一種再制造復(fù)合材質(zhì)零件缺陷超聲檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及測量領(lǐng)域，特別涉及一種基于超聲波檢測再制造復(fù)合材質(zhì)零件缺陷的 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在我國，每年都有大量報廢的工程機械、礦山機械、機床、能源設(shè)備上的零部件作 為廢鋼鐵進行材料級回收，造成環(huán)境污染及資源、能源的浪費。再制造是以產(chǎn)品全壽命周期 理論為指導(dǎo)，以實現(xiàn)廢舊產(chǎn)品性能提升為目標的一種產(chǎn)業(yè)。對建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型 社會具有重要意義。
[0003]先進表面工程技術(shù)(激光熔覆、等離子噴涂等)在再制造中的應(yīng)用，提高了舊件再 制造效率，解決了許多再制造難題，最終確保再制造裝備零部件的性能質(zhì)量達到甚至超過 原型新品，受到國際同行廣泛認同與關(guān)注。
[0004]再制造零件質(zhì)量能否達到甚至超過原型新品，質(zhì)量檢測非常關(guān)鍵。實踐表明，再制 造涂層及基體材料中的氣孔、裂紋、夾渣等缺陷是影響再制造零件服役性能和服役壽命的 關(guān)鍵因素之一，超聲波是國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛、使用頻率最高且發(fā)展較快的一種缺陷檢測技 術(shù)，具有檢測成本低、速度快，設(shè)備輕便，對人體無害，現(xiàn)場使用方便等特點，因此本發(fā)明基 于超聲波無損檢測技術(shù)對再制造零件缺陷進行檢測。
[0005]檢測零件內(nèi)部的缺陷，目前實際應(yīng)用中主要采用的是體波(縱波和橫波）。采用脈 沖反射法檢測時，由于探傷儀阻塞時間和始波脈沖寬度的影響，存在著檢測盲區(qū)（盲區(qū)是指 從探測面到能夠發(fā)現(xiàn)缺陷的最小距離，表征系統(tǒng)的近距離分辨能力）。對于表層缺陷的檢 查，目前主要采用的是表面波(瑞利波）。由于表面波的能量集中于表面下下2λ之內(nèi)（λ為表 面波的波長），檢查表面缺陷靈敏度極高。但是，要想檢測出埋藏深度大于2λ的缺陷，就需要 采用縱波探頭(或橫波探頭），檢測過程中需要更換探頭，非常不方便。采用穿透法檢測再制 造零件缺陷時，雖然不存在檢測盲區(qū)，但無法確定缺陷的埋藏深度，并且穿透法靈敏度低， 不能發(fā)現(xiàn)小缺陷。
[0006]解決上述問題，國內(nèi)外有關(guān)的研究人員大多采用改進檢測儀器的方法。例如，針對 特種涂層內(nèi)部缺陷的檢測設(shè)計的涂層專用超聲顯微檢測系統(tǒng)，該套系統(tǒng)采用表面/亞表面 成像原理，入射縱波以瑞利波入射角入射到樣品表面激發(fā)出瑞利波，同時入射縱波在樣品 內(nèi)部沿著與入射縱波對稱的路徑返回透鏡。相關(guān)的資料表明，該系統(tǒng)能檢測出涂層內(nèi)部的 裂紋、氣孔、涂層與基體脫粘等缺陷。此外，利用可調(diào)節(jié)聚焦深度的超聲顯微成像技術(shù)，將聚 焦聲束投射到物質(zhì)表面或穿透到內(nèi)部，可實現(xiàn)對材料表層、亞表層和內(nèi)部缺陷的檢測。
[0007]相比于常規(guī)超聲波缺陷檢測技術(shù)(采用縱波探頭(或橫波探頭），通過脈沖反射法 檢測缺陷），采用上述超檢測設(shè)備雖然可實現(xiàn)對零件內(nèi)部及表層缺陷的無損檢測，但由于其 價格昂貴以及攜帶不方便等因素，很難在實際應(yīng)用中得到推廣普及。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明提供了一種再制造復(fù)合材質(zhì)零件缺陷檢測方法，采用價格便宜、攜帶方便 的縱波探頭(或橫波探頭），通過脈沖反射法即可檢測出零件中任何位置的缺陷，避免了檢 測過程中更換不同類型探頭的繁瑣工藝;相比于國內(nèi)外同行采用研制新儀器解決脈沖反射 法存在檢測盲區(qū)的問題，本發(fā)明在經(jīng)濟性方面更有優(yōu)勢。
[0009] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于超聲縱波的再制造復(fù)合材質(zhì)零件缺陷 檢測方法，應(yīng)用于至少包有機玻璃楔塊1、超聲縱波直探頭2、超聲脈沖發(fā)射接收儀3、A/D采 樣系統(tǒng)4、數(shù)字示波器5、計算機6、信號處理分析系統(tǒng)7的檢測裝置中，該方法包括：
[0010] 步驟1)、將有機玻璃楔塊1及超聲縱波直探頭2放在再制造復(fù)合材質(zhì)零件表面上 (涂有耦合液），設(shè)置A/D采樣系統(tǒng)4的檢測參數(shù)增益，使數(shù)字示波器4上顯示的第一次接收的 底波信號幅值為滿屏的80%。利用A/D采樣系統(tǒng)4采集超聲脈沖發(fā)射接收儀3發(fā)射的激勵脈 沖信號S1(t)，并將其傳輸?shù)叫盘柗治鱿到y(tǒng)7中：
[0011] 步驟2)、以不超過150mm/s的速度在零件表面上移動探頭，觀察數(shù)字示波器5上顯 示的A掃信號，當有機玻璃楔塊1底面反射的始波信號及零件底面反射的底波信號比較穩(wěn)定 時，利用A/D采樣系統(tǒng)4采集始波信號s2(t)，并將其傳輸?shù)叫盘柗治鱿到y(tǒng)7中；
[0012] 步驟3)、掃查過程中，當觀察到數(shù)字示波器5上顯示的始波信號及底波信號之間出 現(xiàn)缺陷回波信號，或者底波信號幅值出現(xiàn)變動時，利用A/D采樣系統(tǒng)4采集包含缺陷信息的A 掃信號s3(t)及底波信號s4(t)，并將其傳輸?shù)叫盘柗治鱿到y(tǒng)7中；
[0013] 步驟4)、利用信號分析系統(tǒng)7,對步驟1)、步驟2)采集的時域信號81(〇、82⑴作快 速傅里葉變換，得到頻域信號Sl(f)、S2(f)，令H(f)=S2(f)/si(f)，fft變換的原理為:設(shè)S (n)(n= 0，l，. . .，N-1)為采集到的時域信號，則對應(yīng)的快速傅里葉變換為：
其中，具有對稱性和周期性，gp:
[0014]步驟5)、利用信號分析系統(tǒng)7，對對步驟3)采集的時域信號S3(t)、S4(t)作快速傅里 葉變換，得到頻域信號S3(f)、S4(f);
[0015]步驟6)、利用信號分析系統(tǒng)7，對信號2(〇 = 83(〇/(!1(〇82(〇84(〇)作傅里葉逆 變換，得到缺陷的A掃曲線圖，根據(jù)缺陷回波在時基軸上的位置及幅值的大小可以判定被測 零件中缺陷的埋藏深度及當量大小。傅里葉逆變換的原理為:設(shè)s(f)(f= 0，1，. . .，N-1)為 頻域信號，則對應(yīng)的時域信號為：
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點在于：
[0017]本發(fā)明能夠?qū)υ僦圃鞆?fù)合材質(zhì)零件缺陷進行無損檢測，采用價格便宜、攜帶方便 的縱波探頭(或橫波探頭），通過脈沖反射法即可檢測出零件中任何位置的缺陷，避免了檢 測過程中更換不同類型探頭的繁瑣工藝；
[0018]相比于國內(nèi)外同行采用研制新儀器解決脈沖反射法存在檢測盲區(qū)的問題，本發(fā)明 在經(jīng)濟性方面更有優(yōu)勢。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明所要用到的再制造復(fù)合材質(zhì)零件缺陷超聲檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖2為本發(fā)明的再制造復(fù)合材質(zhì)零件缺陷超聲檢測方法的流程圖；
[0021] 圖3為在一個實施例中檢測Fe314激光熔覆再制造試樣中人工孔缺陷，A/D采樣系 統(tǒng)4采集到的激勵脈沖信號；
[0022] 圖4為在一個實施例中檢測Fe314激光熔覆再制造試樣中人工孔缺陷，A/D采樣系 統(tǒng)4采集到的始波信號；
[0023]圖5為在一個實施例中檢測Fe314激光熔覆再制造試樣中人工孔缺陷，A/D采樣系 統(tǒng)4采集到的包含缺陷信息的A掃信號；
[0024]圖6為在一個實施例中檢測Fe314激光熔覆再制造試樣中人工孔缺陷，利用信號分 析系統(tǒng)7提取出的只包含缺陷信息的時域信號。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做詳細說明。
[0026]對于再制造復(fù)合材質(zhì)零件而言，其質(zhì)量能否達到甚至超過原型新品，質(zhì)量檢測非 常關(guān)鍵。實踐表明，再制造涂層及基體材料中的氣孔、裂紋、夾渣等缺陷是影響再制造零件 服役性能和服役壽命的關(guān)鍵因素，因此提高再制造零件缺陷檢測的效率及可靠性就成為保 證這類產(chǎn)品質(zhì)量性能的關(guān)鍵。超聲波無損檢測技術(shù)，具有檢測成本低、速度快，設(shè)備輕便，對 人體無害，現(xiàn)場使用方便等特點，因此本發(fā)明采用超聲波無損檢測技術(shù)對再制造零件缺陷 進行檢測。
[0027]為了便于理解，采用超聲縱波對激光熔覆再制造試樣中預(yù)制人工孔缺陷進行檢 測，首先對實施例中所采用的缺陷檢測裝置進行說明。
[0028]如圖1所示，所述的缺陷檢測裝置包括有機玻璃楔塊1、超聲縱波直探頭2、超聲脈 沖發(fā)射接收儀3、A/D采樣系統(tǒng)4、數(shù)字示波器5、計算機6、信號處理分析系統(tǒng)7;其中，超聲脈 沖發(fā)射接收儀3所發(fā)射的激勵脈沖信號通過所述超聲縱直波探頭2將脈沖信號轉(zhuǎn)換為超聲 波，超