[发明专利]适应不同曲面的超声应力检测探头装置

说明书

技术领域：

本发明属于应力检测领域，具体地，涉及一种工件曲面应力检测装置，该装置体积小巧，质量轻，可以根据需要定量调节角度，适应不同大小的曲率，可广泛应用于不同曲率的工件弯曲表面的测量例如：输油输气管道，储气球罐，桥梁等；可以根据需要调节磁性吸附力大小，广泛应用于超声无损检测中传感器的固定领域。

背景技术：

残余应力是工件质量评估的一个重要标准，对服役的工件具有很大危害，例如，加速疲劳裂纹的产生，降低疲劳寿命，发生应力腐蚀、变形、失稳等，因此对材料的检测意义较大。当前最广泛采用的应变法和盲孔法存在有损设备和误差较大等缺陷，且装置较大不易携带，不便于测量。

超声波利用声弹性原理对残余应力进行测试，声弹性原理是指超声波的传播速度和工件中的应力呈现线性关系。目前使用较多、较为成熟的超声波测试波形为临界折射纵波，临界折射纵波是纵波以第一临界角入射时产生的特殊模式，平行于待测工件的表面传播。固定收发探头之间的距离，根据临界折射纵波在工件中传播时间的变化则可以测试出工件中残余应力的状态。

在传统应力检测领域，残余应力检测通常以平面为主，对曲面的残余应力检测装置研发有所欠缺，尤其是在第一临界折射角的确定和装置固定方面。

由声弹性原理可知，超声波的入射角需确保为第一临界折射角。在平面检测中，超声波收发探头固定于一个有机玻璃楔块的两个相对的倾斜面，测试区域固定，且相对于待测工件表面的倾斜角度固定。这个固定的倾斜角是基于工件材料测试计算出的第一临界折射角。而在实际测量中存在很多曲面工件，由于平面检测装置的倾斜面固定且装置本身无法调节，使得在测量曲面应力时无法保证超声波按照第一临界折射角入射，造成很大误差，甚至错误。且由于曲面的曲率不同，固定装置若只适应一种曲率必造成极大浪费与设备冗杂，所以对于曲面应力检测，装置须能够根据不同的曲率进行精确调节，才能准确的使超声波按照第一临界折射角度入射，且能够广泛使用。

同时，曲面检测，尤其在非水平曲面检测方面，对装置的固定提出了更高要求。在传统的超声波无损检测领域，传感器的固定主要依靠技术人员手持并且按压在被测试工件表面，或用磁铁吸引固定。由于曲面工件的弯曲特性，技术人员无法保证传感器与被测工件表面充分耦合且部分曲面无法采用人工固定方式，以及由于设计使得磁铁吸引力不够等问题所造成的的测量结果的误差加大，甚至错误。

鉴于以上原因，本文提出一种可调角度以及能有效固定在工件弯曲表面的超声应力检测探头装置。

发明内容：

为了解决现有技术所存在的超声波换能器无法与被测设备的表面进行稳定耦合且缺少对设备曲面部分的测量装置的不足，本发明提供一种曲面超声无损检测装置，其具有精度高，操作简单的优点，能提供恒定的耦合压力，可检测服役状态下的设备的曲面部分。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

适应不同曲面的超声应力检测探头装置，包括：中间固定装置、左侧超声装置、右侧超声装置、左侧固定装置和右侧固定装置；其中，中间固定装置，在磁力作用下固定探头装置在被测介质表面；左侧超声装置通过销钉连接在中间固定装置左侧，可在蜗杆带动下做定轴转动以适应被测介质曲面，左侧超声装置可发射/接收超声波；右侧超声装置通过销钉连接在中间固定装置右侧，可在左侧超声装置齿轮带动下同步做定轴转动以适应被测介质曲面，右侧超声装置可发射/接收超声波；左侧固定装置通过螺纹孔和方形槽连接在左侧超声装置左侧，左侧固定装置通过磁力使左侧超声装置地固定在被测介质表面上并达到稳定的耦合状态；右侧固定装置与左侧固定装置的结构和功能相同。

相对于现有技术，本发明的有益效果如下：采用上述结构的曲面超声无损检测探头及固定装置，可在服役情况下测定设备的平面与曲面部分，测定其残余应力并评估其安全性。可自动适应所测表面的曲率，提供稳定的力的作用，耦合状态稳定，操作简单，安全可靠，对实验现场条件要求低，不会引发设备的损坏。使用该工具测量设备的残余应力，用温度检测修正模块测出被测物体的温度并进行温度补偿，为设备的检测提供了一种高效准确的方法。

附图说明：

图1a是超声应力检测探头装置的立体示意图；

图1b是超声应力检测探头装置的正视示意图；

图1c是超声应力检测探头装置的剖面示意图；

图1d是超声应力检测探头装置的剖面示意图；

图2a是左侧有机玻璃楔块的立体示意图；

图2b是左侧有机玻璃楔块的立体示意图；