CN111896623A - 铸锻件超声检测缺陷定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及重型机械制造技术领域，提供了一种铸锻件超声检测缺陷定位方法，通过超声波探头在工件的表面对工件进行超声检测，并找到至少两个反射波，进而确定找到每个反射波时、超声波探头的位置以及超声波探头的位置到缺陷的距离；然后在绘图软件或绘图纸上作图，进而实现工件内缺陷位置的定位，克服了超声波探头的扩散角对缺陷位置的影响，提高了工件内缺陷定位的准确性。在超声可测量的情况下，甚至可得到缺陷在某一方向上的长度以及在某一反射面的基本轮廓。该方法主要用于检测大型铸、锻件产品内部的缺陷，为大型铸件内缺陷的修补以及大型锻件内缺陷的处置方案，提供更可靠更有力的依据。

Description

铸锻件超声检测缺陷定位方法

技术领域

本发明涉及铸锻件技术领域，特别涉及一种铸锻件超声检测缺陷定位方法。

背景技术

大型铸锻件具有较大的检测厚度，需要大检测声程，因此采用纵波直探头的超声检测，依然是大型铸锻件产品内部质量控制的最有效、最普遍的手段。TOFD检测需要一个发射和一个接收探头，主要应用在焊缝检测领域；针对铸锻件的检测，尤其是厚度大于或等于600mm的大型铸锻件的检测，由于TOFD检测在检测位置、检测声程和检测范围方面受限严重，因此其检测效果较差。

超声波探伤中检测缺陷在工件中的具体位置，称为定位。通常采用垂直高度和水平距离的二轴坐标来确定缺陷的位置。采用纵波直探头对铸锻件内部的缺陷定位时，是在发现缺陷后，找到缺陷的最大反射波，然后以此来判定缺陷的位置。

如图1所示，超声波探头10在工件20表面的位置A周围移动，并在A处找到缺陷的最大反射波，其最大反射波的波形如图2所示，则根据图2中的最大反射波的波形计算缺陷至A处的距离为d，那么就认为工件20内的缺陷30位于位置A的正下方，且距离工件20表面为d的位置。

但是，由于超声波探头均有指向性问题，有一定的扩散角，超声波探头的频率越低，其扩散角越大，并且工件内缺陷的表面也并不是与超声声束垂直的规则表面。那么多数情况下，存在这样一种情况，当缺陷处于超声波探头主声束范围内时，由于缺陷本身的走向问题，缺陷的最大反射波的位置不一定处于超声波探头的正下方。

如图3所示，超声波探头10的扩散角为α，超声波探头10在工件20表面的位置A周围移动，并在A处找到缺陷30的最大反射波，并通过波形图计算缺陷至A处的距离为S，那么此时就会认为工件20内的缺陷30位于位置A的正下方、且距离工件20表面为S的位置。但是工件20内的缺陷30实际上是位于工件20表面位置B的正下方，且距工件20表面为D的位置。

因此，现有的以缺陷的最大反射波定位的缺陷位置与实际缺陷位置显然是有偏差的，如图3所示，实际缺陷位置在水平方向的偏差为L，在竖直方向的偏差为S-D。随着工件20的厚度越大，缺陷30在工件20内的位置越深，那么通过现有的超声检测方法定位的缺陷位置与实际缺陷位置的偏差就越大，缺陷定位的准确性就越差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种铸锻件超声检测缺陷定位方法，以提高工件内缺陷定位的准确性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：铸锻件超声检测缺陷定位方法，包括以下步骤：

S1、通过超声波探头在工件的表面沿X方向对工件进行超声检测，并找到缺陷的至少两个反射波；

S2、在工件的表面标出找到每个反射波时、超声波探头的中心在工件表面的位置，并计算找到每个反射波时、超声波探头的中心在工件表面的位置到缺陷的距离；

S3、在绘图软件或绘图纸上绘制一条直线AB，并在直线AB上标出用于表示找到每个反射波时、超声波探头的中心在工件表面的位置的定位点，然后以每个定位点为圆心、以该定位点表示的超声波探头的中心在工件表面的位置到缺陷的距离为半径在直线AB的同侧绘制圆弧，则所有圆弧之间的交点围成一区域P；

S4、过区域P中的任意一点做直线AB的垂线，且该垂线与直线AB的交点为K，则交点K所处的位置表示工件的表面正对缺陷的位置；交点K到区域P的长度表示缺陷到工件表面的距离。

进一步的，所述工件的厚度为t；其中，t≥600mm。

进一步的，其中，2000mm≥t≥800mm。

进一步的，所述超声波探头的频率为f；其中，1MHz≤f≤5MHz。

本发明的有益效果是：

1、本发明实施例的铸锻件超声检测缺陷定位方法，通过超声波探头在工件的表面对工件进行超声检测，并找到至少两个反射波，进而确定找到每个反射波时、超声波探头的位置以及超声波探头的位置到缺陷的距离；然后在绘图软件或绘图纸上作图，进而实现工件内缺陷位置的精确定位；与现有技术相比，本发明的方法无需找到缺陷的最大反射波，克服了超声波探头的扩散角对缺陷检测的负面影响，提高了工件内缺陷定位的准确性。

2、在超声可测量的情况下，当找到缺陷的反射波的数量越多，就可越精确地得到缺陷在某一方向上的长度，甚至得到缺陷在某一反射面的基本轮廓，为大型铸件内缺陷的修补以及大型锻件内缺陷的处置提供更可靠更有力的依据。

3、本发明的方法适用于任何尺寸的铸锻件内部缺陷的定位，尤其适用于工件40内缺陷60的深度在800～2000mm、缺陷60的大小在20～40mm的情况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍；显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有的超声检测定位的示意图；

图2是图1中位置A处的反射波在超声检测仪的屏幕中的最大波形图；

图3是采用现有的超声检测定位方法定位的缺陷位置与实际缺陷位置偏差的示意图；

图4是本发明实施例的超声检测定位的示意图；

图5至图7是本发明实施例的超声波探头在不同位置处找到的反射波在超声波检测仪的屏幕中的波形图；

图8是本发明实施例中在绘图软件或绘图纸中绘制的缺陷的位置图。

附图标记：10-超声波探头，20-工件，30-缺陷，40-工件，50-超声波探头，60-缺陷。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。

本发明实施例的铸锻件超声检测缺陷定位方法，包括以下步骤：

S1、通过超声波探头50在工件40的表面沿X方向对工件40进行超声检测，并找到缺陷60的至少两个反射波；

S2、在工件40的表面标出找到每个反射波时、超声波探头50的中心在工件40表面的位置，并计算找到每个反射波时、超声波探头50的中心在工件40表面的位置到缺陷60的距离；

S3、在绘图软件或绘图纸上绘制一条直线AB，并在直线AB上标出用于表示找到每个反射波时、超声波探头50的中心在工件40表面的位置的定位点，然后以每个定位点为圆心、以该定位点表示的超声波探头50的中心在工件40表面的位置到缺陷60的距离为半径在直线AB的同侧绘制圆弧，则所有圆弧之间的交点围成一区域P；

S4、过区域P中的任意一点做直线AB的垂线，且该垂线与直线AB的交点为K，则交点K所处的位置表示工件40的表面正对缺陷60的位置；交点K到区域P的长度表示缺陷60到工件40表面的距离。

本发明实施例中的工件40指的是任意尺寸的铸件或锻件；作为优选的实施方式，所述工件40的厚度为t，其中t≥600mm。优选的，2000mm≥t≥800mm。X方向指的是平行于工件40的表面的任意方向，在此不做具体的限定。

本发明实施例中的超声波探头50为直探头，主要用于纵波探伤。所述超声波探头50的频率为f，其中，1MHz≤f≤5MHz。超声波探头50的频率越低，其扩散角越大。例如，当超声波探头50的频率为1MHz时，其扩散角为34.4°；当超声波探头50的频率为2MHz时，其扩散角为17.2°；当超声波探头50的频率为4MHz时，其扩散角为8.6°；当超声波探头50的频率为5MHz时，其扩散角为6.88°。

所述绘图软件可以是CAD、Solidworks、Proe等软件，在此不做具体的限定。步骤S3中，区域P可以是由两条圆弧之间的交点构成，也可以是两条以上圆弧之间围成的区域构成。

根据超声检测理论，以点状缺陷的动态回波为例，位于超声波探头50扩散角声场内的缺陷60，随着超声波探头50在工件40表面沿某一方向移动，缺陷反射波会从无到有，再升高达到最大，然后降低，直至消失。因此，根据超声探伤仪的工作原理，在水平线性校准后，仪器上所有的时间轴上的回波，均表示反射信号的传播时间，时间乘以声速就得到缺陷声程，也即缺陷到超声波探头中心点的距离。只要超声波探头50检测到缺陷60的反射波，即使该反射波不是超声波探头50的主声束获得的反射波，或者不是最大反射波，那么仪器读出来的声程反应的就是缺陷上的某一点至超声波探头50中心点的距离。

本发明实施例的铸锻件超声检测缺陷定位方法，通过超声波探头50在工件40的表面沿X方向对工件40进行超声检测，并找到至少两个反射波，进而确定找到每个反射波时、超声波探头50的中心在工件40表面的位置以及超声波探头50中心在工件40表面的位置到缺陷60的距离；然后在绘图软件或绘图纸上作图，进而实现工件40内缺陷位置的精确定位；与现有技术相比，本发明的方法无需找到缺陷60的最大反射波，克服了超声波探头50的扩散角在定位缺陷位置时的负面影响，大大提高了工件40内的缺陷60定位的准确性。

本发明实施例的铸锻件超声检测缺陷定位方法，在超声可测量的情况下，当找到缺陷60的反射波的数量越多，就可越精确地得到缺陷60在某一方向上的长度，甚至得到缺陷60在某一反射面的基本轮廓，为大型铸件内缺陷的修补以及大型锻件内缺陷的处置提供更可靠更有力的依据。

本发明实施例的铸锻件超声检测缺陷定位方法，适用于任何尺寸的铸锻件内部缺陷的定位，尤其适用于工件40内缺陷60的深度在800～2000mm、缺陷60的大小在20～40mm的情况。

为叙述方便，下文中所称的“上”、“下”、“左”、“右”与附图本身的上、下、左、右方向一致，但并不对本发明的结构起限定作用。

实施例：

步骤S1、如图4所示，通过超声波探头50在工件40的上表面沿从左向右的方向对工件40进行超声检测，并找到缺陷60的三个反射波；图5至图7所示为找到的反射波在超声波检测仪的屏幕中的波形图；

步骤S2、当找到图5中的反射波时，如图4所示，在工件40的上表面标出超声波探头50的中心在工件40的上表面的位置A1，并根据图5中的波形图计算位置A1到缺陷60的距离d1。

当找到图6中的反射波时，如图4所示，在工件40的上表面标出超声波探头50的中心在工件40的上表面的位置A2，并根据图6中的波形图计算位置A2到缺陷60的距离d2。

当找到图7中的反射波时，如图4所示，在工件40的上表面标出超声波探头50在工件40的上表面的位置A3，并根据图7中的波形图计算位置A3到缺陷60的距离d3。

步骤S3、如图8所示，在CAD软件中绘制一条直线AB，并在直线AB上标出定位点A1’、定位点A2’、定位点A3’。其中，定位点A1’用于表示找到图5中的反射波时、超声波探头50的中心在工件40上表面的位置A1；定位点A2’用于表示找到图6中的反射波时、超声波探头50的中心在工件40上表面的位置A2；定位点A3’用于表示找到图7中的反射波时、超声波探头50的中心在工件40上表面的位置A3。然后以定位点A1’为圆心、以d1为半径在直线AB的下方绘制圆弧Ⅰ；以定位点A2’为圆心、以d2为半径在直线AB的下方绘制圆弧Ⅱ；以定位点A3’为圆心、以d3为半径在直线AB的下方绘制圆弧Ⅲ；圆弧Ⅰ、圆弧Ⅱ和圆弧Ⅲ之间的交点围成一区域P。

步骤S4、如图8所示，过区域P中的任意一点做直线AB的垂线，该垂线与直线AB的交点为K，则交点K所述的位置表示工件40的表面正对缺陷60的位置；交点K到区域P的长度表示缺陷60到工件40表面的距离。例如，在CAD软件中可直接测量交点K到定位点A3’的长度L1，用以表示缺陷60在工件40中的水平距离；在CAD软件中可直接测量交点K到区域P的长度L2，用以表示缺陷60在工件40中的垂直高度，进而达到对工件40内的缺陷60准确定位的目的。

与现有技术相比，本发明实施例的铸锻件超声检测缺陷定位方法，无需找到缺陷60的最大反射波，克服了超声波探头50的扩散角在定位缺陷位置时的负面影响，针对大型铸锻件，大大提高了工件40内缺陷60定位的准确性。在超声可测量的情况下，当找到缺陷60的反射波的数量越多，就可越精确地得到缺陷60在某一方向上的长度，甚至得到缺陷60在某一反射面的基本轮廓，为大型铸件内缺陷的修补以及大型锻件内缺陷的处置提供更可靠更有力的依据。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.铸锻件超声检测缺陷定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、通过超声波探头(50)在工件(40)的表面沿X方向对工件(40)进行超声检测，并找到缺陷(60)的至少两个反射波；

S2、在工件(40)的表面标出找到每个反射波时、超声波探头(50)的中心在工件(40)表面的位置，并计算找到每个反射波时、超声波探头(50)的中心在工件(40)表面的位置到缺陷(60)的距离；

S3、在绘图软件或绘图纸上绘制一条直线AB，并在直线AB上标出用于表示找到每个反射波时、超声波探头(50)的中心在工件(40)表面的位置的定位点，然后以每个定位点为圆心、以该定位点表示的超声波探头(50)的中心在工件(40)表面的位置到缺陷(60)的距离为半径在直线AB的同侧绘制圆弧，则所有圆弧之间的交点围成一区域P；

S4、过区域P中的任意一点做直线AB的垂线，且该垂线与直线AB的交点为K，则交点K所处的位置表示工件(40)的表面正对缺陷(60)的位置；交点K到区域P的长度表示缺陷(60)到工件(40)表面的距离。

2.根据权利要求1所述的铸锻件超声检测缺陷定位方法，其特征在于，所述工件(40)的厚度为t；其中，t≥600mm。

3.根据权利要求2所述的铸锻件超声检测缺陷定位方法，其特征在于，其中，2000mm≥t≥800mm。

4.根据权利要求1、2或3所述的铸锻件超声检测缺陷定位方法，其特征在于，所述超声波探头(50)的频率为f；其中，1MHz≤f≤5MHz。

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