CN116223622A - 一种应用于高温燃气热冲击下声发射检测的夹具装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于声发射无损检测设备技术领域，特别涉及陶瓷材料在进行高温燃气热冲击试验时一种声发射检测夹具装置的安装，包括：支架，即夹具装置通过支架安装在工位上；安装框架，包括竖杆部、横梁部、夹持板、检测试样和蝶形螺母；夹具主体，包括夹持臂和通心圆杆；旋转顶杆，螺纹杆配合弹簧、螺母设置在所述通心圆杆的通孔中，所述螺纹杆一端设置有压头；声发射波导杆，用于将声发射传感器和所述检测试样进行密切连接并传递信号。本发明能够解决陶瓷材料在高温燃气环境下进行声发射检测时，声发射传感器承温能力低、样品表面无法直接焊接或粘牢波导杆等问题，省时省力，提高了声发射传感器和夹具装置之间的可靠性，保证声发射检测数据的有效性。

Description

一种应用于高温燃气热冲击下声发射检测的夹具装置

技术领域

本发明属于声发射无损检测设备技术领域，特别涉及一种应用于高温燃气热冲击下声发射检测的夹具装置。

背景技术

声发射无损检测技术是一种利用材料损伤时内部发出的弹性波来检测损伤情况的动态无损检测技术，可以用来检测陶瓷材料在高温服役模拟过程中内部的损伤情况。通过对陶瓷材料在高温服役模拟过程的实时动态监测能够更进一步理解陶瓷材料的失效机制，评估和预测陶瓷材料的服役寿命。

陶瓷材料在进行高温氧化试验时，由于传统声发射传感器在高于200℃的温度下使用会失效。为了能在高温氧化过程中采集声信号，一般是利用耐高温的波导杆来有效传递声发射信号。已采用波导杆的声发射检测方法有：将传感器放置在橡胶塞中通过耦合剂与波导杆一端耦合连接，然后将波导杆的另一端直接焊接在带陶瓷涂层材料的金属基底背面，或者利用高温陶瓷胶黏附在陶瓷材料背部，以达到试件在高温氧化过程中传感器、波导杆和检测样品之间都能达到紧密接触且不掉落的目的，从而保障信号采集的稳定性和有效性。但是，高温氧化实验与真实服役环境有较大差别。进一步将声发射检测技术应用于陶瓷材料的高温燃气热冲击时，能检测分析到更贴近实际高温服役环境下陶瓷材料的失效过程。现有技术有：将带陶瓷涂层的高温合金基底部分和声发射传感器都安装固定在特定的隔热单元中或焊接波导杆在合金基底上，可实现了高温热冲击下声信号的采集；将传感器通过耦合剂与波导杆一端耦合连接，为使波导杆另一端和被测试件表面在高温燃气热冲击环境下耦合保持较好，波导杆在用高温陶瓷胶粘贴后需要人工按压固定直到胶粘剂部分凝固，再放入干燥箱中干燥24h确保达到最好的粘附效果。但是运用隔热单元和焊接波导杆都只适用涂覆在高温合金基底上的陶瓷涂层材料，不能完全反应陶瓷材料的失效机制，而采用波导杆直接使用高温陶瓷胶固定则凝固时间较长(超过30min)，费时又费力，而且人工按压固定效果不理想，波导杆粘贴质量不高，可能会在高温燃气热冲击过程中发生脱粘和剥落，导致声发射检测失败。

发明内容

为了解决上述技术问题至少之一，本发明提供了一种应用于高温燃气热冲击下声发射检测的夹具装置，本发明采用了耐高温的波导杆，将声发射传感器和带波导杆的夹具装置进行耦合连接以传递声发射信号，夹具装置各部分之间密切接触，在确保稳定接触的同时，消除了夹具装置潜在的信号干扰影响，充分保障了信号采集的有效性和稳定性。较已有技术，更省时省力，可靠性更高且不需要做成陶瓷涂层。本发明为陶瓷材料直接在高温燃气热冲击过程中进行声发射信号检测提供了一种可行的手段。

本发明的技术要点如下：

公开了一种应用于高温燃气热冲击下声发射检测的夹具装置，包括：

支架，所述支架用于特定设备工位上整个夹具装置的安装，底部带有螺纹与设备进行固定连接，通过顶部圆杆与安装框架稳定连接；

安装框架，所述安装框架包括至少两个相互平行的竖杆部和横梁部，所述横梁部上、下沿平行所述竖杆部方向开设有通孔，在下侧横梁部位于底部横向中点处开有通孔，且另在一侧面开设有带螺纹通孔，通过螺钉与支架固定连接，检测试样通过上、下两块夹持板稳定固定在竖杆部和横梁部之间的空间中心位置，竖杆部和横梁部通过蝶形螺母固定连接；

夹具主体，包括夹持臂和通心圆杆，夹持臂分为上端嵌入式爪和左右两端钩状连接爪，通过焊接方式将其与通心圆杆连接，通心圆杆两端开有不同直径的口径；

旋转顶杆，通过三颗螺母和弹簧可拆卸地固定连接在所述夹具主体的通心圆杆内部，所述旋转顶杆由两部分不同直径的螺纹杆组成，其一端设置有用于按压声发射波导杆的压头。

声发射波导杆，用于连接检测试样和声发射传感器并传输声发射信号。

进一步地，所述支架通过顶部圆杆、带螺纹通孔和螺钉与安装框架连接，将螺钉拧紧保证紧密配合，同时，声发射波导杆与声发射传感器、旋转顶杆、夹具主体和安装框架之间相互紧密配合，消除了夹具装置在高温燃气热冲击下的信号干扰隐患，保障了声发射信号采集的稳定性和有效性。

以上所述的应用于高温燃气热冲击下声发射检测的夹具装置，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据被检测件的属性和实际检测环境选择相应的夹持板，并将检测试样和夹持板一起安装到竖杆部和横梁部之间的空间内，拧上和旋紧四个蝶形螺母，完成安装框架的组装，再将安装框架整体安装在测试设备的支架上；

2)先将夹具主体和旋转顶杆通过前面的夹持臂安装在安装框架上，再利用旋转顶杆的压头将声发射波导杆的接触头与被检测试样表面进行接触；

3)调整好夹具主体和旋转顶杆的位置，确保压头施加的按压力垂直均匀施加到声发射波导杆的接触头处，最后将其固定到被检测试样表面；

4)通过旋转调节控制旋转顶杆中弹簧力度的螺母和另外两个控制其位置的螺母，将施加在接触头与被检测试样表面的按压力调整到适当大小，确保试验过程中的连接稳定性和声发射数据有效；

5)在圆台状橡胶塞衔接部的内部涂抹上部分黄油等耦合剂，再将声发射波导杆从衔接部开孔较小的一端穿过，并与声发射传感器进行缠绕连接，最后涂抹上少量黄油等耦合剂并通过另一端的凹槽嵌入衔接部内部进行耦合连接，保证检测声发射信号的稳定和有效性。

进一步地，基于以上所述的夹具装置，其特征在于，安装框架上竖杆部和横梁部的数量为两个，且所述竖杆部为两端带螺纹的矩形柱杆，不带螺纹部分一侧都开设有凹槽，带螺纹部分直径小些，与所述横梁部上的通孔嵌合，通过四个蝶形螺母将上下两部分紧密连接。

进一步地，所述竖杆部总长度要大于两个横梁部和两块夹持板的高度总和，夹持板包括上下两块且开有半圆孔，直径与检测试样接近，安装框架和检测试样通过夹持臂和旋转顶杆的螺纹杆与夹具主体可拆卸稳定连接；其中所述旋转顶杆包括两段直径不同的螺纹杆、螺母和弹簧，弹簧套在旋转顶杆一端直径小的螺纹杆上，且通过螺母固定和调节。

进一步地，所述声发射波导杆包括杆主体部分和两端相互连接的衔接部和接触头，所述衔接部用于与声发射传感器连接，所述接触头通过压头用于与所述被检测试样固定接触；其中所述衔接部为圆台状橡胶塞，内部开有孔用于连接声发射波导杆，在直径大的一端设置与声发射传感器相适配的凹槽，以保证声发射信号传递的稳定性。

进一步地，所述试样材质包括陶瓷及其复合材料。

本发明至少存在以下有益技术效果：

与现有技术相比，本发明提供的应用于高温燃气热冲击下声发射检测的夹具装置，能够创新性的解决了无法焊接波导杆的陶瓷材料在高温燃气热冲击环境下有效采集声发射信号的问题。通过螺纹顶杆和弹簧的配合，将波导杆紧密连接于试件表面，能够应用于陶瓷材料直接在高温燃气热冲击下进行声发射信号的检测，替换原有采用高温陶瓷胶粘附的连接固定方式，省时省力且提高了声发射传感器夹具装置的可靠性，保证声发射检测过程中信号数据的有效和可靠性。

附图说明

为了更加清楚地说明本发明实施示例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简明的阐述，明显可以看出，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域相关技术人员，在本发明揭露的技术范围内，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明声发射夹具装置的安装框架示意图；

图2是本发明声发射夹具装置的夹具主体示意图；

图3是本发明声发射夹具装置的旋转顶杆和弹簧配合示意图；

图4是本发明声发射夹具装置的结构示意图；

图5是本发明声发射夹具装置的主视图；

图6是本发明声发射夹具装置的侧视图；

图7是本发明声发射夹具装置的俯视图；

图8是本发明声发射夹具装置的使用状态示意图；

图9是本发明声发射夹具装置的衔接部结构放大示意图；

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和附图，对本发明实施例中的技术方案作进一步详细的描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，可能涉及到的术语“中心”、“纵向”、“横向”、“竖直”、“顶”、“底”、“水平”、“上”、“下”、“左”、“右”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部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。

下面结合附图1-图9对本发明的声发射检测夹具装置做进一步详细说明。

本发明公开了一种应用于高温燃气热冲击下声发射检测的夹具装置，目的是对被检对象在高温燃气热冲击下采用波导杆进行声发射检测时进行夹具装置的安装和辅助固定，同时保证声发射检测数据的有效性。其中，声发射夹具装置可以包括支架(1)、安装框架(2)、夹具主体(3)、旋转顶杆(4)以及声发射波导杆(5)。

如图1中所示的底部支架(1)为带螺纹通心圆杆，用于特定设备工位上整个夹具装置的安装，底部带有螺纹与设备进行固定连接，通过顶部圆杆(1-1)与安装框架(2)固定连接。

安装框架(2)，如图1中所示支架顶部连接部分，包括至少两个相互平行的竖杆部(2-1)和横梁部(2-2)，横梁部(2-2)上、下沿平行竖杆部(2-1)方向开设有通孔，左右竖杆部(2-1)在内侧均开设有凹槽，且下侧横梁部(2-2)的横向中点处开有通孔，一侧开设有带螺纹通孔，通过螺丝(2-3)与支架(1)固定连接，检测试样(2-4)通过上、下两块夹持板(2-5)固定在竖杆部(2-1)凹槽和横梁部(2-2)之间的空间中心位置，左右竖杆部(2-1)和上下横梁部(2-2)通过蝶形螺母(2-6)经螺纹拧紧固定连接。

需要说明的是，安装框架(2)中可以根据检测试样(2-4)的不同，将两块夹持板(2-5)设置成多种适合的形状，可以采用不同金属、陶瓷或高温合金，固定方式可以是通过左右竖杆部(2-1)内侧的开设的凹槽进行切合或焊接、粘接等；本实施例中，分别优选两个相互平行的竖杆部(2-1)和横梁部(2-2)以保证框架的稳定性。

夹具主体(3)的夹持臂(3-1)分为上端嵌入式爪(3-2)和左右两端钩状连接爪(3-3)，如图2所示，通过焊接方式与通心圆杆(3-4)连接，通心圆杆(3-4)两端开有不同直径的口径以连接旋转顶杆(4)。

旋转顶杆(4)，如图3所示，通过三颗螺母((4-1)、(4-2)、(4-3))和弹簧(4-4)可拆卸地固定连接在夹具主体(3)的通心圆杆(3-4)内部，所述旋转顶杆(4)由两部分不同直径的螺纹杆组成，其一端设置有用于按压声发射波导杆(5)的压头(4-5)。

另外，根据需要，旋转顶杆(4)可以设置成适合的长度，压头(4-5)也可以设置成多种形状结构，本实施例中，优选旋转顶杆(4)包括螺纹杆以及位于螺纹杆顶端的圆台型压头，其中，操作者可以通过调节三颗螺母的位置，或者旋转旋转顶杆(4)实现对声发射波导杆(5)的接触头(5-2)和检测试样(2-4)施加按压力，以达到密切耦合的固定和连接作用。

声发射波导杆(5)包括了主体部分的波导杆丝以及两端起相互连接作用的衔接部(5-1)和接触头(5-2)，如图4-图8中所示，衔接部(5-1)用于与声发射传感器(6)密切连接，声发射波导杆的接触头(5-2)通过压头(4-5)用于与所述检测试样(2-4)固定接触；如图9所示，其中衔接部(5-1)为圆台状橡胶塞，直径较小的一端开有孔用于连接声发射波导杆(5)，在直径较大的一端设置有与声发射传感器(6)相适配的凹槽，两者在内部利用黄油等耦合剂外加缠绕的方式进行耦合密切连接。

综上，本发明的声发射检测夹具装置，能够解决在背面无法直接埋填和焊接波导杆的陶瓷材料等试样在高温燃气下进行检测时，采用高温胶会出现高温胶脱落和需要按压与固定等问题，进而达到了省时省力的作用，并且提高了声发射传感器和夹具的可靠性，保证声发射检测数据的有效性。

进一步地，本发明的声发射检测夹具装置具体使用步骤如下：

1)根据被检测件的属性和实际检测环境选择相应的夹持板(2-5)，并将检测试样和夹持板一起安装到竖杆部(2-1)和横梁部(2-2)之间的空间内，拧上和旋紧四个蝶形螺母(2-6)，完成安装框架(2)的组装，再将安装框架(2)整体安装在测试设备的支架(1)上；

2)先将夹具主体(3)和旋转顶杆(4)通过前面的夹持臂(3-1)安装在安装框架(2)上，再利用旋转顶杆(4)的压头(4-5)将声发射波导杆(5)的接触头(5-2)与检测试样(2-4)表面进行接触；

3)调整好夹具主体(3)和旋转顶杆(4)的位置，确保压头(4-5)施加的按压力垂直均匀施加到声发射波导杆(5)的接触头(5-2)处，最后将其固定到检测试样(2-4)表面；

4)通过旋转调节控制旋转顶杆(4)中弹簧(4-4)力度的螺母(4-2)和另外两个控制其位置的螺母(4-1、4-3)，将施加在接触头(5-2)与检测试样(2-4)表面的按压力调整到适当大小，确保试验过程中的连接稳定性和声发射数据有效；

5)在圆台状橡胶塞衔接部(5-1)的内部涂抹上部分黄油等耦合剂，再将声发射波导杆(5)从衔接部(5-1)开孔较小的一端穿过，并与声发射传感器(6)进行缠绕连接，最后涂抹上少量黄油等耦合剂并通过另一端的凹槽嵌入衔接部(5-1)内部进行耦合连接，保证检测声发射信号的稳定和有效性。

进一步地，夹具主体(3)和声发射波导杆(5)可以采用多种适合的结构；本实施例中，优选夹具主体(3)包括夹持臂(3-1)和通心圆杆(3-4)，夹持臂(3-1)可分为上端嵌入式爪(3-2)和左右两端钩状连接爪(3-3)，且可以根据不同需求进行改进。

同样地，用于声发射波导杆(5)与检测试样(2-4)固定连接的压头(4-5)和接触头(5-2)，可以根据实验需要(被检测对象的性质和环境条件)设置成多种适合的结构，从而通过切换，将声发射波导杆密切牢固附着在被检测件表面。

进一步地，将图8所示安装调整好的声发射检测夹具装置紧密固定在高温燃气热冲击加载装置的工位上，将声发射传感器的导线连接到相应的声发射检测和分析系统，再开始对检测试样进行高温燃气热冲击加载。在热冲击过程中通过检测试样背面的波导杆稳定传递声发射信号，经声发射传感器对信号接收和转换，通过导线连接的声发射检测和分析系统对采集到的声发射数据做更进一步的分析。

以上所述，仅为本发明的声发射检测夹具装置的具体实施方式，但对本发明的保护范围不构成任何限制，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案都应涵盖在本发明权利保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种应用于高温燃气热冲击下声发射检测的夹具装置，其特征在于，包括：

支架，所述支架用于特定设备工位上整个夹具装置的安装，底部带有螺纹与设备进行固定连接，通过顶部圆杆与安装框架稳定连接；

安装框架，所述安装框架包括至少两个相互平行的竖杆部和横梁部，所述横梁部上、下沿平行所述竖杆部方向开设有通孔，在下侧横梁部位于底部横向中点处开有通孔，且另在一侧面开设有带螺纹通孔，通过螺钉与支架固定连接，检测试样通过上、下两块夹持板稳定固定在竖杆部和横梁部之间的空间中心位置，竖杆部和横梁部通过蝶形螺母固定连接；

夹具主体，包括夹持臂和通心圆杆，夹持臂分为上端嵌入式爪和左右两端钩状连接爪，通过焊接方式将其与通心圆杆连接，通心圆杆两端开有不同直径的口径；

旋转顶杆，通过三颗螺母和弹簧可拆卸地固定连接在所述夹具主体的通心圆杆内部，所述旋转顶杆由两部分不同直径的螺纹杆组成，其一端设置有用于按压声发射波导杆的压头；

声发射波导杆，用于连接检测试样和声发射传感器并传输声发射信号。

2.根据权利要求1所述的应用于高温燃气热冲击下声发射检测的夹具装置，其特征在于，所述支架通过顶部圆杆、带螺纹通孔和螺钉与安装框架连接，将螺钉拧紧保证紧密配合，同时，声发射波导杆与声发射传感器、旋转顶杆、夹具主体和安装框架之间相互紧密配合，消除了夹具装置在高温燃气热冲击下的信号干扰隐患，充分保障了声发射信号采集的稳定性和有效性。

3.根据权利要求1或2任一项所述的应用于高温燃气热冲击下声发射检测的夹具装置，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据被检测件的属性和实际检测环境选择相应的夹持板，并将检测试样和夹持板一起安装到竖杆部和横梁部之间的空间内，拧上和旋紧四个蝶形螺母，完成安装框架的组装，再将安装框架整体安装在测试设备的支架上；

2)先将夹具主体和旋转顶杆通过前面的夹持臂安装在安装框架上，再利用旋转顶杆的压头将声发射波导杆的接触头与被检测试样表面进行接触；

3)调整好夹具主体和旋转顶杆的位置，确保压头施加的按压力垂直均匀施加到声发射波导杆的接触头处，最后将其固定到被检测试样表面；

4)通过旋转调节控制旋转顶杆中弹簧力度的螺母和另外两个控制其位置的螺母，将施加在接触头与被检测试样表面的按压力调整到适当大小，确保试验过程中的连接稳定性和声发射数据有效；

5)在圆台状橡胶塞衔接部的内部涂抹上部分黄油等耦合剂，再将声发射波导杆从衔接部开孔较小的一端穿过，并与声发射传感器进行缠绕连接，最后涂抹上少量黄油等耦合剂并通过另一端的凹槽嵌入衔接部内部进行耦合连接，保证检测声发射信号的稳定和有效性。

4.根据权利要求1-3任一所述的夹具装置，其特征在于，安装框架上竖杆部和横梁部的数量为两个，且所述竖杆部为两端带螺纹的矩形柱杆，不带螺纹部分一侧都开设有凹槽，带螺纹部分直径小些，与所述横梁部上的通孔嵌合，通过四个蝶形螺母将上下两部分紧密连接。

5.根据权利要求1-4所述的夹具装置，其特征在于，所述竖杆部总长度要大于两个横梁部和两块夹持板的高度总和，夹持板包括上下两块且开有半圆孔，直径与检测试样接近，安装框架和检测试样通过夹持臂和旋转顶杆的螺纹杆与夹具主体可拆卸稳定连接；其中所述旋转顶杆包括两段直径不同的螺纹杆、螺母和弹簧，弹簧套在旋转顶杆一端直径小的螺纹杆上，且通过螺母固定和调节。

6.根据权利要求1-5任一项所述的夹具装置，其特征在于，所述声发射波导杆包括杆主体部分和两端相互连接的衔接部和接触头，所述衔接部用于与声发射传感器连接，所述接触头通过压头用于与所述检测试样固定接触；其中所述衔接部为圆台状橡胶塞，内部开有孔用于连接声发射波导杆，在直径大的一端设置与声发射传感器相适配的凹槽，以保证声发射信号传递的稳定性。

7.根据权利要求1-6任一项所述的夹具装置，其特征在于，试样材质包括陶瓷及其复合材料。

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