一种超声相控阵检测螺栓用对比试块及使用方法与流程

本发明涉及无损检测技术领域，特别涉及一种超声相控阵检测螺栓用对比试块及使用方法，是超声相控阵检测螺栓时参数设置及灵敏度调校的对比试块。

背景技术：

机械制造与机械设备安装中广泛使用螺栓连接，螺栓是特种设备，如锅炉、压力容器和压力管道上的重要紧固件，起到连接、定位及密封等作用。由于使用场合的不同，螺栓承受的载荷和所处工况非常复杂，在加工、安装、在役使用等过程中承受复杂的应力、温度等作用，容易引起螺栓断裂或失效。螺栓在使用中产生的缺陷，如疲劳裂纹通常不容易发现，又很难预防，并且疲劳常是脆性破坏，具有突发性且易造成事故。为此，螺栓的安全性引起人们越来越多的重视。目前，在螺栓的超声相控阵检测过程中，没有现成的超声相控阵检测螺栓用对比试块及使用方法，常选用一段螺栓在相当于最大检测声程或最远被检螺纹根部加工一道深1mm、宽0.25mm、长10mm的直切槽作为模拟缺陷，重复使用性差，成本高，只适于检测灵敏度校准。

技术实现要素：

鉴于现有技术的状况及存在的不足，本发明提供一种超声相控阵检测螺栓用对比试块及使用方法，利用该对比试块可以进行acg校准及灵敏度校准，加工简单，携带方便，可长时间重复使用，降低了成本，提高了工作效率。

本发明为实现上述目的，采用的技术方案是：一种超声相控阵检测螺栓用对比试块，其特征在于：所述试块形状是由长方体和沿宽度方向左右两个圆弧端面组成，在一圆弧端面ⅰ上水平等距离分布着4个直切槽，即直切槽a1、直切槽a2、直切槽a3、直切槽a4，在另一圆弧端面ⅱ上水平等距离分布着5个直切槽，即直切槽b1、直切槽b2、直切槽b3、直切槽b4、直切槽b5，在试块宽度中心位置的面上设有通孔，通孔孔心与试块下端面的距离为50mm；

试块的长为240mm、厚为40mm、宽为113mm，宽度尺寸为两个圆弧面端面的距离，圆弧端面ⅰ和圆弧端面ⅱ的两个圆弧端面半径均为60mm，圆心轴线重合；

直切槽a1、直切槽a2、直切槽a3和直切槽a4的槽心与试块上端面的距离分别为：60mm、100mm、140mm、180mm；

直切槽b1、直切槽b2、直切槽b3、直切槽b4和直切槽b5的槽心与试块上端面的距离分别为：40mm、80mm、120mm、160mm、200mm；

每个直切槽的尺寸为：深1mm、宽0.25mm、长10mm；

所述通孔的直径为φ3mm，通孔孔心与试块下端面距离为50mm。

一种超声相控阵检测螺栓用对比试块的使用方法，其特征在于：步骤如下：

第一步，acg校准即角度增益修正：将超声相控阵探头置于对比试块下端面左侧位置，超声相控阵探头会发射出相对于对比试块表面的不同角度超声波束，不同角度的超声波束会出现超声波能量不同的现象，为了使不同角度的超声波束的能量具有相同的效果，左右移动超声相控阵探头，让这些不同角度的声束都传播到这个通孔，此时声波传到通孔表面时，会出现反射声波，反射声波回传至超声相控阵探头，超声相控阵探头再将声波能量值回传至超声相控阵仪器上面，超声相控阵仪器会发现不同角度声波反射的能量不同，针对低能量的角度声束超声相控阵仪器会补偿一些能量从而增大该声束的超声波能量，相反减小该声束的超声波能量，从而达到所有角度的能量都一样的效果，从而实现利用通孔进行acg校准的效果；

第二步，tcg修正：将超声相控阵探头置于对比试块上端面右侧位置，左右移动超声相控阵探头，超声相控阵探头会发射出相对于对比试块表面的不同角度超声波束，不同角度的超声波束反射会超声相控阵设备上显示的数值不同，用反射能量值/超声相控阵满屏值的比来定义反射波能量的高低，为了使不同角度的超声波束的能量都达到80％的效果，左右移动超声相控阵探头，让这些不同角度的声束都传播到这个切槽b1，此时声波传到切槽b1表面时，会出现反射声波，反射声波回传至超声相控阵探头，超声相控阵探头再将声波能量值回传至超声相控阵仪器上面，超声相控阵仪器会针低能量低于80％的角度声束进行补偿一些能量从而使该角度反射波能量也达到81％，相反减小该声束的超声波能量，从而达到所有角度的能量都一样的效果，从而实现利用切槽b1进行tcg修正的效果，扫查直切槽b1，将最大反射回波调整到80%作为基准灵敏度；

将超声相控阵探头置于对比试块上端面左侧位置，左右移动超声相控阵探头，超声相控阵探头会发射出相对于对比试块表面的不同角度超声波束，不同角度的超声波束反射会超声相控阵设备上显示的数值不同，用反射能量值/超声相控阵满屏值的比来定义反射波能量的高低，为了使不同角度的超声波束的能量都达到80％的效果，左右移动超声相控阵探头，让这些不同角度的声束都传播到这个切槽a1，此时声波传到切槽a1表面时，会出现反射声波，反射声波回传至超声相控阵探头，超声相控阵探头再将声波能量值回传至超声相控阵仪器上面，超声相控阵仪器会针低能量低于80％的角度声束进行补偿一些能量从而使该角度反射波能量也达到81％，相反减小该声束的超声波能量，从而达到所有角度的能量都一样的效果，从而实现利用切槽a1进行tcg修正的效果，扫查直切槽a1，将最大反射回波调整到80%作为基准灵敏度；

将超声相控阵探头置于对比试块上端面右侧位置，左右移动超声相控阵探头，超声相控阵探头会发射出相对于对比试块表面的不同角度超声波束，不同角度的超声波束反射会超声相控阵设备上显示的数值不同，用反射能量值/超声相控阵满屏值的比来定义反射波能量的高低，为了使不同角度的超声波束的能量都达到80％的效果，左右移动超声相控阵探头，让这些不同角度的声束都传播到这个切槽b2，此时声波传到切槽b2表面时，会出现反射声波，反射声波回传至超声相控阵探头，超声相控阵探头再将声波能量值回传至超声相控阵仪器上面，超声相控阵仪器会针低能量低于80％的角度声束进行补偿一些能量从而使该角度反射波能量也达到81％，相反减小该声束的超声波能量，从而达到所有角度的能量都一样的效果，从而实现利用切槽b2进行tcg修正的效果，扫查直切槽b2，将最大反射回波调整到80%作为基准灵敏度；

将超声相控阵探头置于对比试块上端面左侧位置，左右移动超声相控阵探头，超声相控阵探头会发射出相对于对比试块表面的不同角度超声波束，不同角度的超声波束反射会超声相控阵设备上显示的数值不同，用反射能量值/超声相控阵满屏值的比来定义反射波能量的高低，为了使不同角度的超声波束的能量都达到80％的效果，左右移动超声相控阵探头，让这些不同角度的声束都传播到这个切槽a2，此时声波传到切槽a2表面时，会出现反射声波，反射声波回传至超声相控阵探头，超声相控阵探头再将声波能量值回传至超声相控阵仪器上面，超声相控阵仪器会针低能量低于80％的角度声束进行补偿一些能量从而使该角度反射波能量也达到81％，相反减小该声束的超声波能量，从而达到所有角度的能量都一样的效果，从而实现利用切槽a2进行tcg修正的效果，扫查直切槽a2，将最大反射回波调整到80%作为基准灵敏度；

将超声相控阵探头置于对比试块上端面右侧位置，左右移动超声相控阵探头，超声相控阵探头会发射出相对于对比试块表面的不同角度超声波束，不同角度的超声波束反射会超声相控阵设备上显示的数值不同，用反射能量值/超声相控阵满屏值的比来定义反射波能量的高低，为了使不同角度的超声波束的能量都达到80％的效果，左右移动超声相控阵探头，让这些不同角度的声束都传播到这个切槽b3，此时声波传到切槽b3表面时，会出现反射声波，反射声波回传至超声相控阵探头，超声相控阵探头再将声波能量值回传至超声相控阵仪器上面，超声相控阵仪器会针低能量低于80％的角度声束进行补偿一些能量从而使该角度反射波能量也达到81％，相反减小该声束的超声波能量，从而达到所有角度的能量都一样的效果，从而实现利用切槽b3进行tcg修正的效果，扫查直切槽b3，将最大反射回波调整到80%作为基准灵敏度；

将超声相控阵探头置于对比试块上端面左侧位置，左右移动超声相控阵探头，超声相控阵探头会发射出相对于对比试块表面的不同角度超声波束，不同角度的超声波束反射会超声相控阵设备上显示的数值不同，用反射能量值/超声相控阵满屏值的比来定义反射波能量的高低，为了使不同角度的超声波束的能量都达到80％的效果，左右移动超声相控阵探头，让这些不同角度的声束都传播到这个切槽a3，此时声波传到切槽a3表面时，会出现反射声波，反射声波回传至超声相控阵探头，超声相控阵探头再将声波能量值回传至超声相控阵仪器上面，超声相控阵仪器会针低能量低于80％的角度声束进行补偿一些能量从而使该角度反射波能量也达到81％，相反减小该声束的超声波能量，从而达到所有角度的能量都一样的效果，从而实现利用切槽b1进行tcg修正的效果；扫查直切槽a3，将最大反射回波调整到80%作为基准灵敏度，将超声相控阵探头置于对比试块上端面右侧位置，左右移动超声相控阵探头，超声相控阵探头会发射出相对于对比试块表面的不同角度超声波束，不同角度的超声波束反射会超声相控阵设备上显示的数值不同，用反射能量值/超声相控阵满屏值的比来定义反射波能量的高低，为了使不同角度的超声波束的能量都达到80％的效果，左右移动超声相控阵探头2，让这些不同角度的声束都传播到这个切槽b4，此时声波传到切槽b4表面时，会出现反射声波，反射声波回传至超声相控阵探头，超声相控阵探头再将声波能量值回传至超声相控阵仪器上面，超声相控阵仪器会针低能量低于80％的角度声束进行补偿一些能量从而使该角度反射波能量也达到81％，相反减小该声束的超声波能量，从而达到所有角度的能量都一样的效果，从而实现利用切槽b4进行tcg修正的效果，扫查直切槽b4，将最大反射回波调整到80%作为基准灵敏度；将超声相控阵探头置于对比试块上端面左侧位置，左右移动超声相控阵探头，超声相控阵探头会发射出相对于对比试块表面的不同角度超声波束，不同角度的超声波束反射会超声相控阵设备上显示的数值不同，用反射能量值/超声相控阵满屏值的比来定义反射波能量的高低，为了使不同角度的超声波束的能量都达到80％的效果，左右移动超声相控阵探头，让这些不同角度的声束都传播到这个切槽a4，此时声波传到切槽a4表面时，会出现反射声波，反射声波回传至超声相控阵探头，超声相控阵探头再将声波能量值回传至超声相控阵仪器上面，超声相控阵仪器会针低能量低于80％的角度声束进行补偿一些能量从而使该角度反射波能量也达到81％，相反减小该声束的超声波能量，从而达到所有角度的能量都一样的效果，从而实现利用切槽a4进行tcg修正的效果，扫查直切槽a4，将最大反射回波调整到80%作为基准灵敏度；

将超声相控阵探头置于对比试块上端面右侧位置，左右移动超声相控阵探头，超声相控阵探头会发射出相对于对比试块表面的不同角度超声波束，不同角度的超声波束反射会超声相控阵设备上显示的数值不同，用反射能量值/超声相控阵满屏值的比来定义反射波能量的高低，为了使不同角度的超声波束的能量都达到80％的效果，左右移动超声相控阵探头，让这些不同角度的声束都传播到这个切槽b5，此时声波传到切槽b5表面时，会出现反射声波，反射声波回传至超声相控阵探头，超声相控阵探头再将声波能量值回传至超声相控阵仪器上面，超声相控阵仪器会针低能量低于80％的角度声束进行补偿一些能量从而使该角度反射波能量也达到81％，相反减小该声束的超声波能量，从而达到所有角度的能量都一样的效果，从而实现利用切槽b5进行tcg修正的效果；扫查直切槽b5，将最大反射回波调整到80%作为基准灵敏度；

第三步，螺栓检测：以螺栓螺纹尺寸为40mm为例，acg校准和灵敏度校准，仪器调节完毕后，将超声相控阵探头放置在待检螺栓端面上进行扫查，超声相控阵探头会发射超声波，当超声波遇到缺陷时会将超声波反射回超声相控阵探头，超声相控阵探头再将反射能量回馈给超声相控阵仪器，在仪器上显示超声波遇到缺陷反射回的能量值，当这个值大于80％时，就把这个缺陷定义为不允许缺陷，凡缺陷最大反射波幅大于等于基准灵敏度，且指示长度大于等于10mm，应判定为裂纹，指示长度小于10mm，应判定为合格产品。

本发明有益效果是：

本发明可同时实现acg校准和灵敏度校准，将功能集中起来，使标准程序简单化，能够满足螺栓尺寸范围为30mm～200mm的仪器调校，加工简单，携带方便，提高了工作效率。

本对比试块可长时间重复使用，降低了成本。

附图说明

图1为本发明试块立体图；

图2为本发明试块的主视图；

图3为本发明试块的左视图；

图4为本发明试块的右视图；

图5为本发明试块的俯视透视图；

图6为本发明实施例1的acg校准示意图；

图7为本发明实施例2的40mm深度灵敏度校准示意图；

图8为本发明实施例3的60mm深度灵敏度校准示意图；

图9为本发明实施例4的80mm深度灵敏度校准示意图；

图10为本发明实施例5的100mm深度灵敏度校准示意图；

图11为本发明实施例6的120mm深度灵敏度校准示意图；

图12为本发明实施例7的140mm深度灵敏度校准示意图；

图13为本发明实施例8的160mm深度灵敏度校准示意图；

图14为本发明实施例9的180mm深度灵敏度校准示意图；

图15为本发明实施例10的200mm深度灵敏度校准示意图。

具体实施方式

如图1至图5所示，一种超声相控阵检测螺栓用对比试块，试块1形状是由长方体和沿宽度方向左右两个圆弧端面组成，在一圆弧端面ⅰ1-1上水平等距离分布着4个直切槽，即直切槽a1、直切槽a2、直切槽a3、直切槽a4，在另一圆弧端面ⅱ1-2上水平等距离分布着5个直切槽，即直切槽b1、直切槽b2、直切槽b3、直切槽b4、直切槽b5，在试块1宽度中心位置的面上设有通孔1-3，通孔1-3孔心与试块1下端面的距离为50mm。

试块1的长为240mm、厚为40mm、宽为113mm，宽度尺寸为两个圆弧面端面的距离，圆弧端面ⅰ1-1和圆弧端面ⅱ1-2的两个圆弧端面半径均为60mm，圆心轴线重合。

直切槽a1、直切槽a2、直切槽a3和直切槽a4的槽心与试块1上端面的距离分别为：60mm、100mm、140mm、180mm。

直切槽b1、直切槽b2、直切槽b3、直切槽b4和直切槽b5的槽心与试块1上端面的距离分别为：40mm、80mm、120mm、160mm、200mm；

每个直切槽的尺寸为：深1mm、宽0.25mm、长10mm。

通孔1-3的直径为φ3mm，通孔1-3孔心与试块1下端面距离为50mm。

上述尺寸精度满足了jb/t8428-2006《无损检测超声检测用试块》的要求。

本发明试块能满足螺栓螺纹尺寸范围在30mm～200mm的灵敏度校准，其中b1适用的尺寸范围为30～40mm，a1适用的尺寸范围为40～60mm，b2适用的尺寸范围为60～80mm，a2适用的尺寸范围为80～100mm，b3适用的尺寸范围为100～120mm，a3适用的尺寸范围为120～140mm，b4适用的尺寸范围为140～160mm，a4适用的尺寸范围为160～180mm，b5适用的尺寸范围为180～200mm。

实施例1参见图6，acg校准即角度增益修正：将超声相控阵探头2置于对比试块1下端面左侧位置，左右移动超声相控阵探头2，利用φ3×40mm的通孔1-3进行acg校准。

实施例2参见图7，灵敏度校准：将超声相控阵探头2置于对比试块1上端面右侧位置，左右移动超声相控阵探头2，扫查直切槽b1，将最大反射回波调整到80%作为基准灵敏度。

实施例3参见图8，灵敏度校准：将超声相控阵探头2置于对比试块1上端面左侧位置，左右移动超声相控阵探头2，扫查直切槽a1，将最大反射回波调整到80%作为基准灵敏度。

实施例4参见图9，灵敏度校准：将超声相控阵探头2置于对比试块1上端面右侧位置，左右移动超声相控阵探头2，扫查直切槽b2，将最大反射回波调整到80%作为基准灵敏度。

实施例5参见图10，灵敏度校准：将超声相控阵探头2置于对比试块1上端面左侧位置，左右移动超声相控阵探头2，扫查直切槽a2，将最大反射回波调整到80%作为基准灵敏度。

实施例6参见图11，灵敏度校准：将超声相控阵探头2置于对比试块1上端面右侧位置，左右移动超声相控阵探头2，扫查直切槽b3，将最大反射回波调整到80%作为基准灵敏度。

实施例7参见图12，灵敏度校准：将超声相控阵探头2置于对比试块1上端面左侧位置，左右移动超声相控阵探头2，扫查直切槽a3，将最大反射回波调整到80%作为基准灵敏度。

实施例8参见图13，灵敏度校准：将超声相控阵探头2置于对比试块1上端面右侧位置，左右移动超声相控阵探头2，扫查直切槽b4，将最大反射回波调整到80%作为基准灵敏度。

实施例9参见图14，灵敏度校准：将超声相控阵探头2置于对比试块1上端面左侧位置，左右移动超声相控阵探头2，扫查直切槽a4，将最大反射回波调整到80%作为基准灵敏度。

实施例10参见图15，灵敏度校准：将超声相控阵探头2置于对比试块1上端面右侧位置，左右移动超声相控阵探头2，扫查直切槽b5，将最大反射回波调整到80%作为基准灵敏度。

以螺栓螺纹尺寸为40mm为例，参见图6进行acg校准，参见图7进行灵敏度校准，仪器调节完毕后，将超声相控阵探头放置在待检螺栓端面上进行扫查，凡缺陷最大反射波幅大于等于基准灵敏度，且指示长度大于等于10mm，应判定为裂纹。