[发明专利]一种铸铁材料缺陷的声学检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及无损检测技术领域，特别是涉及一种铸铁材料缺陷的声学检测方法。

背景技术

铸铁材料，由于其具有优良的铸造性、耐磨性和吸震性以及良品率高、成本低的特点，在城市燃气管道、造纸烘缸、汽车等设备或构件上均得到了广泛应用。然而，铸铁材料的固有特征加上铸造工艺的特殊性，使得铸铁类构件和设备中难免存在缺陷，常见的缺陷有：气孔、夹渣、冷隔、缩孔和疏松、裂纹等。目前，铸铁材料内部缺陷的无损检测技术主要有射线检测法和脉冲反射超声波检测法。射线检测法可以检测出气孔、疏松、冷隔和缩孔等制造缺陷，由于需全覆盖射线照射，以及铸铁内部结构的不均匀和灰度上的差别，其检测效率较低，成本高。因受到铸铁材料晶粒粗大的影响，脉冲反射超声波检测法仅能够检测出铸铁材料在制造过程中产生的疏松、夹渣和缩孔缺陷。对于投入使用后的铸铁设备或构件，在运行状态下容易出现的疲劳裂纹缺陷，射线检测法检测灵敏度低、效率低、检测成本高，没有得到应用；而脉冲反射超声波检测法灵敏度较低，目前还没有较成熟的仪器和方法，而且其检测时需要在停产状态下进行大面积的逐点连续扫查，检测效率低、检测时间长，导致用户产生较大的经济损失。

现有技术中常用声超声检测方法来快速评价材料内部的整体的质量状况。上述方法的检测原理是：将两个或多个超声探头放在待测构件表面的不同位置上，一个超声探头激励宽带脉冲应力波，该应力波在构件内部与材料(包括各种内在的或外部环境作用产生的缺陷和损伤区)相互作用并经历界面的多次反射与波型转换后，到达置于构件同侧或其相对的异侧表面的扫查探头(一个或多个)，由于所接收到的信号是发射的超声脉冲信号在传播路径中经多次反射及其与材料相互作用的总结果，因此，接收到的波形信号携带了材料内部的信息，对信号进行分析，提取出能反映材料的机械性能(如强度、刚度等)或有无损伤变化的参量，从而根据该参量的变化情况对材料内部缺陷做出判断。

现有的基于上述原理的检测方法在木材的腐朽程度、生长年代、孔隙率以及复合材料板的分层以及脱粘的检测上已逐步开始应用。其对于木材的检测属于材料整体状况的评价，而不是对局部缺陷的检测。受到超声波多种传播模态的复杂程度和波型转换(横纵波之间相互转换，兰姆波与瑞利波之间的相互转换等)现象存在的影响，其应用于复合材料时，为了使声波的传播模态简单，发射、传播和接收的主要是低阶的兰姆波，从而通常在数毫米厚度的复合材料板上使用MHz级以上的较高的超声频率，这就使得检测的距离较短，仅测定一定距离范围内的材料整体声衰减情况。当复合材料板厚度增大时，材料内部超声波的传播模态增多，获得的波形信号复杂，难于解释而不易应用。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何实现对铸铁材料缺陷的快速区域定位和检测。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种铸铁材料缺陷的声学检测方法，其包括以下过程：

S1：制作对比试板和最大容许缺陷试板；其中，所述对比试板上无缺陷，所述最大容许缺陷试板具有铸铁材料容许的最大缺陷，所述对比试板和最大容许缺陷试板的材质、形状、大小与待测铸铁试板完全相同；

S2：对所述对比试板进行超声检测，具体包括以下过程：

S2a：激励探头的位置O保持不动，将所述扫查探头放置于最初位置A，在A位置处扫查探头所测得的波形信号的幅度记录为A_Am；

S2b：激励探头的位置O保持不动，沿着射线OA方向不断移动扫查探头位置的同时接收和记录每个位置处波形信号的幅度，直至所测得的幅度等于5A_Am/9，记录此时扫查探头的位置B，将线段OB的长度记录为L，L为所述声学检测方法的有效检测量程；

S2c：对扫查探头位于线段AB内时所接收到的幅度进行归一化处理，得到归一化衰减曲线S，其中横坐标表征扫查探头的位置，纵坐标表征归一化后的幅度值；

S3：对所述最大容许缺陷试板进行超声检测，具体包括以下过程：

S3a：移动激励探头以及扫查探头的位置，一方面满足所述激励探头与所述扫查探头之间的距离为L，另一方面使得扫查探头的位置处于其所测得的幅度经过最大容许缺陷衰减降低后重新升高并刚刚恢复到5A_Am/9的位置，此时扫查探头的位置设定为C，激励探头的位置设定为D；

S3b：作扫查探头处于线段CD范围内的幅度的归一化衰减曲线S₁，其中横坐标表征扫查探头的位置，纵坐标表征归一化后的幅度值；