CN103954695B - 一种脚跟试块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种脚跟试块，包括半圆柱体（1）、第一平板（2）和第二平板（3），半圆柱体（1）的侧面包括圆弧形面和第一平面，第一平面一侧设置有第一平板（2）和第二平板（3），第一平板（2）的各部分厚度均相同，第二平板（3）的各部分厚度均相同，第一平板（2）和第二平板（3）均与第一平面平行设置，第一平板（2）和第二平板（3）分别设置在半圆柱体（1）的母线两侧，第一平板（2）的厚度小于第二平板（3）的厚度。本发明的脚试块结构简单，可以对周向斜探测曲面锻件角度、声速及零点进行标定，利用本发明的脚跟对比试块标定的仪器比例，满足了仪器准确校准目的，更有利于曲面锻件的超声波缺陷定位探伤。

Description

一种脚跟试块
技术领域
本发明属于空心类锻件周向面方向斜入射超声波探伤水平、垂直、声程的精度定位领域，具体涉及一种脚跟试块。
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、分辩力、盲区、探头的入射点、折射角等，探头的检测面为平面。而脚跟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；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。
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以解决上述问题。
发明内容
发明目的：本发明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，提供一种可以对周向斜探测曲面锻件角度、声速及零点标定的脚跟试块。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明的脚跟试块采用如下技术方案：
一种脚跟试块，包括半圆柱体、第一平板和第二平板，所述半圆柱体的侧面包括圆弧形面和第一平面，所述第一平面一侧设置有所述第一平板和第二平板，所述第一平板的各部分厚度均相同，所述第二平板的各部分厚度均相同，所述第一平板和第二平板均与所述第一平面平行设置，所述第一平板和第二平板分别设置在所述半圆柱体的母线两侧，所述第一平板的厚度小于所述第二平板的厚度。
更进一步的，还包括第三平板，所述第三平板的各部分厚度均相同，所述第三平板与所述第一平板平行设置，所述第三平板与所述第一平板之间具有空隙，所述第一平板、第三平板和空隙的厚度总和等于第二平板的厚度。此设计可以保证第三平板远离半圆柱体的平面与第一平板远离半圆柱体的平面平齐，方便脚跟试块的放置。
更进一步的，所述空隙的厚度为5mm±0.5mm。
更进一步的，所述第一平板的的厚度为30mm±0.1mm，所述第二平板的的厚度为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。又因为圆弧形半径R一般是大于30mm，因此，间隙的矩形槽与半圆弧的中心间距为30mm，将满足探头角度测量误差最低要求。半圆弧的中心与长方体2R长度的边相距60mm是考虑30mm的2倍关系，即满足大于2N。
更进一步的，所述半圆柱体的长度、所述第一平板的宽度和所述第二平板的宽度相同。确保脚跟试块各部分的厚度相同。
更进一步的，所述半圆柱体的上表面和下表面均为平面，所述上表面和/或下表面上设置有角度刻度。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，所述第一平板和第二平板均为长方体。
更进一步的，所述半圆柱体的半径为R，所述第一平板和第二平板的长度均为R。
更进一步的，所述半圆柱体的长度、所述第一平板的宽度和所述第二平板的宽度均大于等于25mm。
有益效果：本发明的脚试块结构简单，可以对周向斜探测曲面锻件角度、声速及零点进行标定，利用本发明的脚跟对比试块标定的仪器比例，满足了仪器准确校准目的，更有利于曲面锻件的超声波缺陷定位探伤。
附图说明
图1是本发明的脚跟试块的主视图；
图2是本发明的脚跟试块的后视图；
图3是本发明的脚跟试块的左视图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
请参阅图1、图2和图3所示，本发明的脚跟试块，包括半圆柱体1、第一平板2和第二平板3，半圆柱体1的侧面包括圆弧形面和第一平面，第一平面一侧设置有第一平板2和第二平板3，第一平板2的各部分厚度均相同，第二平板3的各部分厚度均相同。第一平板2和第二平板3均与第一平面平行设置，第一平板2和第二平板3分别设置在半圆柱体1的母线两侧。第一平板2的厚度小于第二平板3的厚度。
还包括第三平板4，第三平板4的各部分厚度均相同，第三平板4与第一平板2平行设置，第三平板4与第一平板2之间具有空隙，第一平板2、第三平板4和空隙的厚度总和等于第二平板3的厚度。此设计可以保证第三平板远离半圆柱体的平面与第一平 板远离半圆柱体的平面平齐，方便脚跟试块的放置。其中，第一平板2与第三平板4的距离为5mm。
其中，第一平板2和第二平板3均为长方体，半圆柱体1的上表面和下表面均为平面，
圆弧形面远离第一平面的点为脚跟试块的顶部；
第二平板3远离半圆柱体1的平面为脚跟试块的底部；
第二平板3远离半圆柱体1的平面与半圆柱体1的圆弧形面远离第一平面的点之间的距离为脚跟试块的高度；
半圆柱体1的上表面和下表面之间的距离为脚跟试块的厚度；
半圆柱体1的平面与圆弧形面相接的线段之间的距离为脚跟试块的宽度，脚跟试块的宽度为半圆柱体1的半径的两倍；
半圆柱体1的上表面和下表面之间的距离为半圆柱体1的高度；
第一平板2靠近第二平板3的平面与第一平板2远离第二平板3的平面之间的距离为第一平板2的长度；
第二平板3靠近第一平板2的平面与第二平板3远离第一平板2的平面之间的距离为第二平板3的长度；
第二平板3远离半圆柱体1的平面与半圆柱体1的平面的距离为第二平板3的厚度；
第一平板2远离半圆柱体1的平面与半圆柱体1的平面的距离为第一平板2的厚度；
第一平板2与半圆柱体1的上表面和下表面相对应的两个平面之间的距离为第一平板2的宽度；
第二平板3与半圆柱体1的上表面和下表面相对应的两个平面之间的距离为第二平板3的宽度。
半圆柱体1的长度、第一平板2的宽度和第二平板3的宽度相同。上表面和/或下表面上设置有角度刻度。设置有角度刻度可以方便检测斜探头的入射角度。半圆柱体1的有刻度面倒R2＝0.5±0.1mm角，无刻度面倒R1＝1±0.1mm角。第一平板2远离半圆柱体1的表面的平面度＜0.05mm，两相对表面的平行度＜0.05mm，第二平板3远离半圆柱体1的表面的平面度＜0.05mm，两相对表面的平行度＜0.05mm。
半圆柱体1的半径为R，第一平板2和第二平板3的长度均为R。半圆柱体1的半径R的公差为±0.1mm。半圆柱体1的长度、第一平板2的宽度和第二平板3的宽度均大于等于25mm。优选的，半圆柱体1的长度、第一平板2的宽度和第二平板3的宽度均为50±0.10mm。
第一平板2的的厚度为30mm±0.1mm，第二平板3的的厚度为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。又因为圆弧形半径R一般是大于30mm，因此，间隙的矩形槽与半圆弧的中心间距为30mm，将满足探头角度测量误差最低要求。第二平板2的厚度60mm是考虑30mm的2倍关系，即满足大于2N。
实施例1
曲面锻件角度、声速及零点标定对比试块称为脚跟试块，脚跟试块厚度等于2"(50mm)，宽度为2R，高度为R+60。半圆柱体的上表面和/或下表面的角度长刻线位置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；K＝角度的正切，V＝声速，Z＝零点；0118＝01.18"，金属半径，单位00.00"；CHB＝脚跟试块；三位：456＝外圆半径456mm。
实施例2
曲面锻件K值、声速及零点标定对比试块称为脚跟试块，脚跟试块厚度等于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；K＝角度的正切，V＝声速，Z＝零点；0118＝01.18"，金属半径，单位00.00"；CHB＝脚跟试块；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。
发明原理：为了更好地确保空心类锻件周向方向斜入射超声波探伤水平、垂直、声程的精度定位，设计了一种脚跟试块，通过先校准探头角度，计算超声反射声程S1＝30+R×cos(β)、S2＝60+R×cos(β)，再校准探头速度、零点的方法，达到了曲面锻件斜入射的检测精度定位。
本发明显著提高了超声波斜入射缺陷的精确定位，大大提高了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差系列的脚跟试块相配合，实现空心锻件纵向缺陷的超声波探伤的准确定位。利用本发明的脚跟对比试块标定的仪器比例，满足了仪器准确校准目的，更有利于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。

Claims (9)

1.一种脚跟试块，其特征在于，包括半圆柱体(1)、第一平板(2)和第二平板(3)，所述半圆柱体(1)的侧面包括圆弧形面和第一平面，所述第一平面一侧设置有所述第一平板(2)和第二平板(3)，所述第一平板(2)的各部分厚度均相同，所述第二平板(3)的各部分厚度均相同，所述第一平板(2)和第二平板(3)均与所述第一平面平行设置，所述第一平板(2)和第二平板(3)分别设置在所述半圆柱体(1)的轴线两侧，所述第一平板(2)的厚度小于所述第二平板(3)的厚度；所述第一平板(2)远离所述半圆柱体(1)的平面与所述半圆柱体(1)的平面的距离为所述第一平板(2)的厚度，所述第二平板(3)远离半圆柱体(1)的平面与所述半圆柱体(1)的平面的距离为所述第二平板(3)的厚度。
2.如权利要求1所述的脚跟试块，其特征在于，还包括第三平板(4)，所述第三平板(4)的各部分厚度均相同，所述第三平板(4)与所述第一平板(2)平行设置，所述第三平板(4)与所述第一平板(2)之间具有空隙，所述第一平板(2)、第三平板(4)和空隙的厚度总和等于第二平板(3)的厚度。
3.如权利要求2所述的脚跟试块，其特征在于，所述空隙的厚度为5mm±0.5mm。
4.如权利要求1所述的脚跟试块，其特征在于，所述第一平板(2)的厚度为30mm±0.1mm，所述第二平板(3)的厚度为60mm±0.1mm。
5.如权利要求1所述的脚跟试块，其特征在于，所述半圆柱体(1)的长度、第一平板(2)的宽度和第二平板(3)的宽度相同；所述半圆柱体(1)的长度即为半圆柱体(1)的高度，所述半圆柱体(1)的上表面和下表面之间的距离为所述半圆柱体(1)的高度，所述第一平板(2)与所述半圆柱体(1)的上表面和下表面相对应的两个平面之间的距离为所述第一平板(2)的宽度；所述第二平板(3)与所述半圆柱体(1)的上表面和下表面相对应的两个平面之间的距离为所述第二平板(3)的宽度。
6.如权利要求1所述的脚跟试块，其特征在于，所述半圆柱体(1)的上表面和下表面均为平面，所述上表面和/或下表面上设置有角度刻度。
7.如权利要求1所述的脚跟试块，其特征在于，所述第一平板(2)和第二平板(3)均为长方体。
8.如权利要求7所述的脚跟试块，其特征在于，所述半圆柱体(1)的半径为R，所述第一平板(2)和第二平板(3)的长度均为R，所述第一平板(2)靠近所述第二平板(3)的平面与所述第一平板(2)远离所述第二平板(3)的平面之间的距离为所述第一平板(2)的长度；所述第二平板(3)靠近所述第一平板(2)的平面与所述第二平板(3)远离所述第一平板(2)的平面之间的距离为所述第二平板(3)的长度。
9.如权利要求7所述的脚跟试块，其特征在于，所述半圆柱体(1)的长度、所述第一平板(2)的宽度和所述第二平板(3)的宽度均大于等于25mm；所述半圆柱体(1)的长度即为半圆柱体(1)的高度，所述半圆柱体(1)的上表面和下表面之间的距离为所述半圆柱体(1)的高度，所述第一平板(2)与所述半圆柱体(1)的上表面和下表面相对应的两个平面之间的距离为所述第一平板(2)的宽度；所述第二平板(3)与所述半圆柱体(1)的上表面和下表面相对应的两个平面之间的距离为所述第二平板(3)的宽度。
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