凹形试块的制作方法

本实用新型属于空心类锻件的精度定位领域，具体涉及一种凹形试块。

背景技术：

超声波探伤仪和探头的标定工作，目前主要的标准试块为V1(IIW1)船形试块和V2(IIW2)牛角试块，它们的作用主要为水平线性、垂直线性、动态范围、灵敏度余量、分辨力、盲区、探头的入射点、折射角等，探头的检测面为平面。而凹形试块与船形试块或牛角试块的作用基本相同，但探头的检测面均为曲面。工件面的形状通常为平面和曲面，平面作为检测面的探伤工作，其仪器和探头标定为船形试块和牛角试块；凹曲面作为检测面的探伤工作，其仪器和探头标定全世界范围内没有检测试块。

凹曲面锻件的超声波周向斜探测缺陷精确定位，在国际上一直没有标准试块调试。如何确定凹曲面锻件检测的角度、扫描速度及零点，成为无损检测领域重大难题。油气钻采设备零部件周向斜探测缺陷的检测，国际上采用的探伤方法主要是内外径缺口上获得的第一个反射的峰值之间连接一条线，建立振幅的基准线。但对缺陷的精度定位无法保证，现有的对比试块均无法满足角度、速度及零点标定工作。

因此，需要一种新的对比试块来解决上述问题。

技术实现要素：

实用新型目的：本实用新型针对现有技术中的对比试块均无法满足角度、扫描速度及零点标定的缺陷，提供一种可以对内孔周向斜探测凹曲面锻件角度、声速及零点进行标定的凹形试块。

技术方案：为解决上述技术问题，本实用新型的凹形试块采用如下技术方案：

一种凹形试块，包括测试结构、第一行程结构和第二行程结构，所述测试结构的一侧设置有圆弧形凹槽，所述测试结构的另一侧为平面，所述第一行程结构和第二行程结构均为平板，所述第一行程结构的厚度小于所述第二行程结构的厚度，所述第一行程结构和第二行程结构均与所述平面接触并平行设置。

更进一步的，所述圆弧形凹槽为1/2圆弧形凹槽。采用1/2圆弧形凹槽可以有效降低凹形试块的大小。

更进一步的，所述圆弧形凹槽与凹形试块边缘的最小距离大于等于5mm。

更进一步的，还包括支撑结构，所述支撑结构为平板，所述支撑结构与所述第一行程结构平行设置，所述支撑结构与所述第一行程结构之间具有空隙，所述第一行程结构、支撑结构和空隙的厚度总和等于所述第二行程结构的厚度。此设计可以保证支撑结构远离测试结构的平面与第二行程结构远离测试结构的平面平齐，方便凹形试块的放置。

更进一步的，所述空隙的厚度大于5mm。可以有效避免近场区影响而造成的测量结果误差。

更进一步的，所述圆弧形凹槽的轴线与所述平面的距离为R，其中，R为圆弧形凹槽的半径。

更进一步的，所述第一行程结构的厚度为30mm±0.1mm，所述第二行程结构的厚度为60mm±0.1mm。常见斜探头最大晶片尺寸为13×13mm²，探头频率为2.5MHz，因此λ＝C/f＝/＝1.29mm。由于探头角度测量时，探头与反射孔之间声程须大于2倍探头近场区距离，可以避免近场区影响而造成的测量结果误差，所以必须N≥d²/(4×λ)＝13²/(4×1.29)＝32.8mm。将满足探头角度测量误差最低要求。第二行程结构的厚度60mm是考虑30mm的2倍关系，即满足大于2N。

更进一步的，所述测试结构、第一行程结构和第二行程结构的两端均为平面。

更进一步的，所述测试结构的一端设置有角度刻度。设置有角度刻度可以方便检测斜探头的入射角度。

更进一步的，所述测试结构、第一行程结构和第二行程结构的长度均大于等于25mm。

有益效果：本实用新型的凹形试块结构简单，可以对周向斜探测凹曲面锻件角度、声速及零点进行标定，利用本实用新型的凹形对比试块标定的仪器和探头参数，满足了仪器准确校准目的，更有利于凹曲面锻件的超声波缺陷定位探伤。

附图说明

图1是本实用新型的凹形试块的主视图；

图2是本实用新型的凹形试块的左视图。

具体实施方式

下文是举实施例配合附图方式进行详细说明，但所提供的实施例并非用以限制本实用新型所涵盖的范围，而结构运作的描述非用以限制其执行的顺序，任何由组件重新组合的结构，所产生具有均等功效的装置，皆为本实用新型所涵盖的范围。

请参阅图1和图2所示，本实用新型的凹形试块，包括测试结构1、第一行程结构2和第二行程结构3，所述测试结构1的一侧设置有圆弧形凹槽，所述测试结构1的另一侧为平面，所述第一行程结构2和第二行程结构3均为平板，所述第一行程结构2的厚度小于所述第二行程结构3的厚度，所述第一行程结构2和第二行程结构3均与所述平面接触并平行设置。

优选的，所述圆弧形凹槽为1/2圆弧形凹槽。采用1/2圆弧形凹槽可以有效降低凹形试块的大小。

优选的，所述圆弧形凹槽与凹形试块边缘的最小距离大于等于5mm。

优选的，还包括支撑结构4，所述支撑结构4为平板，所述支撑结构4与所述第一行程结构2平行设置，所述支撑结构4与所述第一行程结构2之间具有空隙，所述第一行程结构2、支撑结构和空隙的厚度总和等于所述第二行程结构3的厚度。此设计可以保证支撑结构远离测试结构的平面与第二行程结构远离测试结构的平面平齐，方便凹形试块的放置。

优选的，所述空隙的厚度大于5mm。可以有效避免近场区影响而造成的测量结果误差。

优选的，所述圆弧形凹槽的轴线与所述平面的距离为R，其中，R为圆弧形凹槽的半径。

优选的，所述第一行程结构2的厚度为30mm±0.1mm，所述第二行程结构3的厚度为60mm±0.1mm。常见斜探头最大晶片尺寸为13×13mm²，探头频率为2.5MHz，因此λ＝C/f＝/＝1.29mm。由于探头角度测量时，探头与反射孔之间声程须大于2倍探头近场区距离，可以避免近场区影响而造成的测量结果误差，所以必须N≥d²/(4×λ)＝13²/(4×1.29)＝32.8mm。将满足探头角度测量误差最低要求。第二行程结构的厚度60mm是考虑30mm的2倍关系，即满足大于2N。

优选的，所述测试结构1、第一行程结构2和第二行程结构3的两端均为平面。

优选的，所述测试结构1的一端设置有角度刻度。设置有角度刻度可以方便检测斜探头的入射角度。

优选的，所述测试结构1、第一行程结构2和第二行程结构3的长度均大于等于25mm。

本实用新型的凹形试块结构简单，可以对周向斜探测凹曲面锻件角度、声速及零点进行标定，利用本实用新型的凹形对比试块标定的仪器和探头参数，满足了仪器准确校准目的，更有利于凹曲面锻件的超声波缺陷定位探伤。

凹形试块中概念解释：

第一行程结构2的厚度即为第一行程结构2靠近测试结构1的平面与第一行程结构2远离测试结构1的平面之间的距离，其中，第一行程结构2各部分的厚度均相同；

第二行程结构3的厚度即为第二行程结构3靠近测试结构1的平面与第二行程结构3远离测试结构1的平面之间的距离，其中，第二行程结构3各部分的厚度均相同；

支撑结构4的厚度即为支撑结构4靠近第一行程结构2的平面与支撑结构4远离第一行程结构2的平面之间的距离；

凹形试块的底部即为第二行程结构3远离测试结构1的平面；

凹形试块的顶部即为测试结构1远离第一行程结构2和第二行程结构3的平面，其中，测试结构1远离第一行程结构2和第二行程结构3为平面结构，其中，凹形试块的顶部平面与凹形试块的底部平面平行；

凹形试块的高度即为凹形试块的顶部和底部之间的距离；

测试结构1的长度即为测试结构1两端的距离，其中，测试结构1的两端均为平面；

第一行程结构2的长度即为第一行程结构2两端的距离，其中，第一行程结构2的两端均为平面；

第二行程结构3的长度即为第二行程结构3两端的距离，其中，第二行程结构3的两端均为平面；

其中，测试结构1、第一行程结构2和第二行程结构3的长度均相同；

凹形试块的长度即为测试结构1的长度；

第一行程结构2的宽度即为第一行程结构2远离第二行程结构3的平面与第一行程结构2靠近第二行程结构3的平面之间的距离；

第二行程结构3的宽度即为第二行程结构3远离第一行程结构2的平面与第二行程结构3靠近第一行程结构2的平面之间的距离；

凹形试块的宽度即为第一行程结构2远离第二行程结构3的平面与第二行程结构3远离第一行程结构2的平面之间的距离。

测试结构有角度刻度面倒R2＝0.5±0.1mm角，无刻度面倒R1＝1±0.1mm角。第一行程结构2远离测试结构的平面的平面度＜0.05mm，两个相对端面的平行度＜0.05mm。第二行程结构3远离测试结构的平面的平面度＜0.05mm，两个相对端面的平行度＜0.05mm。

测试结构的圆弧形凹槽的半径R的公差为±0.1mm。测试结构1、第一行程结构2和第二行程结构3的长度均大于等于25mm。

优选的，测试结构1、第一行程结构2和第二行程结构3的长度均为50±0.10mm。

优选的，第一行程结构2的厚度为30mm±0.1mm，第二行程结构3的厚度为60mm±0.1mm。常见斜探头最大晶片尺寸为13×13mm²，探头频率为2.5MHz，因此λ＝C/f＝3230×10³/2.5×10⁶＝1.29mm。由于探头角度测量时，探头与反射孔之间声程须大于2倍探头近场区距离，可以避免近场区影响而造成的测量结果误差，所以必须N≥d²/(4×λ)＝13²/(4×1.29)＝32.8mm。将满足探头角度测量误差最低要求。第二行程结构的厚度60mm是考虑30mm的2倍关系，即满足大于2N。

实施例1

凹曲面锻件角度、声速及零点标定对比试块称为凹形试块，凹形试块厚度等于2"(50mm)，宽度为2R，高度为R+60。圆弧形凹槽的角度长刻线位置P的计算公式：P＝R×Sin(β)；其中β为20°、30°、40°、50°、60°、70°、80°。角度短刻线位置P的计算方法同角度长刻线，短刻线分别为25°、35°、45°、55°、65°、75°，角度刻线位置P参数见下表1。

表1半圆形侧面的角度刻线位置制作参数

备注：长度单位均为mm。

粗糙度Ra≤6.3um，原材料质保书，锻造工艺，热处理参数，加工尺寸检验记录等要齐全。试块参数见下表2。

表2对比试块制作参数

备注：制作要求，R—半圆形，公差±0.015"(0.38mm)；W—宽度，公差±0.030”(0.76mm)；H—高度，公差±0.030”(0.76mm)；P—角度位置线，公差±0.001”(0.25mm)；I—典型试块标识；4130＝典型合金标号；C＝凹曲面，A＝角度，V＝声速，Z＝零点；0118＝01.18"，金属半径，单位00.00"；CBB＝凹形试块；三位：456＝外圆半径456mm。

实施例2

凹曲面锻件K值、声速及零点标定对比试块称为凹形试块，凹形试块厚度等于25mm，宽度为2R，高度为R+60。半圆形侧面的K值长刻线位置P的计算公式：P＝R×Sin(β)；其中K＝Tan(β)为0.4、0.7、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0。K值短刻线位置P的计算方法同K值长刻线，短刻线K分别为0.55、0.85、1.25、1.75、2.25、2.75，K值刻线位置P参数见下表3。

表3半圆形侧面的K值刻线位置制作参数

备注：长度单位均为mm。

粗糙度Ra≤6.3um，原材料质保书，锻造工艺，热处理参数，加工尺寸检验记录等要齐全。试块参数见下表4。

表4对比试块制作参数

备注：制作要求，R—半圆形，公差±0.015"(0.38mm)；W—宽度，公差±0.030”(0.76mm)；H—高度，公差±0.030”(0.76mm)；P—K值位置线，公差±0.001”(0.25mm)；I—典型试块标识；45＝典型金属标号；C＝凹曲面，K＝角度的正切，V＝声速，Z＝零点；0118＝01.18"，金属半径，单位00.00"；CBB＝凹形试块；三位：456＝外圆半径456mm。

对比试块材料：对比试块技术指标需符合GB/T 11259及ASTM E428标准要求。

实用新型原理：为了更好地确保凹曲面锻件或空心类锻件内孔面的周向方向斜入射超声波探伤水平、垂直、声程的精度定位，设计了一种凹形试块，通过先校准探头角度，计算超声反射声程S1＝30+R×(1-cos(β))、S2＝60+R×(1-cos(β))，再校准探头速度、零点的方法，达到了凹曲面锻件斜入射的检测精度定位。

本实用新型显著提高了超声波斜入射缺陷的精确定位，大大提高了凹曲面锻件超声波周向斜入射检测的水平，同时可以与各种圆弧半径50mm差系列的凹形试块相配合，实现空心锻件纵向缺陷的超声波探伤的准确定位。利用本实用新型的凹形对比试块标定的仪器和探头参数，满足了仪器准确校准目的，更有利于凹曲面锻件的超声波缺陷定位探伤。

利用超声波周向斜探测缺陷精确定位，可有效地判定凹曲面锻件的缺陷位置，利于后道工序是否加工或判废的制造过程，充分发挥探伤检测方法的潜力与优势。