CN109187742B - 一种检测螺栓孔是否具有孔边裂纹的方法 - Google Patents

一种检测螺栓孔是否具有孔边裂纹的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种检测螺栓孔是否具有孔边裂纹的方法及铲型工具。所述检测螺栓孔是否具有孔边裂纹的方法包括如下步骤：步骤1：制做铲型工具；步骤2：在螺栓孔对比试验件上进行孔边裂纹检测，从而获取对比试验件的裂纹超声信号反射波及试块结构信号反射波出现位置信息，做为试验件检测过程中的对比参考；步骤3：在待测试验件上进行超声检测，对检测过程中出现的波形位置与对比试验件上检测记录的波形位置进行比较判断，从而判断待测试验件上是否具有孔边裂纹以及孔边裂纹情况是否与对比试验件是否一样。本申请的检测螺栓孔是否具有孔边裂纹的方法操作简单、方便，是一种实用、有效的螺栓孔裂纹超声信号判别的方法。

Description

一种检测螺栓孔是否具有孔边裂纹的方法
技术领域
本发明涉及裂纹检测技术领域，特别是涉及一种检测螺栓孔是否具有孔边裂纹的方法及铲型工具。
背景技术
机械连接中的螺接结构因其结构简单、连接可靠、装拆方便，不仅广泛运用于日常的基础建设，在飞机关键承力构件中也大量采用。如：飞机机身与中央翼对接、水平安定面和垂直安定面与机身对接、主起落架内外侧支柱与机身连接、发动机安装架与承力构架对接等等都是采用螺接结构。这些螺接结构的安全与否关系整个飞机的飞行和试验安全。
在某型疲劳试验中，中央翼后梁与机身接头采用螺接结构进行连接，该试验件设计寿命为12000飞行小时，在经历6423多小时后，试验件螺接孔边出现裂纹，并迅速扩展造成整个试验件的破坏。该处螺接结构采用过盈配合装配，拆卸后难于二次装配，而且由于结构复杂，难于使用射线等检测方法，因此对该处螺接孔采用非拆卸状态下的原位超声检测。
超声检测作为一种对比性检测，在试验件上进行超声检测前，需要在与试验件结构相同或类似的对比试验块上进行超声检测，获取超声信号并从出现的超声反射信号中区分出人工裂纹超声信号，然后在到试验件上进行超声检测，当试验件上超声检测信号与对比试块人工裂纹超声信号类似时，则说明该试验件出现了损伤。因此成功区分出人工裂纹超声检测信号与结构超声反射信号，是超声检测的重要一环。
现常用的区分人工裂纹信号与结构反射信号的方法是采用的油指敲击法及声程法(油指敲击法：用手指沾上油轻轻触碰工件的边缘或变界面处，在触碰的同时超声信号相应的出现上下跳动时，则说明该超声信号为结构反射信号；声程法：从超声仪上读取超声信号的声程，用尺子量取超声探头中心到检测件超声仪读出的声程，观察检测件该声程位置处是否是变界面结构带来的波形显示)。由于人工裂纹加工在螺栓孔底面圆形弧面上，对于螺栓孔的超声检测无论使用那种方法都存在不足。采用油指敲击法时，指腹与螺栓孔相对接触面较大，导致指腹敲击时，螺栓孔人工裂纹超声信号与螺栓孔结构反射信号都会同时上下跳动，达不到区分的目的；采用声程法时，人工裂纹与螺栓孔弧面信号在超声仪上的声程显示紧邻，无法简单的用声程来区分二者的波形信号。
因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种检测螺栓孔是否具有孔边裂纹的方法来克服或至少减轻现有技术的中的至少一个上述缺陷。
为实现上述目的，本发明提供一种检测螺栓孔是否具有孔边裂纹的方法，所述检测螺栓孔是否具有孔边裂纹的方法包括如下步骤：
步骤1：制做铲型工具，所述铲型工具由铲头及铲柄组成，所述铲头用于插入人工裂纹缝隙中；
步骤2：在螺栓孔对比试验件上进行孔边裂纹检测，从而获取对比试验件的裂纹超声信号反射波及试块结构信号反射波出现位置信息，做为试验件检测过程中的对比参考；
步骤3：在待测试验件上进行超声检测，对检测过程中出现的波形位置与对比试验件上检测记录的波形位置进行比较判断，从而判断待测试验件上是否具有孔边裂纹。
优选地，所述步骤2包括：
步骤21：制作对比试验件，所述对比试验件上有具有裂纹的螺栓孔；
步骤22：固定超声检测探头，对对比试验件进行检测，从而获取超声设备显示屏上的超声信号；
步骤23：进行将涂抹超声耦合剂的铲头插入裂纹缝隙中，并来回抽插，观察步骤22中的超声设备显示屏上的超声信号幅值是否出现变化，在铲头抽插过程中出现超声信号幅值跳动变化的即为裂纹超声反射波信号，无变化的为试块结构超声反射波信号；
步骤24：获取对比试验件的裂纹超声信号反射波信号及试块结构超声反射波信号出现的相对位置信息，做为试验件检测过程中的对比参考。
优选地，所述步骤1中的铲柄长度约为150mm。
优选地，铲头的铲面的宽度在1mm至3mm之间。
优选地，铲头的铲面边缘为弧面。
优选地，所述铲头采用金属箔片制成。
优选地，所述铲头所用的金属箔片声阻抗与超声试块材料声阻抗，二者之间的比值应控制在1倍与5倍之间。
优选地，所述铲头厚度小于试块裂纹缝隙宽度。
优选地，所述铲柄的直径为φ1mm的金属小圆棒。
本申请还提供了一种铲型工具，所述铲型工具为如上所述的铲型工具。
本申请的检测螺栓孔是否具有孔边裂纹的方法通过铲型工具插入裂纹缝隙控制声阻抗从而改变超声在对比试块中的反射信号幅值大小变化，而结构超声反射波信号无变化来进行比对判别，解决了现有技术中的问题。本申请的检测螺栓孔是否具有孔边裂纹的方法操作简单、方便，是一种实用、有效的螺栓孔裂纹超声信号判别的方法。
附图说明
图1是根据本发明第一实施例的检测螺栓孔是否具有孔边裂纹的方法的流程示意图。
图2为本发明的铲型工具的结构示意图。
附图标记：
1、铲头；2、铲柄。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
图1是根据本发明第一实施例的检测螺栓孔是否具有孔边裂纹的方法的流程示意图。
图2为本发明的铲型工具的结构示意图。
如图1所示的检测螺栓孔是否具有孔边裂纹的方法包括如下步骤：
步骤1：制做铲型工具，所述铲型工具由铲头1及铲柄2组成，铲头1 采用金属箔片制成，所述铲头1用于插入人工裂纹缝隙中，铲头1厚度小于试块裂纹缝隙宽度；铲头1所用的金属箔片声阻抗与超声试块材料声阻抗，二者之间的比值应控制在1倍与5倍之间；
步骤2：在螺栓孔对比试验件上进行孔边裂纹检测，从而获取对比试验件的裂纹超声信号反射波及试块结构信号反射波出现位置信息，做为试验件检测过程中的对比参考；
步骤3：在待测试验件上进行超声检测，对检测过程中出现的波形位置与对比试验件上检测记录的波形位置进行比较判断，从而判断待测试验件上是否具有孔边裂纹以及孔边裂纹情况是否与对比试验件是否一样。
本申请的检测螺栓孔是否具有孔边裂纹的方法通过铲型工具插入裂纹缝隙控制声阻抗从而改变超声在对比试块中的反射波信号幅值大小变化，而结构超声反射波信号幅值无变化来进行比对判别，解决了现有技术中的问题。该方法操作简单、方便，是一种实用、有效的螺栓孔裂纹超声信号判别的方法。
在本实施例中，步骤2包括：
步骤21：制作对比试验件，所述对比试验件上有具有裂纹的螺栓孔；
步骤22：固定超声检测探头，对对比试验件进行检测，从而获取超声设备显示屏上的超声信号；
步骤23：进行将涂抹超声耦合剂的铲头插入裂纹缝隙中，并来回抽插，观察步骤22中的超声设备显示屏上的超声信号幅值是否出现变化，在铲头抽插过程中出现超声信号幅值跳动变化的即为裂纹超声信号，无变化的为试块结构超声反射波信号；
步骤24：获取对比试验件的裂纹超声反射波信号及试块结构超声反射波信号出现位置信息，做为试验件检测过程中的对比参考。
在本实施例中，步骤1中的铲柄2长度约为150mm，直径为φ1mm的金属小圆棒。
在本实施例中，铲头1的铲面的宽度在1mm至3mm之间。
在本实施例中，铲头1的铲面边缘为弧面。
参见图2，本申请还提供了一种铲型工具，所述铲型工具为如上所述的铲型工具。
本申请的铲型工具由铲头及铲柄组成，铲头通过焊接的方式固定在铲柄上，如图1所示。铲柄长度约为150mm，直径为φ1mm的金属小圆棒。铲头采用一种金属箔片制成，铲面的宽度不应过宽约3mm宽较为适宜，铲面边缘宜采用弧面，以便于后续插入人工裂纹缝隙中，铲头厚度应小于试块裂纹缝隙宽度。铲头所用的金属箔片声阻抗与超声试块材料声阻抗，二者之间的比值应控制在 1倍与5倍之间。
在本申请中裂纹缝隙中的空气层，在插入铲头后变为插入层。
在本事情中，通过铲头来回插入裂纹内部，来控制裂纹缝隙内的声阻抗变化，从而使得缺陷信号波上下跳动。
在本申请中，铲型工具控制裂纹缝隙内的声阻抗时，螺栓孔结构超声信号波无变化。
该方法使用的原理是超声入射到两种介质的界面时，一部分能量透过界面进入第二种介质，成为透射波(声强为It)，波的传播方向不变；另一部分能量则被界面反射回来，沿与入射波相反的方向传播，成为反射波(声强为 Ir)。反射波被接收晶片接收到，经声—电转换反射信号显示在荧光屏上，通过分析反射信号，可以获取螺栓是否存在缺陷等被检螺栓质量信息。
超声传播能量的声强反射率(R)为反射波声强(Ir)与入射波声强(Io) 之比，声强透射率(T)为透射波声强(It)与入射波声强(Io)之比，即有：
Figure GDA0002800816520000061
Figure GDA0002800816520000062
式中Z表示物体的声阻抗。
由上述两式可以看出，界面两侧介质声阻抗的差异决定着反射能量和透射能量的比例。差异越大，反射声能越大，透射声能越小。空气的声阻抗与金属的声阻抗相比几乎可以忽略不计，因此金属裂纹中由于空气的形成的隔声层使得超声几乎全反射而无透射。
铲头涂抹油脂类超声耦合剂，插入裂纹中，排挤出裂纹缝隙中的空气层，使得超声的传播能量分配由裂纹缝隙中为空气层时的反射波声强，变为裂纹缝隙中为插入层时的反射波声强、透射波声强。通过来回抽插铲头，使得裂纹缝隙在空气层与插入层交替变化，从而改变反射波声强，使得超声仪荧光屏上的超声反射波信号幅值来回跳动，而结构超声反射波信号无变化来进行比对判别，达到快速准确判断裂纹超声信号的目的。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种检测螺栓孔是否具有孔边裂纹的方法，其特征在于，所述检测螺栓孔是否具有孔边裂纹的方法包括如下步骤：
步骤1：制做铲型工具，所述铲型工具由铲头及铲柄组成，所述铲头用于插入人工裂纹缝隙中；
步骤2：在螺栓孔对比试验件上进行孔边裂纹检测，从而获取对比试验件的裂纹超声信号反射波及试块结构信号反射波出现位置信息，做为待测试验件检测过程中的对比参考；
所述步骤2包括：
步骤21：制作对比试验件，所述对比试验件上有具有裂纹的螺栓孔；
步骤22：固定超声检测探头，对对比试验件进行检测，从而获取超声设备显示屏上的超声信号；
步骤23：进行将涂抹超声耦合剂的铲头插入裂纹缝隙中，并来回抽插，观察步骤22中的超声设备显示屏上的超声信号幅值是否出现变化，在铲头抽插过程中出现超声信号幅值跳动变化的即为裂纹超声反射波信号，无变化的为试块结构超声反射波信号；
步骤24：获取对比试验件的裂纹超声信号反射波信号及试块结构超声反射波信号出现的相对位置信息，做为待测试验件检测过程中的对比参考；
步骤3：在待测试验件上进行超声检测，对检测过程中出现的波形位置与对比试验件上检测记录的波形位置进行比较判断，从而判断待测试验件上是否具有孔边裂纹。
2.如权利要求1所述的检测螺栓孔是否具有孔边裂纹的方法，其特征在于，所述步骤1中的铲柄长度为150mm。
3.如权利要求1所述的检测螺栓孔是否具有孔边裂纹的方法，其特征在于，铲头的铲面的宽度在1mm至3mm之间。
4.如权利要求1所述的检测螺栓孔是否具有孔边裂纹的方法，其特征在于，铲头的铲面边缘为弧面。
5.如权利要求1所述的检测螺栓孔是否具有孔边裂纹的方法，其特征在于，所述铲头采用金属箔片制成。
6.如权利要求5所述的检测螺栓孔是否具有孔边裂纹的方法，其特征在于，所述铲头所用的金属箔片声阻抗与超声试块材料声阻抗，二者之间的比值应控制在1倍与5倍之间。
7.如权利要求6所述的检测螺栓孔是否具有孔边裂纹的方法，其特征在于，所述铲头厚度小于试块裂纹缝隙宽度。
8.如权利要求7所述的检测螺栓孔是否具有孔边裂纹的方法，其特征在于，所述铲柄是直径为φ1mm的金属小圆棒。
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