CN219284533U - 一种多种深度残余应力的检测与调控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种多种深度残余应力的检测与调控装置，包括集成模块；所述集成模块包括壳体、检测机构和调控机构；所述壳体包括外壳体和内壳体；所述检测机构包括超声激励换能器、超声接收器和两个透明楔形块，两个透明楔形块对称地设置在内壳体的两侧；所述超声激励换能器和超声接收器分别设置在两个倾斜安装面上；所述超声激励换能器采用多通道的结构；所述调控机构包括位于超声激励换能器和超声接收器之间的菲涅尔阵超声换能器，该菲涅尔阵超声换能器包括菲涅尔阵晶片和凸透镜；所述菲涅尔阵超声换能器采用多阵元结构。本实用新型不仅能够原地完成检测与调控工作，还能完成多种不同深度的检测与调控工作，有利于提高工作效率。

Description

一种多种深度残余应力的检测与调控装置

技术领域

本实用新型涉及残余应力检测与调控装置，具体涉及一种多种深度残余应力的检测与调控装置。

背景技术

工件在制作过程中，由于受工艺、材料等因素影响，将形成残余应力残余应力会降低结构的力学性能，同时分布不平衡的残余应力还是变形和开裂问题的关键诱因，极大地影响工件的疲劳强度和尺寸精度的稳定性。残余应力的存在使得工件存在安全隐患。

传统的应力检测方法可以分为接触式测量与非接触式测量，包括了盲孔法、环芯法、超声法、中子法和X射线衍射法(XRD)等等，其中盲孔法与环芯法这类接触式的检测方法，在测量的时会对材料造成损伤；XRD与中子法这类非接触式的检测方法，其应力检测仪器笨重，操作耗时且伴随着辐射，容易对人体造成损害。超声应力检测方法与上述方法相比，一方面不会损伤材料，另外一方面也不会对人体造成损害。具有探伤速度快，效率高、灵敏度高、易耗品极少，检查成本低、操作安全，简单轻巧等特点，超声检测广泛地应用于电力、石化、钢结构、压力管道、军工、机械等诸多领域，能够精确、无损伤的对工件内部中的多种缺陷进行测量、定位、评估以及诊断。

目前的残余应力的检测与调控装置，只能检测到超过安全标准的残余应力后，再移开检测装置并使用超声残余应力调控装置去消除应力，这样的应力消除方式存在二次定位不准，无法实时消除残余应力的问题，而且一次只能完成一个深度的检测和调控工作，效率有待提高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述存在的问题，提供一种多种深度残余应力的检测与调控装置，该检测与调控装置不仅可以原地完成检测与调控工作，准确消除残余应力，而且还能完成多种不同深度的检测与调控工作，有利于提高工作效率。

本实用新型的目的通过以下技术方案实现：

一种多种深度残余应力的检测与调控装置，包括滑动轨道以及设置滑动轨道上的集成模块；

所述滑动轨道上设有用于锁定集成模块的相对位置的锁定结构；

所述集成模块包括壳体、检测机构以及调控机构；所述壳体包括外壳体和内壳体；

所述检测机构包括超声激励换能器、超声接收器和两个透明楔形块，两个透明楔形块对称地固定设置在内壳体的两侧，两个透明楔形块上均设有倾斜安装面；所述超声激励换能器和超声接收器分别设置在两个透明楔形块的倾斜安装面上；所述超声激励换能器采用多通道的结构；

所述调控机构包括位于超声激励换能器和超声接收器之间的菲涅尔阵超声换能器，该菲涅尔阵超声换能器包括凸透镜、多个压电陶瓷片和多个菲涅尔阵晶片；所述菲涅尔阵晶片与压电陶瓷片相间设置；所述菲涅尔阵晶片采用多阵元结构，该菲涅尔阵晶片的阵元数为超声激励换能器或超声接收器的通道数的整数倍；所述凸透镜位于菲涅尔阵超声换能器的下方。

上述多种深度残余应力的检测与调控装置的工作原理为：

工作时，将工件水平放置在检测与调控区域中，在工件的上表面涂抹上耦合剂，使透明楔形块下端与工件的上表面接触，并移动外壳体将菲涅尔阵超声换能器定位在需要检测的位置区域中，通过锁定结构将整个集成模块的位置固定，同时使工件上表面与透明楔形块的下端紧密贴合。

通过超声波激励换能器激励的超声波通过透明楔形块(声传播介质)倾斜射入，在工件的近表面某一深度激励出临界折射纵波，穿过另一侧的透明玻璃楔块后，被超声波接受换能器进行接收，以此达到检测工件的某一深度残余应力值的目的。其中，通过切换多通道超声波激励换能器的频率，使超声波在工件的近表面不同深度激励出临界折射纵波，以达到检测不同深度残余应力的目的。

当检测到工件的残余应力值超过某一安全标准时，通过菲涅尔阵超声换能器利用动态聚焦原理，即其声束角度与焦点位置在一定范围内动态可调，对工件的某一轴线上不同深度的残余应力值进行调控，直至此轴线方向上的残余应力值小于某个值(达到安全标准)，停止调控。

移出工件，完成检测与调控；或重复上述过程，对工件的下一处位置进行残余应力的检测与调控。

本实用新型的一个优选方案，其中，所述锁定结构设有两组且分别位于集成模块的两侧，该锁定结构包括移动座和锁紧螺栓，所述移动座通过直线滑动结构设置在滑动轨道上；所述锁紧螺栓穿过所述移动座锁紧在滑动轨道上。通过上述结构，可以将集成模块限位在指定的位置，从而准确完成检测和调控的工作。

本实用新型的一个优选方案，其中，所述内壳体上设有用于安装所述菲涅尔阵超声换能器的安装孔。

本实用新型的一个优选方案，其中，所述内壳体的两个侧面设有用于安装所述超声激励换能器和超声接收器的安装槽。

进一步，所述安装槽的内壁设有用于避让超声波从超声激励换能器射向工件或者超声波从工件射向超声接收器的避让孔，该避让孔与内壳体的内腔连通。

本实用新型的一个优选方案，其中，所述超声激励换能器采用四通道的结构，这样，通过切换不同的频率，以达到检测不同深度应力的目的，超声激励换能器超声波频率相比于调控探头更高，一般是2.5-15MHz(如：四个通道对应四个不同的频率)。

本实用新型的一个优选方案，其中，所述菲涅尔阵晶片采用八阵元结构，菲涅尔阵超声换能器的频率一般在20kHz左右，一般采用八阵元或十六阵元(四通道的四倍阵元)的菲涅尔阵晶片，这样才可以调整到调控到到四个不同深度残余应力的位置。

本实用新型的一个优选方案，其中，所述透明楔形块的下端与待检测的工件的上表面之间涂抹有耦合剂，这样可以减少高能声束进入金属内部残余应力处的损耗。

本实用新型的一个优选方案，其中，所述透明楔形块的顶面设有波浪形的凹凸结构，可以减少边界反射。

本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本实用新型的检测与调控装置集成了检测与调控两大模块，解决了单一的检测装置在检测到某一位置有残余应力时，移开此检测装置换用调控装置过程中，存在的二次定位误差导致调控的位置并非此前检测时的位置的问题。

2、通过切换多通道超声波激励换能器的频率，使超声波在工件的近表面不同深度激励出临界折射纵波，以达到检测不同深度残余应力的目的，有利于提高工作效率。

3、采用滑动轨道，可以检测与调控平面上一直线区域的工件的残余应力值，与传统的装置相比，更适用于做一些检测与调控某一直线区域残余应力值的实验。

附图说明

图1为本实用新型的多种深度残余应力的检测与调控装置的立体结构示意图。

图2为本实用新型的多种深度残余应力的检测与调控装置的立体爆炸结构示意图。

图3为本实用新型的多种深度残余应力的检测与调控装置的剖视图，菲涅尔阵超声换能器未剖视。

图4为本实用新型的内壳体的剖视图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员很好地理解本实用新型的技术方案，下面结合实施例和附图对本实用新型作进一步描述，但本实用新型的实施方式不仅限于此。

参见图1-3，本实施例的多种深度残余应力的检测与调控装置，包括滑动轨道1以及设置滑动轨道1上的集成模块。

所述滑动轨道1上设有用于锁定集成模块的相对位置的锁定结构，所述锁定结构设有两组且分别位于集成模块的两侧，该锁定结构包括移动座2和锁紧螺栓3，所述移动座2通过直线滑动结构设置在滑动轨道1上；所述锁紧螺栓3穿过所述移动座2锁紧在滑动轨道1上。通过上述结构，可以将集成模块限位在指定的位置，从而准确完成检测和调控的工作。

参见图1-3，所述集成模块包括壳体、检测机构以及调控机构；所述壳体包括外壳体4和内壳体5；所述检测机构包括超声激励换能器6、超声接收器7和两个有机玻璃的透明楔形块8，两个透明楔形块8对称地固定设置在内壳体5的两侧，两个透明楔形块8上均设有倾斜安装面；所述超声激励换能器6和超声接收器7分别设置在两个透明楔形块8的倾斜安装面上；所述超声激励换能器6采用多通道的结构。具体地，所述超声激励换能器包括电气设配器、阻尼块、压电晶片与匹配层。

参见图1-3，所述调控机构包括位于超声激励换能器6和超声接收器7之间的菲涅尔阵超声换能器9，该菲涅尔阵超声换能器9包括多个菲涅尔阵晶片9-1、多个压电陶瓷片9-2和凸透镜9-3；所述菲涅尔阵晶片9-1与压电陶瓷片9-2相间设置；所述菲涅尔阵晶片9-1采用多阵元结构，该菲涅尔阵晶片9-1的阵元数为超声激励换能器6或超声接收器7的通道数的整数倍；所述凸透镜9-3位于菲涅尔阵超声换能器9的下方。

具体地，所述超声激励换能器6采用四通道的结构，这样，通过切换不同的频率，以达到检测不同深度应力的目的，超声激励换能器6超声波频率相比于调控探头2-2更高，一般是2.5-15MHz(如：四个通道对应四个不同的频率)。

具体地，所述菲涅尔阵晶片9-1采用八阵元结构，菲涅尔阵超声换能器9的频率一般在20kHz左右，一般采用八阵元或十六阵元(四通道的四倍阵元)的菲涅尔阵晶片9-1，这样才可以调整到调控到到四个不同深度残余应力的位置。

参见图4，所述内壳体5上设有用于安装所述菲涅尔阵超声换能器9的安装孔5-1；所述内壳体5的两个侧面设有用于安装所述超声激励换能器6和超声接收器7的安装槽5-2。

进一步，所述安装槽5-2的内壁设有用于避让超声波从超声激励换能器6射向工件或者超声波从工件射向超声接收器7的避让孔5-3，该避让孔5-3与内壳体5的内腔连通。

参见图2，所述透明楔形块的顶面设有波浪形的凹凸结构，可以减少边界反射。

在工作时，所述透明楔形块8的下端与待检测的工件的上表面之间涂抹有耦合剂，这样可以减少高能声束进入金属内部残余应力处的损耗。

参见图1-3，本实施例的多种深度残余应力的检测与调控装置的工作原理为：

工作时，将工件水平放置在检测与调控区域中，在工件的上表面涂抹上耦合剂，使透明楔形块8下端与工件的上表面接触，并移动外壳体4将菲涅尔阵超声换能器9定位在需要检测的位置区域中，通过锁定结构将整个集成模块的位置固定，同时使工件上表面与透明楔形块8的下端紧密贴合。

通过超声波激励换能器激励的超声波通过透明楔形块8(声传播介质)倾斜射入，在工件的近表面某一深度激励出临界折射纵波，穿过另一侧的透明玻璃楔块后，被超声波接受换能器进行接收，以此达到检测工件的某一深度残余应力值的目的。其中，通过切换多通道超声波激励换能器的频率，使超声波在工件的近表面不同深度激励出临界折射纵波，以达到检测不同深度残余应力的目的。

当检测到工件的残余应力值超过某一安全标准时，通过菲涅尔阵超声换能器利用动态聚焦原理，即其声束角度与焦点位置在一定范围内动态可调，对工件的某一轴线上不同深度的残余应力值进行调控，直至此轴线方向上的残余应力值小于某个值(达到安全标准)，停止调控。

移出工件，完成检测与调控；或重复上述过程，对工件的下一处位置进行残余应力的检测与调控。

上述为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多种深度残余应力的检测与调控装置，其特征在于，包括滑动轨道以及设置滑动轨道上的集成模块；

所述滑动轨道上设有用于锁定集成模块的相对位置的锁定结构；

所述集成模块包括壳体、检测机构以及调控机构；所述壳体包括外壳体和内壳体；

所述检测机构包括超声激励换能器、超声接收器和两个透明楔形块，两个透明楔形块对称地固定设置在内壳体的两侧，两个透明楔形块上均设有倾斜安装面；所述超声激励换能器和超声接收器分别设置在两个透明楔形块的倾斜安装面上；所述超声激励换能器采用多通道的结构；

所述调控机构包括位于超声激励换能器和超声接收器之间的菲涅尔阵超声换能器，该菲涅尔阵超声换能器包括凸透镜、多个压电陶瓷片和多个菲涅尔阵晶片；所述菲涅尔阵晶片与压电陶瓷片相间设置；所述菲涅尔阵晶片采用多阵元结构，该菲涅尔阵晶片的阵元数为超声激励换能器或超声接收器的通道数的整数倍；所述凸透镜位于菲涅尔阵超声换能器的下方。

2.根据权利要求1所述的多种深度残余应力的检测与调控装置，其特征在于，所述锁定结构设有两组且分别位于集成模块的两侧，该锁定结构包括移动座和锁紧螺栓，所述移动座通过直线滑动结构设置在滑动轨道上；所述锁紧螺栓穿过所述移动座锁紧在滑动轨道上。

3.根据权利要求1所述的多种深度残余应力的检测与调控装置，其特征在于，所述内壳体上设有用于安装所述菲涅尔阵超声换能器的安装孔。

4.根据权利要求1所述的多种深度残余应力的检测与调控装置，其特征在于，所述内壳体的两个侧面设有用于安装所述超声激励换能器和超声接收器的安装槽。

5.根据权利要求4所述的多种深度残余应力的检测与调控装置，其特征在于，所述安装槽的内壁设有用于避让超声波从超声激励换能器射向工件或者超声波从工件射向超声接收器的避让孔，该避让孔与内壳体的内腔连通。

6.根据权利要求1所述的多种深度残余应力的检测与调控装置，其特征在于，所述超声激励换能器采用四通道的结构；所述菲涅尔阵晶片采用八阵元结构。

7.根据权利要求1-6任一项所述的多种深度残余应力的检测与调控装置，其特征在于，所述透明楔形块的下端与待检测的工件的上表面之间涂抹有耦合剂。

8.根据权利要求1-6任一项所述的多种深度残余应力的检测与调控装置，其特征在于，所述透明楔形块的顶面设有波浪形的凹凸结构。

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