CN113720737A - 一种镍基高温紧固螺栓的晶粒度无损检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镍基高温紧固螺栓的晶粒度无损检测装置及方法，包括有滑动安装在底板上两个相互配合以夹持高温紧固螺栓的定位夹持机构，还包括有设置于定位夹持机构上方用于对高温紧固螺栓检测的超声探头，超声探头可沿竖直方向移动贴合于高温紧固螺栓的圆周面，并且超声探头还可以沿平行于高温紧固螺栓的轴线方向移动。本发明中被检测的高温紧固螺栓则通过定位夹持机构所固定，整个夹持装置实现机械化精准夹持定位，其与超声探头相配合，可便于人员对高温紧固螺栓进行检测。

Description

一种镍基高温紧固螺栓的晶粒度无损检测装置及方法

技术领域

本发明涉及超声波无损检测技术领域，尤其涉及一种镍基高温紧固螺栓的晶粒度无损检测装置及方法。

背景技术

高温紧固螺栓是汽轮机设备中重要部件之一。高温紧固螺栓连接着汽轮机汽缸、主汽门、调节气门及导汽管等高温部件，确保了机组在运行过程中不发生泄漏。由于高温紧固螺栓长期在高温环境下被拉伸以及弯曲，因此其内部的金相组织会变大，高温紧固螺栓一旦出现晶粒粗大的情况，其机械性能指标大幅度降低，一旦其内部的晶粒等级高于5级，则需要对其进行更换。现有技术中采用超声波技术来检测高温紧固螺栓内部的晶粒度，主要以超声波的散射衰减原理为理论基础，通过对比不同晶粒度级别与其超声波二次波回波及三次回波衰减分贝值的非线性关系，可以对镍基高温紧固螺栓进行较为准确的晶粒度级别鉴定，此方法快速便捷、有效、成本低，具有很大的实用价值。但是在实际的测试过程中，超声探头与被检测的高温紧固螺栓是否能够较好的配合也直接影响到检测的结果，而目前现有技术中没有公开任何关于对被检测的螺栓固定的装置，而且，对螺栓进行检测时，仅仅检测螺栓的局部并不能代表整个螺栓的整体，这无疑会影响到检测结果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镍基高温紧固螺栓的晶粒度无损检测装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种镍基高温紧固螺栓的晶粒度无损检测装置，包括有滑动安装在底板上两个相互配合以夹持高温紧固螺栓的定位夹持机构，还包括有设置于定位夹持机构上方用于对高温紧固螺栓检测的超声探头，超声探头可沿竖直方向移动贴合于高温紧固螺栓的圆周面，并且超声探头还可以沿平行于高温紧固螺栓的轴线方向移动。

优选的，底板上沿其长度方向固定安装有无杆气缸，两个无杆气缸之间形成有与底板上端面相贴合限位条，限位条上滑动安装有两个滑块，并且滑块贯穿无杆气缸上的活塞杆，每个滑块的顶部均固定连接有安装板，两个定位夹持机构分别安装于相对应的安装板侧壁上。

优选的，每个定位夹持机构均包括有固定框，两个固定框彼此相对的一侧为敞口结构，固定框的内部固定有气缸，气缸的活塞杆端朝向敞口方向并固定连接有背板，背板的四个角上分别形成有U型槽，每个U型槽的槽口端均转动连接有铰接杆，铰接杆远离固定框的一端固定连接有弧形夹块，铰接杆的另一端转动连接有滚轮，并且滚轮分别与固定框对应的外端面相贴合，每个滚轮的中心处沿其轴向向外延伸形成有连接轴，位于同一竖直方向上的两个连接轴之间连接有弹簧，固定框的上下两个端面上靠近背板一侧的末端处均形成有与滚轮相配合的梯形限位台，梯形限位台朝向滚轮的一侧呈倾斜结构。

优选的，超声探头包括底部具有弧形耦合面的声楔块，声楔块的顶部形成有供超声仪器发射的超声波进入的声射换能面和供超声波返回超声仪器的声接受换能面，声射换能面上安装有声射换能器，声接受换能面上安装有声接受换能器。

优选的，底板的一侧沿竖直方向固定有支撑板，支撑板的顶部沿水平方向连接有顶板，顶板的下端面对应高温紧固螺栓的夹持工位安装有电动伸缩杆，电动伸缩杆的活动端与超声探头的顶部中心处固定相连。

优选的，顶板的下端面一侧边缘处固定安装有电机，顶板的下端面另一侧的边缘处固定有固定块，电机的输出端驱动连接有螺纹杆，螺纹杆的末端与固定块转动连接，电动伸缩杆的固定端螺纹套接于螺纹杆上。

本发明还提出一种镍基高温紧固螺栓的晶粒度无损检测方法，采用上述提及的一种镍基高温紧固螺栓的晶粒度无损检测装置，方法如下：

步骤一、绘制声时-晶粒度曲线；

步骤二、通过定位夹持机构将待检测的高温紧固螺栓固定牢靠；

步骤三、超声探头向下移动耦合于待检测的高温紧固螺栓上，记录超声仪器显示的检测声时；

步骤四、设置零声时，计算出被检测的高温紧固螺栓的声时差；

步骤五、对照步骤一中绘制的声时-晶粒度曲线，找出被检测的高温紧固螺栓相应的晶粒度级别；

步骤六、判定被检测的高温紧固螺栓是否合格，若被检测的高温紧固螺栓的晶粒度级别满足晶粒度要求，则被检测的高温紧固螺栓合格，若被检高温紧固螺栓的晶粒度级别不满足晶粒度要求，则被检测的高温紧固螺栓合格。

与现有技术相比，本发明提供了一种镍基高温紧固螺栓的晶粒度无损检测装置及方法，具备以下有益效果：

本发明中的超声探头中的声楔块底部具有弧形耦合面的，其能够与高温紧固螺栓耦合，无需对高温紧固螺栓进行打磨和腐蚀，有效避免了对高温紧固螺栓的损伤，而被检测的高温紧固螺栓则通过定位夹持机构所固定，定位夹持机构动作对高温紧固螺栓进行夹持定位时，气缸驱动背板朝向高温紧固螺栓移动，滚轮贴合固定框表面进行移动，当滚轮移动至梯形限位台的倾斜部时，铰接杆以U型槽的槽口端为中心进行旋转，从而使铰接杆末端的弧形夹块朝向螺栓方向转动并将其夹持固定，在铰接杆进行旋转的过程中，两个连接轴之间的弹簧被拉伸，当定位夹持机构工作结束后，气缸的活塞端缩回，铰接杆在弹簧的反作用下恢复至初始位置。整个夹持装置实现机械化精准夹持定位，其与超声探头相配合，可便于人员对高温紧固螺栓进行检测。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制，在附图中：

图1为本发明中检测装置第一种角度的结构示意图；

图2为本发明中检测装置第二种角度的结构示意图；

图3为本发明中超声探头的结构示意图；

图4为本发明中定位夹持机构的结构示意图；

图5为本发明中定位夹持机构的局部结构示意图；

图6为本发明中定位夹持机构的侧视结构示意图。

图中：1、底板；2、支撑板；3、顶板；4、电动伸缩杆；5、超声探头；51、声楔块；52、声射换能器；53、声接受换能器；6、无杆气缸；7、限位条；8、活塞杆；9、滑块；10、安装板；11、定位夹持机构；12、电机；13、固定块；14、螺纹杆；15、固定框；16、气缸；17、背板；18、U型槽；19、铰接杆；20、弧形夹块；21、滚轮；22、连接轴；23、弹簧；24、梯形限位台。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

在本发明的实施例的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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的实施方式和简化描述，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的实施方式的限制。

如图1-6所示，本实施例中公开了一种镍基高温紧固螺栓的晶粒度无损检测装置，包括有滑动安装在底板1上两个相互配合以夹持高温紧固螺栓的定位夹持机构11，还包括有设置于定位夹持机构11上方用于对高温紧固螺栓检测的超声探头5，超声探头5可沿竖直方向移动贴合于高温紧固螺栓的圆周面，并且超声探头5还可以沿平行于高温紧固螺栓的轴线方向移动。

底板1上沿其长度方向固定安装有无杆气缸6，两个无杆气缸6之间形成有与底板1上端面相贴合限位条7，限位条7上滑动安装有两个滑块9，并且滑块9贯穿无杆气缸6上的活塞杆8，每个滑块9的顶部均固定连接有安装板10，两个定位夹持机构11分别安装于相对应的安装板10侧壁上，两个定位夹持机构11通过无杆气缸6可在限位条7上进行滑动，从而可以使两个定位夹持机构11针对不同长度的高温紧固螺栓进行夹持定位，从而提高了该检测装置的适用范围。

每个定位夹持机构11均包括有固定框15，两个固定框15彼此相对的一侧为敞口结构，固定框15的内部固定有气缸16，气缸16的活塞端朝向敞口方向并固定连接有背板17，背板17的四个角上分别形成有U型槽18，每个U型槽18的槽口端均转动连接有铰接杆19，铰接杆19远离固定框15的一端固定连接有弧形夹块20，铰接杆19的另一端转动连接有滚轮21，并且滚轮21分别与固定框15对应的外端面相贴合，每个滚轮21的中心处沿其轴向向外延伸形成有连接轴22，位于同一竖直方向上的两个连接轴22之间连接有弹簧23，固定框15的上下两个端面上靠近背板17一侧的末端处均形成有与滚轮21相配合的梯形限位台24，梯形限位台24朝向滚轮21的一侧呈倾斜结构，定位夹持机构11动作对高温紧固螺栓进行夹持定位时，气缸16的活塞端伸出驱动背板17朝向高温紧固螺栓移动，滚轮21贴合固定框15表面进行移动，当滚轮21移动至梯形限位台24的倾斜部时，铰接杆19以U型槽18的槽口端为中心进行旋转，从而使铰接杆19末端的弧形夹块20朝向螺栓方向转动并将其夹持固定，在铰接杆19进行旋转的过程中，两个连接轴22之间的弹簧23被拉伸，当定位夹持机构11工作结束后，气缸16的活塞端缩回，铰接杆19在弹簧23的反作用下恢复至初始位置。

作为优选的实施例，本申请中的超声探头5包括底部具有弧形耦合面的声楔块51，声楔块51的顶部形成有供超声仪器发射的超声波进入的声射换能面和供超声波返回超声仪器的声接受换能面，声射换能面上安装有声射换能器52，声接受换能面上安装有声接受换能器53，检测高温紧固螺栓时，将声楔块51耦合在高温紧固螺栓的圆周买你上，通过超声仪器发射超声波对其进行声时检测，再根据检测得到的声时与不同晶粒度的高温紧固螺栓的声时进行比较，即可得出被检测的高温紧固螺栓的晶粒度。

底板1的一侧沿竖直方向固定有支撑板2，支撑板2的顶部沿水平方向连接有顶板3，顶板3的下端面对应高温紧固螺栓的夹持工位安装有电动伸缩杆4，电动伸缩杆4的活动端与超声探头5的顶部中心处固定相连，通过电动伸缩杆4驱动超声探头5沿竖直方向进行移动，使超声探头5向高温紧固螺栓的检测工位进行移动。

进一步的，顶板3的下端面一侧边缘处固定安装有电机12，顶板3的下端面另一侧的边缘处固定有固定块13，电机12的输出端驱动连接有螺纹杆14，螺纹杆14的末端与固定块13转动连接，电动伸缩杆4的固定端螺纹套接于螺纹杆14上，本申请中的超声探头5还可以沿高温紧固螺栓的轴向进行移动，从而可以对同一高温紧固螺栓上不同位置的检测，从而可以更为准确的测量处螺栓的晶粒度。

本发明中的检测装置在使用时，首先根据待检测的高温紧固螺栓的长度来调整两个定位夹持机构11之间的距离，启动无杆气缸6使两个定位夹持机构11相向或向背移动，待定位夹持机构11之间的距离与待检测的螺栓长度相对应后，启动气缸16驱动背板17向螺栓方向移动，滚轮21沿固定框15表面进行移动，当滚轮21移动至梯形限位台24的倾斜部时，铰接杆19以U型槽18的槽口端为中心进行旋转，当滚轮21滑动至梯形限位台24的顶部时，弧形夹块20达到极限位置，此时气缸16停止动作，铰接杆19末端的弧形夹块20将待检测的螺栓夹持固定，启动电动伸缩杆4，电动伸缩杆4驱动超声探头5向下移动，超声探头5上的声楔块51与螺栓表面耦合后，超声仪器发射超声波对其进行声时检测，当需要检测同一个螺栓上不同位置的晶粒度时，启动电机12驱动螺纹杆14进行旋转，进而带动电动伸缩杆4沿螺栓的轴向进行移动，电动伸缩杆4底部的超声探头5可以移动至螺栓上不同的位置。检测完毕后，气缸16的活塞端缩回，铰接杆19在弹簧23的反作用下恢复至初始位置。

采用上述装置检测高温紧固螺栓的晶粒度时，首先，绘制声时-晶粒度曲线，具体的，制作多个与被检测的高温紧固螺栓相同材质的螺栓试块，多个螺栓试块中至少包含晶粒度等级为4、5及6级的螺栓试块，然后使用超声仪器对不同晶粒度的螺栓试块进行声速测量，并绘制声时-晶粒度曲线。设置零声时，以晶粒度等级为4级的螺栓试块的声时作为零点，绘制声时-晶粒度曲线。对照检测螺栓试块时绘制的声时-晶粒度曲线，找出被检测的高温紧固螺栓相应的晶粒度级别，判定被检测的高温紧固螺栓是否合格，若被检测的高温紧固螺栓的晶粒度级别满足晶粒度要求，则被检测的高温紧固螺栓合格，若被检高温紧固螺栓的晶粒度级别不满足晶粒度要求，则被检测的高温紧固螺栓合格。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”、“另一”、“又一”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本发明的实施方式的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种镍基高温紧固螺栓的晶粒度无损检测装置，其特征在于，包括有滑动安装在底板(1)上两个相互配合以夹持高温紧固螺栓的定位夹持机构(11)，还包括有设置于定位夹持机构(11)上方用于对高温紧固螺栓检测的超声探头(5)，超声探头(5)可沿竖直方向移动贴合于高温紧固螺栓的圆周面，并且超声探头(5)还可以沿平行于高温紧固螺栓的轴线方向移动。

2.根据权利要求1所述的一种镍基高温紧固螺栓的晶粒度无损检测装置，其特征在于，底板(1)上沿其长度方向固定安装有无杆气缸(6)，两个无杆气缸(6)之间形成有与底板(1)上端面相贴合限位条(7)，限位条(7)上滑动安装有两个滑块(9)，并且滑块(9)贯穿无杆气缸(6)上的活塞杆(8)，每个滑块(9)的顶部均固定连接有安装板(10)，两个定位夹持机构(11)分别安装于相对应的安装板(10)侧壁上。

3.根据权利要求2所述的一种镍基高温紧固螺栓的晶粒度无损检测装置，其特征在于，每个定位夹持机构(11)均包括有固定框(15)，两个固定框(15)彼此相对的一侧为敞口结构，固定框(15)的内部固定有气缸(16)，气缸(16)的活塞杆端朝向敞口方向并固定连接有背板(17)，背板(17)的四个角上分别形成有U型槽(18)，每个U型槽(18)的槽口端均转动连接有铰接杆(19)，铰接杆(19)远离固定框(15)的一端固定连接有弧形夹块(20)，铰接杆(19)的另一端转动连接有滚轮(21)，并且滚轮(21)分别与固定框(15)对应的外端面相贴合，每个滚轮(21)的中心处沿其轴向向外延伸形成有连接轴(22)，位于同一竖直方向上的两个连接轴(22)之间连接有弹簧(23)，固定框(15)的上下两个端面上靠近背板(17)一侧的末端处均形成有与滚轮(21)相配合的梯形限位台(24)，梯形限位台(24)朝向滚轮(21)的一侧呈倾斜结构。

4.根据权利要求1所述的一种镍基高温紧固螺栓的晶粒度无损检测装置，其特征在于，超声探头(5)包括底部具有弧形耦合面的声楔块(51)，声楔块(51)的顶部形成有供超声仪器发射的超声波进入的声射换能面和供超声波返回超声仪器的声接受换能面，声射换能面上安装有声射换能器(52)，声接受换能面上安装有声接受换能器(53)。

5.根据权利要求4所述的一种镍基高温紧固螺栓的晶粒度无损检测装置，其特征在于，底板(1)的一侧沿竖直方向固定有支撑板(2)，支撑板(2)的顶部沿水平方向连接有顶板(3)，顶板(3)的下端面对应高温紧固螺栓的夹持工位安装有电动伸缩杆(4)，电动伸缩杆(4)的活动端与超声探头(5)的顶部中心处固定相连。

6.根据权利要求5所述的一种镍基高温紧固螺栓的晶粒度无损检测装置，其特征在于，顶板(3)的下端面一侧边缘处固定安装有电机(12)，顶板(3)的下端面另一侧的边缘处固定有固定块(13)，电机(12)的输出端驱动连接有螺纹杆(14)，螺纹杆(14)的末端与固定块(13)转动连接，电动伸缩杆(4)的固定端螺纹套接于螺纹杆(14)上。

7.一种镍基高温紧固螺栓的晶粒度无损检测方法，采用如权利要求1-6任一所述的一种镍基高温紧固螺栓的晶粒度无损检测装置，其特征在于，方法如下：

步骤一、绘制声时-晶粒度曲线；

步骤二、通过定位夹持机构(11)将待检测的高温紧固螺栓固定牢靠；

步骤三、超声探头(5)向下移动耦合于待检测的高温紧固螺栓上，记录超声仪器显示的检测声时；

步骤四、设置零声时，计算出被检测的高温紧固螺栓的声时差；

步骤五、对照步骤一中绘制的声时-晶粒度曲线，找出被检测的高温紧固螺栓相应的晶粒度级别；

步骤六、判定被检测的高温紧固螺栓是否合格，若被检测的高温紧固螺栓的晶粒度级别满足晶粒度要求，则被检测的高温紧固螺栓合格，若被检高温紧固螺栓的晶粒度级别不满足晶粒度要求，则被检测的高温紧固螺栓合格。

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