專利名稱：：臨界折射縱波檢測(cè)構(gòu)件內(nèi)部切向應(yīng)力的輔助裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種測(cè)量裝置，具體涉及超聲波測(cè)量的輔助裝置。技術(shù)背景超聲檢測(cè)是國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最廣、使用頻率最高且發(fā)展較快的一種無損檢測(cè)技術(shù)，已經(jīng)成為材料和結(jié)構(gòu)無損檢測(cè)與評(píng)價(jià)的最常用手段之一。超聲波法是基于超聲波聲速隨應(yīng)力狀態(tài)改變而變化的聲彈性原理，通過檢測(cè)材料中超聲波波速的變化而獲取材料應(yīng)力的變化。當(dāng)工件受到應(yīng)力載荷時(shí)，其內(nèi)部材料的特性也發(fā)生變化，從而影響超聲波在其中傳播的速度。通過超聲波測(cè)量傳播速度的變化(通常使用間接手段)，即可評(píng)估工件中應(yīng)力的狀況，這一根據(jù)聲彈性原理的應(yīng)力檢測(cè)方法已在檢測(cè)與表面垂直方向的應(yīng)力方面得到廣泛應(yīng)用。美國(guó)德克薩斯州A&M大學(xué)的Bray首先提出基于聲彈性技術(shù)的超聲臨界折射縱波測(cè)量縱向應(yīng)力方法，能從構(gòu)件的側(cè)面檢測(cè)其內(nèi)部與表面平行方向的應(yīng)力，在U波臨界折射縱波應(yīng)力測(cè)試方面做了很多基礎(chǔ)性和開拓性的研究，利用La^波測(cè)量壓力容器和管道、棒材和鋼材焊縫中的殘余應(yīng)力，并分析了溫度、材質(zhì)等對(duì)應(yīng)力測(cè)量的影響。U波是一種特殊的近表面縱波，需要通過角度變化等獨(dú)特的途徑才能夠形成。為獲得較好的測(cè)量效果，在測(cè)量時(shí)，超聲探頭需用楔塊進(jìn)行固定。如圖1所示，U波通常采用壓電換能器13激發(fā)出超聲縱波14，經(jīng)耦合后垂直進(jìn)入有機(jī)玻璃楔塊11作為入射波，沿與法線成A的角度入射進(jìn)入被測(cè)物體12，在被測(cè)物體12中折射后產(chǎn)生沿表面?zhèn)鞑サ?^波16。在沿同一表面?zhèn)鞑シ较蛏系钠渌恢每梢杂猛瑯臃绞降膲弘姄Q能器接收到"波，其接收探頭與發(fā)射探頭結(jié)構(gòu)相同，只是方向剛好相反通常情況下，超聲波在一段介質(zhì)中的傳播總聲時(shí)可表示為<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>其中，t。時(shí)不考慮應(yīng)力和溫度影響下超聲波傳播的聲時(shí)；AtF是外加應(yīng)力造成的傳播聲時(shí)之差；A"Us是介質(zhì)內(nèi)部殘余應(yīng)力所造成的傳播聲時(shí)之差；AtT是溫度改變所造成的傳播聲時(shí)之差。所以由應(yīng)力引起的傳播聲時(shí)之差A(yù)ts只與AtF和AtKs有關(guān)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>t可以通過直接測(cè)量獲得，AtT則與測(cè)量系統(tǒng)的環(huán)境溫度有關(guān)，由于實(shí)驗(yàn)在室溫的情況下進(jìn)行，可將溫度看作恒定，故可近似認(rèn)定AtT為零。根據(jù)上述公式，在傳播距離保持固定的情況下，超聲波的速度發(fā)生變化時(shí)，會(huì)導(dǎo)致超聲波在介質(zhì)中的傳播時(shí)間發(fā)生改變，所以通過測(cè)量傳播時(shí)間的變化可以計(jì)算超聲波傳播速度的變化。應(yīng)力變化量與聲速改變量之間的關(guān)系可以轉(zhuǎn)化為固定傳播距離條件下應(yīng)力變化量與傳播聲時(shí)改變量之間的關(guān)系，為測(cè)量傳播聲對(duì)，通常采用間隔發(fā)射超聲波脈沖的方式，接收信號(hào)的強(qiáng)弱、脈沖超聲波傳播路徑上引起的波形變異將對(duì)測(cè)量效果有重要影響。Snell定律超聲波折射現(xiàn)象的折射角不僅與入射角有關(guān)系，還與超聲波在兩種介質(zhì)中的傳播速度有關(guān)，這種關(guān)系可以用Snell定理進(jìn)行描述，即<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>其中，VQ、V,分別為介質(zhì)I中的縱波、介質(zhì)II的縱波的速度；^。為入射角，e,為介質(zhì)II中縱波折射角，當(dāng)其為90°時(shí)即臨界折射，偏離這一角度將使得所接收超聲波信號(hào)能量急劇下降。根據(jù)Snell定理，楔塊材料的密度、聲速和聲衰減決定著入射角度的大小,選擇合適的楔塊材料及入射角度就顯得相當(dāng)重要?，F(xiàn)有測(cè)量中，針對(duì)不同類型的待測(cè)件進(jìn)行測(cè)量，由于待測(cè)件性質(zhì)的不同導(dǎo)致入射角度的差異，因此必須設(shè)計(jì)專門的楔塊結(jié)構(gòu)，這會(huì)導(dǎo)致浪費(fèi)和操作不方便。同一類型的待測(cè)件進(jìn)行測(cè)量時(shí)，由于制作工藝等因素的影響，待測(cè)件的密度、聲阻抗率和聲波在其里面的傳播速度等各方面可能都會(huì)有所不同，獲得最佳的U波的入射角度也會(huì)有微小的差異。在測(cè)量時(shí)，無法以最佳的"波的入射角進(jìn)行測(cè)量。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種調(diào)節(jié)超聲波入射角度來的輔助裝置。為解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明釆用以下技術(shù)方案臨界折射縱波檢測(cè)構(gòu)件內(nèi)部切向應(yīng)力的輔助裝置，由下部l、上部2兩部分構(gòu)成。下部1向上的斜面成內(nèi)凹柱面3。上部2向下的斜面成外突柱面4。上部2的外突柱面4和下部1的內(nèi)凹柱面3吻合，上部2可以在下部1的內(nèi)凹柱面3上滑動(dòng)。外突柱面4和內(nèi)凹柱面3的交界端面上刻有分度圓刻度6，內(nèi)凹柱面3和外突柱面4的交界端面上刻有分度圓刻度8。超聲波的接收探頭與發(fā)射探頭固定在上部2。更進(jìn)一步的技術(shù)方案是下部l成下大上小的壩體狀。更進(jìn)一步的技術(shù)方案是上部2成U字型5，且一面敞開，另外一面7封閉,封閉的一面成外突柱面4。更進(jìn)一步的技術(shù)方案是上部2、下部l之間填充高粘度液態(tài)耦合劑。更進(jìn)一步的技術(shù)方案是上部2的分度圓刻度6和下部1的分度圓刻度8采用游標(biāo)卡尺的刻度設(shè)計(jì)。更進(jìn)一步的技術(shù)方案是上部2的分度圓刻度6和下部1的分度圓刻度8的前后側(cè)面設(shè)置相同的游標(biāo)刻度。更進(jìn)一步的技術(shù)方案是所述的上部2、下部l的材質(zhì)為有機(jī)玻璃。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是通用性能好，可以用于不同材質(zhì)的物體的測(cè)量，同時(shí)對(duì)同一材質(zhì)的物體進(jìn)行測(cè)量時(shí)，能進(jìn)行角度的細(xì)微調(diào)節(jié)，達(dá)到以最佳的角度入射，實(shí)現(xiàn)接收到的"波幅值最大。圖l為"波產(chǎn)生的原理圖。圖2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。如圖2所示，本發(fā)明由有機(jī)玻璃的下部l、有機(jī)玻璃上部2兩部分構(gòu)成。下部l成下大上小的壩體狀，向上的斜面成內(nèi)凹柱面3。上部2成U字型5，且一面敞開，便于更換超聲波的接收與發(fā)射探頭，另外一面7封閉，封閉一面成外突柱面4。上部2的外突柱面4和下部1的內(nèi)凹柱面3吻合，上部2可以在下部l的內(nèi)凹柱面3上滑動(dòng)。在上部2、下部l之間填充高粘度液態(tài)耦合劑，消除接觸區(qū)空隙，避免固一氣界面反射帶來的衰減。外突柱面4和內(nèi)凹柱面3的交界端面上刻有分度圓刻度6，內(nèi)凹柱面3和外突柱面4的交界端面上刻有分度圓刻度8。上部2的分度圓刻度6和下部1的分度圓刻度8采用游標(biāo)卡尺的刻度設(shè)計(jì)。超聲波的接收探頭與發(fā)射探頭固定在上部2。在上部2的分度圓刻度6和下部1的分度圓刻度8的前后側(cè)面設(shè)置相同的游標(biāo)刻度，保證上、下部柱面的軸線重合精度。使用時(shí)將下部(1)緊貼待測(cè)物體，聲波的接收探頭與發(fā)射探頭固定在上部(2)，通過對(duì)照上部(2)的分度圓刻度(6)和下部(1)的分度圓刻度(8)的前后側(cè)面設(shè)置相同的游標(biāo)刻度，保證上部l柱面、下部2柱面的軸線重合精度。滑動(dòng)上部，調(diào)整發(fā)射探頭發(fā)射超聲波的入射角度，并通過上部(2)的分度圓刻度(6)和下部(1)的分度圓刻度(8)采用游標(biāo)卡尺的刻度讀出入射的角度。通過觀察到接收到的LcR波幅值最大值，得到最佳的入射角度。今后在測(cè)量同一物體或者相同的材料的物體時(shí)，可以參考此入射角，在此入射角附近進(jìn)行測(cè)量，獲得最大LcR波幅，節(jié)約測(cè)量時(shí)間。權(quán)利要求1.臨界折射縱波檢測(cè)構(gòu)件內(nèi)部切向應(yīng)力的輔助裝置，由下部(1)、上部(2)兩部分構(gòu)成，其特征在于下部(1)向上的斜面成內(nèi)凹柱面(3)；上部(2)向下的斜面成外突柱面(4)；上部(2)的外突柱面(4)和下部(1)的內(nèi)凹柱面(3)吻合，上部(2)可以在下部(1)的內(nèi)凹柱面(3)上滑動(dòng)；外突柱面(4)和內(nèi)凹柱面(3)的交界端面上刻有分度圓刻度(6)，內(nèi)凹柱面(3)和外突柱面(4)的交界端面上刻有分度圓刻度(8)；超聲波的接收探頭與發(fā)射探頭固定在上部(2)。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的臨界折射縱波檢測(cè)構(gòu)件內(nèi)部切向應(yīng)力的輔助裝置，其特征在于所述的下部(1)成下大上小的壩體狀。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的臨界折射縱波檢測(cè)構(gòu)件內(nèi)部切向應(yīng)力的輔助裝置，其特征在于所述的上部(2)成U字型(5)，且一面敞開，另外一面(7)封閉，封閉的一面成外突柱面(4)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的臨界折射縱波檢測(cè)構(gòu)件內(nèi)部切向應(yīng)力的輔助裝置，其特征在于所述的在上部(2)、下部(1)之間填充高粘度液態(tài)耦合劑。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的臨界折射縱波檢測(cè)構(gòu)件內(nèi)部切向應(yīng)力的輔助裝置，其特征在于所述的上部(2)的分度圓刻度(6)和下部(1)的分度圓刻度(8)采用游標(biāo)卡尺的刻度設(shè)計(jì)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的臨界折射縱波檢測(cè)構(gòu)件內(nèi)部切向應(yīng)力的輔助裝置，其特征在于所述的在上部(2)的分度圓刻度(6)和下部(1)的分度圓刻度(8)的前后側(cè)面設(shè)置相同的游標(biāo)刻度。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的臨界折射縱波檢測(cè)構(gòu)件內(nèi)部切向應(yīng)力的輔助裝置，其特征在于所述的上部(2)、下部(1)的材質(zhì)為有機(jī)玻璃。全文摘要本發(fā)明公開了臨界折射縱波檢測(cè)構(gòu)件內(nèi)部切向應(yīng)力的輔助裝置，下部(1)向上的斜面成內(nèi)凹柱面(3)，上部(2)向下的斜面成外突柱面(4)。上部(2)的外突柱面(4)和下部(1)的內(nèi)凹柱面(3)吻合，上部(2)可在下部(1)的內(nèi)凹柱面(3)上滑動(dòng)。外突柱面(4)和內(nèi)凹柱面(3)的交界端面上刻有分度圓刻度(6)。超聲波的接收探頭與發(fā)射探頭固定在上部(2)。本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)測(cè)量不同類型的待測(cè)件需要不同的楔塊結(jié)構(gòu)，同類的待測(cè)件無法獲得最佳的入射角的不足，提供了一種通用性能好，能進(jìn)行角度的細(xì)微調(diào)節(jié)，達(dá)到以最佳的角度入射，接收到最大的L_CR波幅值的裝置，可廣泛應(yīng)用在應(yīng)力測(cè)量領(lǐng)域。文檔編號(hào)G01N29/04GK101126741SQ200710050190公開日2008年2月20日申請(qǐng)日期2007年10月9日優(yōu)先權(quán)日2007年10月9日發(fā)明者丁杰雄,戴仙金,李健根,楊修浩,萍牟,輝郭申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)