CN117783297A - 一种利用超声波检测仪检测金属表面微裂纹的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无损检测技术领域，特别是一种利用超声波检测仪检测金属表面微裂纹的方法，设计专门的可与常规超声波检测仪匹配连接的新型电磁检测探头，新型电磁检测探头中的检测组件包括第一电容、第二电容、检测线圈和电阻，其中，第二电容与检测线圈并联连接、并串联于第一电容的第二端和电阻的第一端之间；检测线圈制作成扁平蚊香形状并设置在探头壳体的下端面上，检测时先进行标定试块的检测获取标准信号图，再进行待检金属表面的检测，对比超声波检测仪上显示的A‑扫描信号图中波形的差异，判断是否存在表面不连续。本发明采用超声波检测仪器加电磁检测探头实现了金属表面微小裂纹的检测，推动超声波检测技术创新应用。
Description
技术领域
本发明涉及无损检测技术领域，尤其涉及一种利用超声波检测仪检测金属表面微裂纹的方法。
背景技术
众所周知，常规超声波检测仪在现代工业中大量用于结构件的质量检测，由于采用耦合剂将激励声波信号导入被检材料中，利用其在遇到阻碍时的反射、折射、透射作用，拾取时域图，从而获取检测对象的厚度、裂纹，不连续性等信息，借以评估被检工件质量，然而，当金属材料表面有裂纹时，例如1mm，甚至更浅的缺陷，常规超声波检测仪是无法检出的。综上所述，超声法主要检测埋藏在材料内部数十乃至数百毫米深的内部缺陷，而无法检测表面微小裂纹等，但金属表面微小裂纹缺陷又是一项重要的必检的工作，基于此，本发明在现有技术的基础上进行改进，研究一种利用超声波检测仪检测金属表面微裂纹的方法。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种利用超声波检测仪检测金属表面微裂纹的方法，本发明是这样实现的：
一种利用超声波检测仪检测金属表面微裂纹的方法，包括以下步骤：
步骤1：设计可与超声波检测仪匹配连接的新型电磁检测探头；
所述新型电磁检测探头的结构包括：探头壳体以及设置于该探头壳体内的检测组件、输出电缆线、电缆插头；
所述检测组件的结构包括：第一电容、第二电容、检测线圈和电阻，其中，第二电容与检测线圈并联连接、并串联于第一电容的第二端和电阻的第一端之间；
所述检测线圈制作成扁平蚊香形状并设置于探头壳体的下端面上；
所述输出电缆线的一端与检测组件连接、另一端与电缆插头连接；
步骤2：金属表面微裂纹检测；
将步骤1中的新型电磁检测探头与超声波检测仪进行连接，并进行检测参数设置，然后将新型电磁检测探头直接放置于标准工件表面进行移动扫查检测，超声波检测仪获取标准工件表面无不连续性时的A扫描信号图作为标准信号图，然后将新型电磁检测探头直接放置于被检工件表面进行移动扫查检测；
所述标准工件采用与被检工件材质相同或相近的材料制作，且其表面无不连续性(包括微裂纹)；
步骤3：金属表面微裂纹判定；
超声波检测仪获取被检工件表面检测的A扫描信号图，并将A扫描信号图与步骤2中的标准信号图进行比对，当被检工件表面存在微裂纹时，A扫描信号图将明显有异于标准信号图，如此便可对被检工件表面是否存在微裂纹进行判定。
作为进一步改进的，所述步骤2中调整检测参数，然后先对标准工件进行检测获取标准信号图的步骤中，包括多次调整检测参数，通过标准工件进行参数验证，获取单组或多组标准检测参数，在标准检测参数设置下获取标准信号图，所述参数设置包括频率、增益、速度和闸门宽度。
作为进一步改进的，所述步骤3中，在信号对比判定前还包括信号处理，将超声检测仪获取的被检工件表面检测的A-扫描信号图与步骤2中的标准信号图进行波形相减，得到信号判别曲线；当被检工件表面未存在微裂纹时，则波形相减后的信号判别曲线呈水平直线状，当被检工件表面存在微裂纹时，则波形相减后的信号判别曲线具有相应的尖峰波形段。
作为进一步改进的，在步骤3中，在信号判别曲线图中设置有信号预警线，当所述尖峰信号超过所述信号预警线时，所述超声波检测仪发出预警提示。
与现有的相比，本申请可以获得包括以下技术效果：
本发明利用常规超声波检测仪的硬件能力，设计专门的可与超声波检测仪匹配连接的新型电磁检测探头，使常规超声检测仪具备检出金属表面微小裂纹的能力，且无需使用耦合剂，即可评估检测对象的表面不连续性。本发明与常规超声检测手段背道而驰，通过采用超声波检测仪器+电磁检测探头实现了金属表面微小裂纹的检测，解决了常规超声检测仪器仅能检测内部缺陷而无法检测表面微小裂纹缺陷的技术难题，推动超声波检测技术创新应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明例或现有技术中的技术方案或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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为超声波检测仪与新型电磁检测探头连接的结构示意图。
图2为本发明在被检工件上检测的使用示意图。
图3为本发明中扁平蚊香形状的检测线圈的结构示意图。
图4为本发明的检测组件的连接结构示意图。
图中：
10-超声波检测仪；
20-新型电磁检测探头，21-探头壳体，22-检测组件，221-第一电容，222-第二电容，223-检测线圈，224-电阻，23-输出电缆线，24-电缆插头；40-被检工件。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式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方式。
在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”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该特征。
超声波是一种机械波，具有良好的指向性、界面性、吸收和衰减特性，多普勒效应以及较好的穿透力和分辨率，因此在各个领域的检测中均得到了广泛的运用，特别是在工业领域的无损检测中，超声波仪的使用覆盖率高于其他无损检测设备，由于超声检测特性，传统的压电超声检测方法因其必须在被测试件表面涂抹纯净均匀的耦合剂、压电探头存在检测盲区等问题，使对金属板的缺陷检测可靠性降低，无法有效地检测出板材的缺陷。特别是，常规的超声波检测仪无法实现对金属表面微小裂纹缺陷的检出，但金属表面微小缺陷又是一项重要的必检的工作，目前仅能通过使用专用的仪器和配套的探头进行该项工作的检测，如此一来，就必须配备多种检测设备，该类检测设备的造价通常较为昂贵，对于一些有检测需求的单位就会造成设备成本增加。
本发明利用常规超声波检测仪的硬件能力，设计新型的检测传感器，与常规超声波仪器连接，无需改变仪器，也无需使用耦合剂，通过观察A-扫描图波形的变化，即可识别、评估金属表面的微裂纹。具体的步骤为：
步骤1：设计可与超声波检测仪10匹配连接的新型电磁检测探头20；
所述新型电磁检测探头20的结构包括：探头壳体21以及设置于该探头壳体内的检测组件22、输出电缆线23、电缆插头24；
其中，所述检测组件22的结构包括：第一电容221、第二电容222、检测线圈223和电阻224，其中，第二电容221与检测线圈223并联连接、并串联于第一电容221的第二端和电阻224的第一端之间。
采用第二电容222与检测线圈223并联的结构形成谐振电路，通过较低频率的方波电信号激励检测线圈，当外部激励的频率等于谐振电路的谐振频率时，检测线圈将发生高频振动，形成超声波波源进行检测，模拟传统超声检测探头中的压电晶片结构。此外，由于所述检测线圈223制作成扁平蚊香形状并设置于探头壳体21的下端面上，扁平蚊香形状可以与检测面更好的贴合，导致检测线圈受激励后电流集中在导体外表的薄层，诱导超声波波源在工件表面检测，进而使新型电磁检测探头结合常规超声监测仪能够检出金属表面微小裂纹。谐振电路的两端从左到右依次串联有第一电容221和电阻224，所述电阻为限流电阻，第一电容221和电阻224具有对电路及其电路元器件的保护作用。新型电磁检测探头接收回波信号并将声波信号转换为电信号，通过输出电缆线传输到超声波检测仪中。
所述输出电缆线23的一端与检测组件22连接、另一端与电缆插头24连接，形成完整的检测回路。
所述超声波检测仪为A型超声波检测仪或包含A型检测功能的超声波检测仪，所述超声波检测仪设置有峰值检波器和选通闸门，通过所述峰值检波器将所述选通闸门内的超声波回波信号进行峰值数字化采集，通过调节所述选通闸门参数实现更加精准的超声波回波显示。本实施例中，在常规超声波检测仪的软件端可以改进闸门宽度，对回波锁定范围进行调整，通过对回波进行处理和计算，实时显示锁定回波内的参数，更加精准的定位，便于检测人员判别，防止漏检或误检。
步骤2：金属表面微裂纹检测；
将步骤1中的新型电磁检测探头20与超声波检测仪10进行连接，并进行检测参数设置，然后将新型电磁检测探头直接放置于标准工件30表面进行移动扫查检测，超声波检测仪10获取标准工件30表面无不连续性时的A扫描信号图作为标准信号图，然后将新型电磁检测探头20直接放置于被检工件40(带有不连续性缺陷)表面进行移动扫查检测；
所述标准工件采用与被检工件材质相同或相近的材料制作，且其表面无不连续性(包括微裂纹)；
通过设计标准工件，采用本发明新设计的新型电磁检测探头20和常规的超声波检测仪10进行连接，在标准工件上可以先进行模拟检测，进行检测参数的调节测试，得到较佳的检测参数设定，对检测参数进行固定，检测参数的组别可以为单组也可以为多组。通过最终选定的检测参数对标准工件进行检测并获取、保存其A-扫描信号图作为标准信号图，作为标定对照的信号图。设计标定对照模拟检测，可以规避掉一些检测过程中可能出现的问题，提高检测的效率，标定的内容都是通过反复验证得出的，信号的置信度较高，检测方法的可靠性较强。
步骤3：金属表面微裂纹判定；
超声波检测仪获取被检工件表面检测的A扫描信号图，并将A扫描信号图与步骤2中的标准信号图进行比对，当被检工件表面存在微裂纹时，A扫描信号图将明显有异于标准信号图，如此便可对被检工件表面是否存在微裂纹进行判定。
如采用传统的超声检测传感器对金属表面进行检测，由于其原理特性，无法检测出表面裂纹，因此，对于金属表面的微裂纹其测出的A-扫描图无明显波动，检测人员无法进行缺陷判断。而采用本发明设计的新型检测传感器对金属表面进行检测，呈现出的波形会产生抖动变化，当裂纹越大，其幅度变化及波形变化越大。
本发明的检测方法利用常规的超声波检测仪的硬件条件，无需改变仪器，仅通过设计专门的可与超声波检测仪匹配连接的新型电磁检测探头，便可实现使超声波检测仪具备检出金属表面裂纹的能力，对于同时具有内部缺陷和表面缺陷检测需求的一些应用场合，使得超声波检测仪具有一机多用的功能，极大的节约了检测成本。且也无需使用耦合剂，操作更加简单便捷。
作为进一步改进的，所述步骤3中，在信号对比判定前还包括信号处理，将超声检测仪获取的被检工件表面检测的A-扫描信号图与步骤2中的标准信号图进行波形相减，得到信号判别曲线；当被检工件表面未存在微裂纹时，则波形相减后的信号判别曲线呈水平直线状，当被检工件表面存在微裂纹时，则波形相减后的信号判别曲线具有相应的尖峰波形段。通过对检测信号图的处理，依据波形处理方式的特点，制定判别标准，对处理后的信号判别曲线进行分析解读，判别金属表面的特性。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，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)
1.一种利用超声波检测仪检测金属表面微裂纹的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：设计可与超声波检测仪匹配连接的新型电磁检测探头；
所述新型电磁检测探头的结构包括：探头壳体以及设置于该探头壳体内的检测组件、输出电缆线、电缆插头；
所述检测组件的结构包括：第一电容、第二电容、检测线圈和电阻，其中，第二电容与检测线圈并联连接、并串联于第一电容的第二端和电阻的第一端之间；
所述检测线圈制作成扁平蚊香形状并设置于探头壳体的下端面上；
所述输出电缆线的一端与检测组件连接、另一端与电缆插头连接；
步骤2：金属表面微裂纹检测；
将步骤1中的新型电磁检测探头与超声波检测仪进行连接，并进行检测参数设置，然后将新型电磁检测探头直接放置于标准工件表面进行移动扫查检测，超声波检测仪获取标准工件表面无不连续性时的A扫描信号图作为标准信号图，然后将新型电磁检测探头直接放置于被检工件表面进行移动扫查检测；
所述标准工件采用与被检工件材质相同或相近的材料制作，且其表面无不连续性(包括微裂纹)；
步骤3：金属表面微裂纹判定；
超声波检测仪获取被检工件表面检测的A扫描信号图，并将A扫描信号图与步骤2中的标准信号图进行比对，当被检工件表面存在微裂纹时，A扫描信号图将明显有异于标准信号图，如此便可对被检工件表面是否存在微裂纹进行判定。
2.根据权利要求1所述的一种利用超声波检测仪检测金属表面微裂纹的方法，其特征在于，所述步骤2中调整检测参数，包括通过多次调整检测参数，通过标准工件进行参数验证，获取单组或多组标准检测参数，在标准检测参数设置下获取标准信号图；
所述参数设置包括频率、增益、速度和闸门宽度。
3.根据权利要求1所述的一种利用超声波检测仪检测金属表面微裂纹的方法，其特征在于，所述步骤3中，在信号对比判定前还包括信号处理，将超声检测仪获取的被检工件表面检测的A-扫描信号图与步骤2中的标准信号图进行波形相减，得到信号判别曲线；当被检工件表面未存在微裂纹时，则波形相减后的信号判别曲线呈水平直线状，当被检工件表面存在微裂纹时，则波形相减后的信号判别曲线具有相应的尖峰波形段。
4.根据权利要求3所述的一种利用超声波检测仪检测金属表面微裂纹的方法，其特征在于，在步骤3中，在信号判别曲线图中设置有信号预警线，当所述尖峰信号超过所述信号预警线时，所述超声波检测仪发出预警提示。
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