基于超声波检测螺栓裂纹缺陷的方法研究

基于超声波检测螺栓裂纹缺陷的方法研究

1柔性螺栓回波的形成机理发动机的高温螺钉结构通常是刚性或柔性的双螺，材料为2rc12nimo1w1v和45cr1mov。在研磨后，一端在桶中旋转，另一端用螺母拧紧。刚性螺栓在拧紧状态时,螺栓的变形主要集中在螺纹根部,允许的变形量小,螺纹处的应力集中更为明显,由于螺栓根部产生的裂纹通常出现在螺栓紧固结合面附近,且沿着螺栓的横端面发展成为横向裂纹,用纵波小角度斜探头放在螺栓端面上检测,主声束正好与裂纹垂直,信号非常强烈,有利于发现裂纹,虽然探头的扩散声束能射到螺栓的螺纹面上产生回波,形成螺纹杂乱信号,会使声束指向性变差,影响对裂纹的判断,但当螺纹根部存在裂纹时,这种杂乱回波的规律将被破坏,因此可根据杂乱回波的规律是否被破坏来判断螺纹根部是否有裂纹。柔性螺栓在拧紧状态时,螺栓的变形主要集中在螺杆部,允许的变形量明显升高,可有效改善螺栓的受力状态。采用横波斜探头放在螺栓的光杆部位进行检测也能检出螺栓根部的裂纹。2声束表面尺寸探头声束指向性的好坏直接影响着裂纹杂乱回波的强弱,即声束指向性愈好,杂乱回波愈弱;反之愈强。为减少螺纹杂乱回波,必须期望探头有好的指向性,提高正常螺纹回波与齿根裂纹回波的分辨率,选择探头参数非常重要,原则上应考虑以下几点:(1)考虑检出率及声束指向性,应选用较高频率的探头。(2)纵波小角度斜探头的声束轴线对准螺纹根部裂纹时检测灵敏度最高,优于纵波直探头,其纵波折射角应视探测的螺纹区长度及端面直径来确定,一般取β为8.5°,频率为5MHz,晶片尺寸根据螺栓规格选择,当螺栓规格为小于M56,M56～M100和大于M100时,晶片尺寸分别对应选取7mm×12mm,9mm×12mm和13mm×13mm。(3)横波斜探头的K值一般取1.5,选频率为5MHz,晶片尺寸为8mm×12mm,对于直径大于M100的螺栓,选用2.5MHz的斜探头。3探伤灵敏度调节用深度比例调试螺栓检测扫描线,尽量将反射回波展开,使每个螺纹回波清晰可辨,通常使螺栓端面第一次回波处于靠近时基线最大刻度处。探伤灵敏度调节方法:以探伤部位螺纹根部反射波来调整探伤的灵敏度。具体方法:找到探伤部位的螺纹根部反射波,前后移动探头,使反射波最高,然后调节衰减器,将螺纹根部反射波调到60%的屏高即可。4横波斜探针扫查两端面为平面的螺栓采用纵波斜入射探头在一端面扫查对侧;端面无法放置纵波探头时,应采用横波斜探头扫查,如图1(a),(b)所示。用横波斜探头扫查时,调整好探伤灵敏度,找到被探部位的螺纹根部反射波,探头沿螺栓光杆外圆周向移动,前后略作移动,绕螺栓扫查一周,如图1(c),(d)所示。5裂纹大时识别当螺栓某个螺纹根部出现裂纹时,其后邻近的第1个螺纹反射波被裂纹遮挡,当裂纹较大时,第2个、第3个螺纹反射波也将被遮挡,如发现缺陷的反射波幅与其后的第1个螺纹的反射波幅之差不小于6dB,且指示长度不小于10mm,即可判定为裂纹,见图2。6识别裂缝波(1)波形因裂纹面垂直声束,故裂纹波形清晰、陡直、尖锐。(2)地点一般出现在结合面第1,2道螺纹处。(3)声音从两端面探伤裂纹波的声程之和等于螺栓长度。(4)波的底面变化对于较大裂纹,底波明显减弱甚至消失。(5)螺纹顶部裂纹反射波紧靠裂纹波的螺纹波由于裂纹的遮挡减弱或消失。根据裂纹回波的特点,对比有螺纹根部裂纹与无螺纹根部裂纹反射波的差别,不难判断螺纹根部裂纹的存在与否。正常情况下无螺纹根部裂纹反射波形为荧光屏上出现多次且有一定规律的螺纹反射波。当有螺纹根部裂纹存在时,这种规律会被打破,而出现个别高出周围螺纹反射回波的反射波,或因裂纹反射波的遮挡而在这个较高反射波后面的螺纹回波消失。7螺栓产品的反射信号在螺栓螺纹根部裂纹的探伤中,除了底波和裂纹波以外,还要对以下主要的假信号进行识别。(1)螺栓颈部与螺纹之间过渡圆弧反射信号,用手指沾油触及过渡圆弧并观察其波形变化。(2)变形波。用手沾油拍打产生反射波部位,看波峰是否跳动,若跳动,可判断为变形波,看此波是否在同一位置出现,出现可认为是缺陷波,若消失可认为是变形波。8螺栓螺纹深部裂纹信号和假信号的识别采用纵波小角度斜探头放在两端面上径向检测和横波斜探头放在光杆部位周向检测能较好地检出汽轮