专利名称：一种用于检测细长型棒材内部缺陷的无损检测的机械装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种检测长型捧材内部缺陷的无损检测的机械装置，更确切地说涉及一种横截面基本不变的细长型工件无损检测的机械装置，属于材料、无损检测领域。
背景技术：
目前，对材料内部缺陷进行无损检测，最常用的两种方法是荧光X射线检测技术和超声波探伤。荧光X射线检测技术虽然具有较高的空间分辨率、面检测特性，能够直接形象地反映内部缺陷的形貌和位置等特点。但这种设备成本较高，还会对环境造成轻微污染，更为重要的是，它不适合大尺寸和复杂形状工件的探伤检测。超声探伤则是把超声波应用于固体材料，利用其在不同界面的发射特性来检测被测物件的内部缺陷。与荧光X射线检测技术相比，超声检测设备成本低廉，操作过程简单，可以检测复杂形状的各种工件。
传统的超声探伤检测要求探头与工件表面接触，两者之间须涂覆一层薄的耦合剂，来消除因探头与工件之间的空隙而造成声能损耗过大。这使得检测工序繁琐，且检测速度和探伤误差依赖于操作人员的熟练程度，因而无法保证检测质量的稳定性和高效率。此外，探头与工件的摩擦会造成探头使用寿命缩短，检测成本上升。
由干压、冷等静压、挤出成型一烧结等工艺制得的等径棒材，特别是由连续挤出成型工艺制备的硅碳棒、硅钼棒等发热体棒材，由于其工艺本身的特点，内部通常存在各种连续裂纹及其他缺陷，这些缺陷的大小将直接影响发热体的使用性能和寿命，因此，对此类棒材进行质量检测显得尤为重要。传统的超声探伤技术简单应用于发热体棒材检测时，其固有的检测特点以及后续的表面整洁工作会增加工艺要素和产品成本，影响产品竞争力。

发明内容
针对上述情况，本实用新型提出一种用于检测长型棒材内部缺陷的无损检测机械装置。其基本构思是利用超声反射波的变化，将待检测细长型工件浸入某种液体来替代耦合剂，运用匀速平稳的探头推进与/折返装置、棒材快速装载与拆卸装置、棒材转动装置、缺陷报警装置等部件，用于判断缺陷的类型、大小、分布及其在试件中的埋藏深度等，达到高质、快速检测的目的。
本实用新型是以下述方式实现的将超声探头与工件全部浸入某种液体中(或探头与工件之间部分充以液体)。超声波在工件上下表面产生不同的反射波，其间遇到缺陷时也会产生反射，且反射波特性与缺陷尺寸、形貌相对应。通过调整检波的闸门电路(阈门值)，消除不相干反射波、过滤干扰波，并尽可能保留并放大工件内部缺陷引起的反射波。根据缺陷波的幅度及其与底波的差异可以确定缺陷的大小和类型；以底波的强度为基础，缺陷波与之比较可以形成定量。对于不同材质及其产品可以容许的缺陷，通过设定不同阈门值和缺陷警报值，可以检测出缺陷大于容许值或对工件质量影响不能忽略的缺陷。当缺陷信号超过警报值时触发轰鸣装置，发出检测出质量缺陷的声音警报。
本实用新型提供的用于检测细长型棒材内部缺陷的无损检测机械装置主要由如下三部分组成一部分是匀速平稳的探头推进与折返装置。液体槽上部装有导轨，导轨上的桥板经螺旋杆(由步进电机驱动)及其旋转作用，可以沿导轨作平稳的滑动。用来固定探头的测试夹头固定在桥板的下端，桥板运动带动探头沿导轨作折返式往复扫描。螺旋杆的一端装有高精度步进马达和用来设定行进速度的电位器装置，马达驱动探头沿导轨按设定速度匀速推进，同步完成对整个棒材的纵向超声缺陷扫描。另一部分是棒材转动装置。为了完成工件的旋转及整个横断面的扫描，要求旋转装置能简便地完成相应角度的旋转，同时也要求角度设定装置能根据实际要求快速、准确地进行设定。本实用新型应用压片式开关的设计原理，采用某种旋转角度(如30°，45°，60°，90°，120°等)设置圆盘与主动转盘两个简单组成部分，在压紧弹簧的驱使与回复作用下，完成所需(或设定)角度的旋转。对于不同旋转角度的特定需要，只要替换不同类型的角度设置圆盘即可。第三部分是棒材快速固定和拆卸装置。由于该装置由两个内置式中空圆锥和压紧弹簧组成，在稳当和快速固定棒材工件的同时可以保证不同直径大小工件轴线的重合，实现不同探头及其扫描路线与工件轴线始终处于同一竖直平面内。
上述检测装置中，探头可以根据测试要求灵活、简便、快速地进行拆卸和安装，并始终保持探头的发射中心与待测工件的轴线严格重合，保证超声波从工件的最顶端沿工件长度方向完成探伤检测。通过旋转装置完成所需角度的工件旋转，使探头在工件上完成纵横交错的扫描和盘查。把设定探伤长度范围内的反射波作为辉度变化并连接显示，可以绘出工件内部缺陷的横截面图形。探伤长度的控制是通过位置开关的设置实现的。当探头在步进电机的推进下沿导轨杆进行到设定位置处时，步进电机停止转动。再次启动时电机开始反转并带动探头反向折返；当电机折返途中再次碰到位置开关时，重复上述过程。
本实用新型所选用的超声波频率范围为0.05-25.0MHz，超声发射和接收设备为数字化超声探伤仪，型号为EP4-BEE-E。适用的棒材材质为粉末冶金制品、陶瓷构件、金属制品等，对应不同材质其可探伤直径为φ3-φ80mm，探测长度则可以根据液体槽的长度任意变化。


图1是无损检测技术的原理图图2是本实用新型的检测装置示意图。
图3是本图2中探头推进/折返的传动部分、棒材快速装载和拆卸部分、棒材转动的角度设置与联动等几部分的分解/拆卸图。①探头推进/折返的传动部分图3-1包括高精度步进电机1和螺旋杆2，步进电机的旋转速度(探头推进速度)可以根据需要任意设定，保证其按特定速度匀速平稳地推进探伤探头，当推进到位置开关，即轻碰位置开关时，电机停止旋转，同时改变其旋转方向并等待下一次的启动与旋转。②棒材快速固定和拆卸装置图3-2以及固定部分由两个内置中空圆锥和两根压紧弹簧组成，弹簧的压缩和回复可以简洁、稳固地完成工件的快速固定以及拆卸，由于采用横躺内置式圆锥，在稳当和快速固定工件的同时，可以保证不同直径大小棒状工件的轴线与其顶部的扫描探头的行进路径始终处于同一竖直平面内，减少因扫描轴线与工件轴线相交/偏斜造成的虚假缺陷波，及其质量缺陷错判的产生。②棒材转动装置图3-3主要包含与工件固定/承载一侧相连的角度设置圆盘，以及与之相连的由复位弹簧控制/回复的主动转盘几部分组成，通过更换不同类型的角度设置圆盘，可以很便当地完成相应角度的工件旋转。经过上述操作，即可完成工件360°的全方位扫描。压紧弹簧的自动回复可以保证主动转盘每次旋转前都处于同一起始位置。
图中1.步进马达2。螺旋杆3.位置开关4.测试夹头与桥5.手动转动柄6.主动角度转盘7.角度设置圆盘8.传动杆9.内置中空圆锥10.压紧弹簧11.液体槽12.复位弹簧T——发射波，S——界面波，F——缺陷波，B——底波具体实施方式
用长度为1.2米的液体槽检测有某种内部缺陷的棒材工件，工件长度约为1米，直径为φ12，超声频率为5.0MHz。要求检测长度范围为950mm。
固定位置开关于导轨的两端，使之相距950mm。使用频率为5.0MHz的超声探头，并把其推向某一侧的位置开关附近(紧靠)，同时锁定旋转轴使之随步进电机的转动可以平稳推进。通过向两侧外推中空圆锥，使压紧弹簧产生收缩，把直径为由12的棒材工件嵌入内置式圆锥内，压紧弹簧的回复可以很稳当地使之固定。确认水位达到所需要求，开启超声探测仪器和步进电机。探头在电机的驱动下开始沿导轨在工件顶部进行探伤检查，探伤结果经探头连线传入显示屏幕，当步进电机推进到位置开关时，步进电机转动停止，完成一个单程的探伤检测，所用时间约为30秒。转动手动转动柄，在主动角度转盘的锅合作用下按照角度设置圆盘设定的角度，使工件转动相应角度(本试验为120°)；再次启动时电机开始反转并带动探头反向折返；当电机折返途中再次碰到位置开关时，重复上述过程。上述扫描探伤过程中，第二个单程中检测到缺陷引起的缺陷波超过了设定的阈门值，超声装置触发轰鸣装置，发出了检测出质量缺陷的声音警报。
经反转测试并根据显示屏所显示的波形和波幅以及在时间基线上的位置，可以估算出此缺陷的尺寸宽度小于100μm，且距离表面深度大约为棒才直径的1/4处。在缺陷位置处经过棒材锯断和断面抛光，在OLYMPUS-BX51M显微镜下进行显微组织观察和标定，确定缺陷的尺寸大小为42μm。试验结果表明，本实用新型无损检测装置所测数据相当可靠。
权利要求1.一种用于检测细长型棒材内部缺陷的无损检测机械装置，包括探头，其特征在于(1)它由探头推进与折返，棒材转动和棒材固定与拆卸三部分构成；(2)在所述探头推进与折返中，液体槽上部装有导轨，导轨上的桥板经螺旋杆沿导轨作平稳滑动；固定探头的测试夹头固定在桥板下端；螺旋杆的一端连接步进电机；(3)在所述棒材转动中，与工件固定相连的角度设置圆盘和主动转盘相连；(4)棒材固定与拆卸是由二个内置式中空圆锥和压紧弹簧组成。
2.按权利要求1所述的用于检测细长型棒材内部缺陷的无损检测机械装置，其特征在于所述的螺旋杆由步进电机驱动。
3.按权利要求1所述的用于检测细长型棒材内部缺陷的无损检测机械装置，其特征在于桥板运动带动探头沿导轨作折返式往复扫描。
4.按权利要求1所述的用于检测细长型棒材内部缺陷的无损检测机械装置，其特征在于所述角度设置圆盘旋转30°、45°、60°、90°或120°，是在压紧弹簧的驱使与回复下完成角度旋转，每次旋转前主动转盘处于同一起始位置。
专利摘要本实用新型涉及一种用于检测细长型棒材内部缺陷的无损检测的机械装置，其特征在于它由探头推进与折返，棒材转动和棒材固定与拆卸三部分构成。在探头推进与折返中，液体槽上部装有导轨，导轨上的桥板经螺旋杆沿导轨作平稳滑动；固定探头的测试夹头固定在桥板下端；螺旋杆的一端连接步进电机；棒材转动中角度设置圆盘主动转盘相连；角度设置圆盘旋可转动不同角度，在压紧弹簧的驱使与回复下完成角度旋转，每次旋转前主动转盘处于同一起始位置。棒材快速固定与拆卸是由二个内置式中空圆锥和压紧弹簧组成。本装置可使工件的不同外表面朝向夹持探头，完成多角度探测扫描，降低工件缺陷漏检和误判几率。
文档编号G01N29/28GK2692665SQ03231429
公开日2005年4月13日 申请日期2003年5月21日 优先权日2003年5月21日
发明者吴历斌, 江莞, 徐洪发, 沈贵高 申请人:中国科学院上海硅酸盐研究所, 苏州吴中区苏城电器厂