旋转工作台和水箱；计算机连接超声波探伤卡和同步控制电路，超声波探伤卡连接探头，向探头发送超声波脉冲并接收探头得到的回波信号，同步控制电路则连接控制旋转工作台的电机电路，探头安装于探头安装架上的探头夹持器上。旋转工作台安装于水箱内。本发明的探头安装架包括摆臂、限位臂、导杆、转臂和探头夹持器。摆臂和限位臂的一端分别铰接于水箱ー侧，摆臂和限位臂的前端伸向水箱顶面内，限位臂上有沿臂纵向的导向槽，摆臂中部固定有回转销，摆臂的回转销插在限位臂的导向槽内，回转销沿导向槽滑动，即可调节摆臂前端在水箱顶面的位置，回转销上端有蝶形螺母，紧固蝶形螺母固定摆臂和限位臂的相对位置，使摆臂前端定位。导杆上端插在摆臂前端的导杆孔内，导杆下端固接I或2根转臂，每根转臂上套装I或2个探头夹持器。所述探头夹持器包括夹持套筒和滑动套筒，两个套筒的 横截面相互垂直，夹持套筒的筒壁上有固定探头的探头紧固螺钉，探头插入夹持套筒后探头紧固螺钉旋入顶紧探头固定之。滑动套筒与转臂配合，滑动套筒沿转臂滑动可调节探头夹持器与中心的距离，适应不同直径的环形焊缝，滑动套筒围绕转臂转动，可调节夹持套筒中心线与铅垂线的角度，从而调节探头发出的超声波束在待测エ件焊缝表面的入射角。滑动套筒的筒壁上有固定滑动套筒与转臂的相对位置的夹持器紧固螺钉，滑动套筒位置调节后、夹持器紧固螺钉旋入顶紧转臂、固定滑动套筒于转臂。在夹持套筒外壁还固定有罩扣在探头下方的保护架，保护架为网制，以避免エ件装卸时碰撞探头。本发明的旋转工作台包括旋转轴、安装盘和电机，旋转轴下端可转动地穿过水箱底与电机相连接，旋转轴与水箱底之间密封，电机安装于水箱底下方。旋转轴上端处于水箱内、固定安装盘。安装盘上有与旋转轴同心的突起的定位凸沿，定位凸沿为环形凸起，内径大于安装盘的中心孔孔径。为了便于不同尺寸的待测エ件定位，安装盘的定位凸沿外径等于或小于待测エ件的内径，并配有多个不同尺寸的定位环，定位环的内径与安装盘的定位凸沿外径相等，每个定位环外径与某种待测エ件内径相等，根据待测エ件选择安装对应的定位环，定位环装于安装盘上、套在定位凸沿外，待测エ件套装在定位环，其中心与工作台旋转轴保持同轴。为了进一步稳定待测エ件并使之与安装盘一起转动，安装盘还配有2 6个压杆，每个压杆包括相互垂直的竖杆和横杆，其竖杆与旋转轴平行、穿过位于定位盘的定位环内的安装盘的定位凸沿内的压杆孔，弹簧套在安装盘下方的竖杆上、位于竖杆底端的螺母和安装盘之间。压杆上部的横杆在安装盘上方，横杆前端有向下的凸起，弹簧的张カ使压杆向下移动、横杆前端的凸起压在待测エ件上。调节竖杆底端的螺母可调节弹簧张力。压杆将待测エ件压于安装盘上。本系统为了提高超声波检测的分辨率、灵敏度和信噪比，所用超声波探伤卡为具有4个超声工作通道、单通道采样频率IOOMHz的超声波探伤卡。为了适合识别微小缺陷、提高分辨率和信噪比并适应自动检测，所用探头为高频窄脉冲水浸点聚焦探头，其频率为IOMHz 15MHz，晶片直径5 10mm，焦距20 35mm，且具有回波形状单峰性、脉冲宽度为70ns 150ns和相对带宽大于50%的频率特性。与现有技术相比，本发明薄片エ件环形焊缝的超声波检测系统的优点为1、其旋转工作台的安装盘上有定位盘和压杆，待测薄片エ件装夹牢固、与旋转轴同心度高，稳定性好、振动小，且装夹、拆卸方便，适用于电子束或激光束等高能束焊接的薄片エ件环形焊缝的在线超声波检测；2、探头安装架的摆臂和限位臂实现回转定位，摆臂调节定位角度精度可达O. I度，蝶形螺母固定锁死摆臂和限位臂，以保证检测中探头定位的稳定；3、旋转工作台的安装盘和エ件处于水箱中，采用液浸法进行超声检测，探头在耦合剂水中不与エ件直接接触，超声波的发射与接收比较稳定，探头不易磨损，寿命长，易于实现自动化在线检测；4、采用高频宽带窄脉冲水浸聚焦探头，可检测厚度仅为3_的薄片エ件上宽度仅2_的窄焊缝，分辨率和信噪比高，可识别当量尺寸O. 5mm的微小缺陷；5、计算机控制超声波探伤卡和旋转工作台的电机运行，以满足采集同步的要求，响应快、精度高；6、计算机的超声波检测缺陷可视化软件可分别将不同闸门检测到的焊缝缺陷的位置信息实时显示在电脑屏幕上，再使用超声检测缺陷智能分析软件根据缺陷回波数据确定缺陷的性质，且检测结果可在显示屏实时显示或在其它输出设施上输出，完成在线检测；7、系统整体结构紧凑、体积小，电机、減速器及其他传动装置均置于水箱下部，外观整体性強。
图I为本薄片エ件环形焊缝的超声波检测系统实施例的安装了旋转工作台和探头安装架的水箱俯视图；图2为本薄片エ件环形焊缝的超声波检测系统实施例的安装了旋转工作台和探头安装架的水箱侧视图；图3为图I中探头安装架的俯视图；图4为图I中探头安装架的侧视图；图5为图I中探头安装架的探头夹持器的放大示意图；图6为图I中旋转工作台侧视图；图7为图I中旋转工作台俯视图；图8为本薄片エ件环形焊缝的超声波检测系统实施例的控制电路框图。图内标号为1、水箱，11、水箱底，2、探头安装架，21、摆臂，22、蝶形螺母，23、限位臂，24、转臂，25、保护架，26、探头夹持器，261、夹持器紧固螺钉，262、滑动套筒，263、探头紧固螺钉，264、夹持套筒，27、导杆，3、旋转工作台，31、安装盘，311、定位凸沿，32、旋转轴，33、压杆，34、定位环，35、エ件，4、机架，5、水阀。
具体实施例方式本薄片エ件环形焊缝的超声波检测系统实施例，包括计算机、超声波探伤卡、超声波探头，还有探头安装架、旋转工作台和水箱；如图8所示计算机连接超声波探伤卡和同步控制电路，超声波探伤卡连接探头，向探头发送超声波脉冲并接收探头得到的回波信号，同步控制电路则连接控制旋转工作台的电机电路，探头安装于探头安装架上的探头夹持器上。旋转工作台安装于水箱内。本例安装了旋转工作台3和探头安装架2的水箱I结构图如图I和2所示。水箱I安装于机架4上。本例的探头安装架2结构如图I至5所示，包括摆臂21、限位臂23、导杆27、转臂24和探头夹持器26。摆臂21和限位臂23的一端分别铰接于水箱I ー侧，摆臂21和限位臂23的前端伸向水箱I顶面内，限位臂23上有沿臂纵向的导向槽，摆臂21中部固定有回转销，摆臂21的回转销插在限位臂23的导向槽内，回转销沿导向槽滑动，调节摆臂前端在水箱顶面的位置，回转销上端有蝶形螺母22，紧固蝶形螺母22固定摆臂21和限位臂23的相对位置。导杆27上端插在摆臂21前端的导杆孔内，导杆27下端固接2根转臂24，探头夹持器26套装于转臂24。水箱底11有排水孔，其上安装有阀5，便于放水。本例探头夹持器26如图5所示，包括夹持套筒264和滑动套筒262，两个套筒的横截面相互垂直，夹持套筒264的筒壁上有探头紧固螺钉263，用以固定插在夹持套筒264内的探头。滑动套筒262与转臂24配合，滑动套筒262沿转臂24滑动，探头夹持器26与中心的距离不同适应不同直径的环形焊縫，本例每根转臂安装I个探头夹持器26，如图4中左侧的探头夹持器26表示用于较小直径环形焊缝的探头夹持器26，左侧的探头夹持器26表示用于较大直径环形焊缝的探头夹持器26。滑动套筒262围绕转臂24转动，即可调节夹持套筒264中心线与铅垂线的角度，从而调节探头发出的超声波束在待测エ件焊缝表面的入射角。滑动套筒262的筒壁上的夹持器 紧固螺钉261用于固定滑动套筒262与转臂24的相对位置。在夹持套筒264外壁还固定有罩扣在探头下方的保护架25，保护架25用不锈钢丝制作，以避免エ件装卸时碰撞探头。本例旋转工作台3如图6所示，包括旋转轴32、安装盘31、压杆33和电机，旋转轴32下端可转动地穿过水箱底11与电机相连接，旋转轴32与水箱底11之间密封，电机安装于水箱底11下方机架4上。旋转轴32上端处于水箱I内、固定安装盘31。安装盘31上有与旋转轴同心的突起的定位凸沿331，定位凸沿331为环形凸起，内径大于安装盘31的中心孔孔径。安装盘31的定位凸沿331外径小于待测エ件35的内径，为适合安装不同尺寸的エ件迅速定心，配有多个不同尺寸的定位环34,定位环34的内径与安装盘31的定位凸沿331外径相等，每个定位环34外径与某种待测エ件35内径相等，根据待测エ件35选择安装对应的定位环34，定位环34装于安装盘31上、套在定位凸沿331タト，待测エ件35套装在定位环34上并由压杆33压紧于安装盘31上。本例在安装盘31上有三个均匀分布的压杆33，每个压杆33包括相互垂直的竖杆和横杆，其竖杆与旋转轴32平行、穿过位于安装盘31的定位凸沿331内的安装盘31上的压杆孔，弹簧套在安装盘31下方的竖杆上、位于竖杆底端的螺母和安装盘31之间。压杆33上部的横杆在安装盘31上方，横杆前端有向下的凸起，弹簧的张カ使横杆前端的凸起压在待测エ件上。本例所用超声波探伤卡为具有4个超声工作通道、单通道采样频率IOOMHz的超声波探伤卡。本例所用探头为高频宽带窄脉冲水浸聚焦探头，表I列出了本例所用A或B探头的主要參数指标和频率特性测试结果(以欧洲标准学会颁布的EN12668-2:2001《无损检测-超声检查设备的表征及验证-探头》作为测试标准，并结合其它国际标准进行测试)，表I中还将普通探头C的參数作为对比列出。表I超声波探头主要參数及测试结果ー览表
探头编号Γ1I-C
晶片直径(mm) 6614
焦距(nun)303020
权利要求
1.薄片工件环形焊缝的超声波检测系统，包括计算机、超声波探伤卡、超声波探头，还有探头安装架、旋转工作台和水箱；计算机连接超声波探伤卡和同步控制电路，超声波探伤卡连接探头，向探头发送超声波脉冲并接收探头得到的回波信号，同步控制电路则连接控制旋转工作台的电机电路，探头安装于探头安装架上的探头夹持器上；旋转工作台安装于水箱内；其特征在于 所述探头安装架(2)包括摆臂(21)、限位臂(23)、导杆(27)、转臂(24)和探头夹持器(26);摆臂(21)和限位臂(23)的一端分别铰接于水箱(I) 一侧，摆臂(21)和限位臂(23)的前端伸向水箱(I)顶面内，限位臂(23)上有沿臂纵向的导向槽，摆臂(21)中部固定有回转销，摆臂(21)的回转销插在限位臂(23)的导向槽内，回转销沿导向槽滑动，调节摆臂(21)前端在水箱顶面的位置，回转销上端有蝶形螺母(22)，紧固蝶形螺母(22)固定摆臂(21)和限位臂(23)的相对位置；导杆(27)上端插在摆臂(21)前端的导杆孔内，导杆(27)下端固接I或2根转臂(24)，每根转臂(24)上套装I或2个探头夹持器(26)。
2.根据权利要求I所述的薄片工件环形焊缝的超声波检测系统，其特征在于 所述探头夹持器(26)包括夹持套筒(264)和滑动套筒(262)，两个套筒的横截面相互垂直，夹持套筒(264)的筒壁上有用以固定插在夹持套筒(264)内的探头的探头紧固螺钉(263 );滑动套筒(262 )与转臂(24)配合，滑动套筒(262 )沿转臂(24)滑动或围绕转臂(24)转动，滑动套筒(262)的筒壁上有用于固定滑动套筒(262)与转臂(24)的相对位置的夹持器紧固螺钉(261)。
3.根据权利要求I所述的薄片工件环形焊缝的超声波检测系统，其特征在于 所述夹持套筒(264)外壁还固定有罩扣在探头下方的保护架(25)。
4.根据权利要求I至3中任一项所述的薄片工件环形焊缝的超声波检测系统，其特征在于 所述旋转工作台(3)包括旋转轴(32)、安装盘(31)和电机，旋转轴(32)下端可转动地穿过水箱底(11)与电机相连接，旋转轴(32 )与水箱底(11)之间密封，旋转轴(32 )上端处于水箱(I)内、固定安装盘(31)，安装盘(31)上有与旋转轴同心的突起的定位凸沿(331)，定位凸沿(331)为环形凸起，内径大于安装盘(31)的中心孔孔径；电机安装于水箱底(11)下方。
5.根据权利要求4所述的薄片工件环形焊缝的超声波检测系统，其特征在于 安装盘(31)的定位凸沿(331)外径等于或小于待测工件(35)的内径，还配有多个定位环(34)，定位环(34)的内径与安装盘(31)的定位凸沿(331)外径相等，每个定位环(34)外径与某种待测工件(35)内径相等，与待测工件(35)对应的定位环(34)装于安装盘(31)上、套在定位凸沿(331)外，待测工件(35)套装在定位环(34)外。
6.根据权利要求5所述的薄片工件环形焊缝的超声波检测系统，其特征在于 所述安装盘(31)还配有2 6个压杆(33)，每个压杆(33)包括相互垂直的竖杆和横杆，其竖杆与旋转轴(32 )平行、穿过位于定位盘(31)的定位凸沿(331)内的安装盘(31)上的压杆孔，弹簧套在安装盘(31)下方的竖杆上、位于竖杆底端的螺母和安装盘(31)之间；压杆(33)上部的横杆在安装盘(31)上方，横杆前端有向下的凸起，弹簧的张力使横杆前端的凸起压在待测工件(35)上。
7.根据权利要求I至3中任一项所述的薄片工件环形焊缝的超声波检测系统，其特征在于所述水箱(I)安装于机架(4)上，电机、减速器及传动部件安装于水箱底(11)下方机架(4)上。
8.根据权利要求I至3中任一项所述的薄片工件环形焊缝的超声波检测系统，其特征在于 所述超声波探伤卡为具有4个超声工作通道、单通道采样频率IOOMHz的超声波探伤卡。
9.根据权利要求8所述的薄片工件环形焊缝的超声波检测系统，其特征在于 所述探头为高频窄脉冲水浸点聚焦探头，其频率IOMHz 15MHz，晶片直径5mm 10mm，焦距20mm 35mm，且具有回波形状单峰性、脉冲宽度为70ns 150ns和相对带宽大于50%的频率特性。
全文摘要
本发明为薄片工件环形焊缝的超声波检测系统，探头安装架的摆臂中部的回转销插在限位臂的纵向导向槽内，沿导向槽滑动调节摆臂前端位置，蝶形螺母紧固之。装于摆臂前端的导杆下端固接套装探头夹持器的转臂。探头夹持器包括插装探头的夹持套筒和套于转臂的滑动套筒，滑动套筒在转臂上的平移和转动调节探头位置和入射角。旋转工作台的旋转轴上端处于水箱内、固定带有定位凸沿的安装盘并配有定位环。超声波探伤卡具有4个超声工作通道、单通道采样频率100MHz。探头为高频窄脉冲水浸点聚焦探头。本发明工件装夹牢固、同心度高、装卸方便，探头定位精度高且稳定。可检测厚3mm的薄片工件上宽2mm的窄焊缝，可识别当量尺寸0.5mm以上的微小缺陷。
文档编号G01N29/26GK102854248SQ20121034123
公开日2013年1月2日 申请日期2012年9月14日 优先权日2012年9月14日
发明者薛兴, 钟庆华, 李宝强, 朱云涛 申请人:桂林电器科学研究院