CN110487896A - 一种风力发电齿轮箱齿轮轮齿相控阵检测试块及其使用方法 - Google Patents

一种风力发电齿轮箱齿轮轮齿相控阵检测试块及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及超声波检测领域，具体涉及一种风力发电齿轮箱齿轮轮齿相控阵检测试块及其使用方法；包括表面试块与内部试块，所述表面试块上分布有深度为1mm的线切割槽，所述线切割槽为多个，多个线切割槽在试块的水平面上沿水平方向间距布局，所述多个线切割槽之间的间距为5mm；本发明风力发电齿轮箱齿轮轮齿相控阵检测试块及其检测方法，通过相控阵探头发射的多束不同角度的超声波，比较实际回波信号与试块模拟反射体信号强度及回波信号位置，判读缺陷，可在不拆卸齿轮的情况下，对齿轮的表面质量进行检测，检测效率高，节省时间成本。

Description

一种风力发电齿轮箱齿轮轮齿相控阵检测试块及其使用方法
技术领域
本发明涉及超声波检测领域，具体涉及一种风力发电齿轮箱齿轮轮齿相控阵检测试块及其使用方法。
背景技术
风力发电场风机大型齿轮是风机的重要受监金属部件，其安全可靠运行是保障风机稳定运行的基础，近年来国内有部分风机出现了因大型齿轮断齿导致的风机非停事件，而目前对在役风机大型齿轮的预防性检验检测多停留在使用内窥镜进行宏观检验，宏观检验仅能及时发现较大尺寸的缺陷，而缺陷出现初期往往是肉眼无法观察到的，这就需要通过相关检验检测设备进行预防性检验。
发明内容
针对现有技术中提到的问题，本发明提出一种用于验证检测齿轮轮齿是否满足工作要求及验证扫查灵敏度能否满足缺陷检出要求，本设计发明的试块，通过相控阵超声检测技术可直观验证齿轮轮齿表面缺陷与内部缺陷进行识别，同时，也可以辅助于检测结果的评定，便于缺陷的判断。
本发明一种风力发电齿轮箱齿轮轮齿相控阵检测试块，包括表面试块与内部试块，所述表面试块上分布有深度为1mm的线切割槽，所述线切割槽为多个，多个线切割槽在试块的水平面上沿水平方向间距布局，所述多个线切割槽之间的间距为5mm；所述内部试块表面上分布有直径为1mm的横通孔，所述横通孔为多个，多个横通孔在试块上沿水平方向排列布局，所述多个横通孔之间的间距均为20mm，其中，第一个横通孔距试块一侧厚度端面的距离为n，其余的横通孔距试块同一侧厚度端面的距离依次为2n、3n、4n……，其中，n为自然数。
优选地，位于内部试块上的多个横通孔具体为9个，其中，n为6.5mm。
优选地，所述内部试块的长度为200mm，宽度为100mm，厚度为25mm的试块。
优选地，位于表面试块的多个线切割槽具体为10个，分别为a、b、c、d、e、f、g、h、i、j，且线切割槽均设置在表面试块底面上，其中，第一个线切割槽距离表面试块一端距离为15mm。
优选地，所述表面试块为等腰三角形结构，其底角为40°。
上述风力发电齿轮箱齿轮轮齿相控阵检测试块的使用方法，包括如下步骤：
1）选用具有成像功能的相控阵检测仪，并将相控阵检测仪与相应的相控阵探头相连接，将待测齿轮轮齿的轮廓图输入至相控阵检测仪中；
2）通过相控阵探头探测表面试块，得到表面试块灵敏度曲线；
3）通过相控阵探头探测内部试块，得到内部试块灵敏度曲线；
4）将相控阵探头沿待检测齿轮轮齿一侧工作面上，进行扇形扫查，不断调整相控阵探头位置，相控阵检测仪上会得到缺陷成像图；同理，待检测齿轮轮齿的另一侧工作面检测过程相同。
5）将缺陷成像图与待测齿轮轮齿的轮廓图相结合，其中，将待测齿轮轮齿的轮廓图范围内的缺陷成像图与表面试块灵敏度曲线和内部试块灵敏度曲线分别进行比对：
当与表面试块灵敏度曲线比对时，根据底部横坐标定义小于表面试块灵敏度曲线为可接受的表面缺陷，大于表面试块灵敏度曲线为不允许的表面缺陷。
当与内部试块灵敏度曲线比对时，根据底部横坐标定义小于内部试块灵敏度曲线为可接受的内部缺陷，大于表面试块灵敏度曲线为不允许的内部缺陷。
优选地，首先在表面试块的检测面上需刷涂耦合剂，将相控阵探头放置在线切割槽a上，左右轻微移动探头，找到该点的波幅最大值，并记录该线切割槽的信息，随后依次将相控阵探头放置在线切割槽b、线切割槽c、切割槽d……直至线切割槽j，记录其余线切割槽的波幅最大值，通过相控阵检测仪将每个线切割槽信息拟合生成表面试块灵敏度曲线。
优选地，首先在内部试块的检测面上需刷涂耦合剂，将相控阵探头放置在第一个横通孔上，左右轻微移动探头，找到该点的波幅最大值，并记录该横通孔信息，随后依次将相控阵探头放置在第二个横通孔、第三个横通孔、第四个横通孔……直至第九个横通孔，记录其余横通孔的波幅最大值，通过相控阵检测仪将每个横通孔信息拟合生成内部试块灵敏度曲线。
本发明相对于现有技术，取得了以下的技术效果：
本发明风力发电齿轮箱齿轮轮齿相控阵检测试块及其检测方法，通过相控阵探头发射的多束不同角度的超声波，比较实际回波信号与试块模拟反射体信号强度及回波信号位置，判读缺陷，可在不拆卸齿轮的情况下，对齿轮的表面质量进行检测，检测效率高，节省时间成本。
附图说明
图1为本发明表面试块结构示意图；
图2为本发明内部试块结构示意图；
图3为本发明表面试块灵敏度曲线；
图4为本发明内部试块灵敏度曲线；
图5为本发明待测齿轮与表面试块灵敏度曲线比对图。
附图标记：1-表面试块；2-内部试块；3-线切割槽；4-横通孔。
具体实施方式
实施例
本发明一种风力发电齿轮箱齿轮轮齿相控阵检测试块，如图1和图2所示，包括表面试块1与内部试块2，所述表面试块1上分布有深度为1mm的线切割槽3，所述线切割槽3为多个，多个线切割槽3在试块的水平面上沿水平方向间距布局，所述多个线切割槽3之间的间距为5mm；所述内部试块2表面上分布有直径为1mm的横通孔4，所述横通孔4为多个，多个横通孔4在试块上沿水平方向排列布局，所述多个横通孔4之间的间距均为20mm，其中，第一个横通孔4距试块一侧厚度端面的距离为n，其余的横通孔4距试块同一侧厚度端面的距离依次为2n、3n、4n……，其中，n为自然数。位于内部试块2上的多个横通孔4具体为9个，其中，n为6.5mm。所述内部试块2的长度为200mm，宽度为100mm，厚度为25mm的试块。位于表面试块1的多个线切割槽3具体为10个，分别为a、b、c、d、e、f、g、h、i、j，且线切割槽3均设置在表面试块1底面上，其中，第一个线切割槽3距离表面试块1一端距离为15mm。所述表面试块1为等腰三角形结构，其底角为40°。
本实施例中的表面试块1与内部试块2均采用与待测齿轮相同材质制成，如：低合金钢、碳钢、工具钢均可，其加工要求为：1）尺寸误差不大于±0.05mm；2）表面试块1和内部试块2的表面粗糙度均不低于1.6um。
风力发电齿轮箱齿轮轮齿相控阵检测试块的使用方法，包括如下步骤：
1）选用具有成像功能的相控阵检测仪，并将相控阵检测仪与相应的相控阵探头相连接，将待测齿轮轮齿的轮廓图输入至相控阵检测仪中；本实施例中所采用相控阵探头为中心频率4MHz、阵元数为32个、阵元间距为0.5mm、阵元长度为6mm，由矩形压电陶瓷晶片构成的阵元以线型形式平行于相控阵探头集体宽度方向布局，嵌于相控阵探头集体内，声速偏转角度范围为-30°~30°，相控阵检测仪的参数是工作频率范围为1MHz-10MHz，水平线性误差不大于2%，垂直线性误差不大于8%，待测齿轮轮齿的轮廓图为CAD软件制成。
2）通过相控阵探头探测表面试块1，得到表面试块灵敏度曲线；首先在表面试块1的检测面上需刷涂耦合剂，本实施例耦合剂采用齿轮箱油，将相控阵探头放置在线切割槽3a上，左右轻微移动探头，找到该点的波幅最大值，并记录该线切割槽3的信息，随后依次将相控阵探头放置在线切割槽3b、线切割槽3c、切割槽d……直至线切割槽3j，记录其余线切割槽3的波幅最大值，通过相控阵检测仪将每个线切割槽3信息连线拟合生成表面试块1灵敏度曲线。
3）通过相控阵探头探测内部试块2，得到内部试块灵敏度曲线；首先在内部试块2的检测面上需刷涂耦合剂，将相控阵探头放置在第一个横通孔4上，左右轻微移动探头，找到该点的波幅最大值，并记录该横通孔4信息，随后依次将相控阵探头放置在第二个横通孔4、第三个横通孔4、第四个横通孔4……直至第九个横通孔4，记录其余横通孔4的波幅最大值，通过相控阵检测仪将每个横通孔4信息连线拟合生成内部试块灵敏度曲线。
4）将相控阵探头沿待检测齿轮轮齿一侧的工作面上，进行扇形扫查，不断调整相控阵探头位置，相控阵检测仪上会得到缺陷成像图；同理，待检测齿轮轮齿的另一侧工作面检测过程相同。
5）将缺陷成像图与待测齿轮轮齿的轮廓图相结合，其中，将待测齿轮轮齿的轮廓图范围内的缺陷成像图与表面试块灵敏度曲线和内部试块灵敏度曲线分别进行比对：
与表面试块灵敏度曲线比对时，根据底部横坐标定义当小于表面试块灵敏度曲线为可接受的表面缺陷，则判定此齿轮轮齿可以使用，大于表面试块灵敏度曲线为不允许的表面缺陷，则判定此齿轮轮齿无法使用；
待检测齿轮轮齿与表面试块灵敏度曲线比对时，发现无表面缺陷时，则与内部试块灵敏度曲线比对，根据底部横坐标定义当小于内部试块灵敏度曲线为可接受的内部缺陷，则判定此齿轮轮齿可以使用，大于内部试块灵敏度曲线为不允许的内部缺陷，则判定此齿轮轮齿无法使用。

Claims (8)

1.一种风力发电齿轮箱齿轮轮齿相控阵检测试块，其特征在于，包括表面试块与内部试块，所述表面试块上分布有深度为1mm的线切割槽，所述线切割槽为多个，多个线切割槽在试块的水平面上沿水平方向间距布局，所述多个线切割槽之间的间距为5mm；
所述内部试块表面上分布有直径为1mm的横通孔，所述横通孔为多个，多个横通孔在试块上沿水平方向排列布局，所述多个横通孔之间的间距均为20mm，其中，第一个横通孔距试块一侧厚度端面的距离为n，其余的横通孔距试块同一侧厚度端面的距离依次为2n、3n、4n……，其中，n为自然数。
2.根据权利要求1所述一种风力发电齿轮箱齿轮轮齿相控阵检测试块，其特征在于，位于内部试块上的多个横通孔具体为9个，其中，n为6.5mm。
3.根据权利要求2所述一种风力发电齿轮箱齿轮轮齿相控阵检测试块，其特征在于，所述内部试块的长度为200mm，宽度为100mm，厚度为25mm的试块。
4.根据权利要求1所述一种风力发电齿轮箱齿轮轮齿相控阵检测试块，其特征在于，位于表面试块的多个线切割槽具体为10个，分别为a、b、c、d、e、f、g、h、i、j，且线切割槽均设置在表面试块底面上，其中，第一个线切割槽距离表面试块一端距离为15mm。
5.根据权利要求4所述一种风力发电齿轮箱齿轮轮齿相控阵检测试块，其特征在于，所述表面试块为等腰三角形结构，其底角为40°。
6.根据权利要求1所述风力发电齿轮箱齿轮轮齿相控阵检测试块的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）选用具有成像功能的相控阵检测仪，并将相控阵检测仪与相应的相控阵探头相连接，将待测齿轮轮齿的轮廓图输入至相控阵检测仪中；
2）通过相控阵探头探测表面试块，得到表面试块灵敏度曲线；
3）通过相控阵探头探测内部试块，得到内部试块灵敏度曲线；
4）将相控阵探头沿待检测齿轮轮齿一侧工作面上，进行扇形扫查，不断调整相控阵探头位置，相控阵检测仪上会得到缺陷成像图；同理，待检测齿轮轮齿的另一侧工作面检测过程相同；
5）将缺陷成像图与待测齿轮轮齿的轮廓图相结合，其中，将待测齿轮轮齿的轮廓图范围内的缺陷成像图与表面试块灵敏度曲线和内部试块灵敏度曲线分别进行比对：
当与表面试块灵敏度曲线比对时，根据底部横坐标定义小于表面试块灵敏度曲线为可接受的表面缺陷，大于表面试块灵敏度曲线为不允许的表面缺陷；
当与内部试块灵敏度曲线比对时，根据底部横坐标定义小于内部试块灵敏度曲线为可接受的内部缺陷，大于表面试块灵敏度曲线为不允许的内部缺陷。
7.根据权利要求5所述风力发电齿轮箱齿轮轮齿相控阵检测试块的使用方法，其特征在于，首先在表面试块的检测面上需刷涂耦合剂，将相控阵探头放置在线切割槽a上，左右轻微移动探头，找到该点的波幅最大值，并记录该线切割槽的信息，随后依次将相控阵探头放置在线切割槽b、线切割槽c、切割槽d……直至线切割槽j，记录其余线切割槽的波幅最大值，通过相控阵检测仪将每个线切割槽信息拟合生成表面试块灵敏度曲线。
8.根据权利要求2所述风力发电齿轮箱齿轮轮齿相控阵检测试块的使用方法，其特征在于，首先在内部试块的检测面上需刷涂耦合剂，将相控阵探头放置在第一个横通孔上，左右轻微移动探头，找到该点的波幅最大值，并记录该横通孔信息，随后依次将相控阵探头放置在第二个横通孔、第三个横通孔、第四个横通孔……直至第九个横通孔，记录其余横通孔的波幅最大值，通过相控阵检测仪将每个横通孔信息拟合生成内部试块灵敏度曲线。
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