[发明专利]发动机旧曲轴内部缺陷的自动化超声波检测方法及装置

说明书

技术领域：

本发明涉及一种针对发动机旧曲轴内部缺陷的自动化超声波检测方法及检测装置。

背景技术：

进入21世纪，保护地球环境、保持社会的可持续发展已成为世界共同关心的话题。采用先进的再制造工程技术对发生疲劳的机械零件进行修复，使其质量和性能达到或超过新品，是废旧设备升级改造的有效途径，符合可持续发展战略、建设节约型社会和发展“低碳”经济的要求。而发动机再制造是再制造工程中最典型的应用实例，曲轴是发动机的主要运动部件，承受复杂的交变载荷与冲击，经过一段时间的使用后，很容易产生疲劳裂纹。在再制造前若没有对废旧曲轴的内部质量进行检测，则不能保证再制造后曲轴的使用安全性能，因此，检测再制造前废旧曲轴的内部质量对曲轴的再制造具有重要意义。

目前，曲轴的检测多采用超声波检测方法，但废旧曲轴由于在轴颈上具有通油孔，并且在曲柄和轴颈间存在R角，常规超声波检测方法需要更换多个检测探头，且很容易漏检和误判。例如无损检测标准JB/T10554.2-2006(球墨铸铁曲轴的检测)中规定采用双晶聚焦曲轴探头检测R角处缺陷，采用凹面直探头检测轴颈内部缺陷，而曲柄内部缺陷则采用普通直探头检测，这种检测方法需要更换多个探头，而且整个检测过程都是手动进行，人为因素影响较大，势必会降低检测效率和检测精度。在这种情况下，研发针对再制造前旧曲轴内部质量的超声波检测方法及其检测装置具有重要的现实意义和紧迫性。

发明内容：

本发明的目的是提供一种发动机旧曲轴内部缺陷的自动化超声波检测方法及检测装置，用以解决目前曲轴常规超声波检测方法检测效率低，容易漏检和误检的问题。发动机旧曲轴内部缺陷的自动化超声波检测装置包括曲轴夹具和超声探头夹具两部分；曲轴夹具包括曲轴转动驱动电机、三脚夹盘、顶尖装置、头架、机座、给水箱和软管；头架固定在机座上，曲轴转动驱动电机固定在头架的一侧，三脚夹盘固定在头架的另一侧，顶尖装置在机座的滑道上，曲轴在三脚夹盘和顶尖装置之间，曲轴的小头端通过三脚夹盘固定，曲轴的大头端通过顶尖装置支撑，给水箱放置在曲轴夹具的一侧，输水软管的一端连接在给水箱上，输水软管的另一端位于超声探头夹具的正上方；超声探头夹具包括上探头套、下探头套、定位滑块、拉力弹簧、底座、悬臂梁、探头固定壳、压紧螺栓及压紧弹簧；上探头套和下探头套均为半圆环，上探头套和下探头套的一端利用合叶式的销柱进行连接，另一端用锁紧螺栓连接，在上探头套的正上方开有一个探头定位槽，探头定位槽穿透上探头套；有凹型槽的底座通过螺栓固定在上探头套靠近合叶连接的一侧，悬臂梁为一段弯曲的梁，曲率与上探头套相同，固定超声探头的探头固定壳的形状与超声探头相同，悬臂梁的一端通过螺栓与底座连接，悬臂梁的另一端通过定位销与探头固定壳连接；探头固定壳位于探头定位槽中，压紧螺栓通过螺栓孔穿过悬臂梁，探头固定壳和压紧螺栓利用压紧弹簧连接，拉力弹簧的一端与下探头套的正下方相连，拉力弹簧的另一端与定位滑块相连。

针对再制造前旧发动机曲轴，其自动化超声检测方法分以下几个步骤进行：

步骤一、根据曲轴材料和尺寸选择探头频率为2.5MHz～5MHz、晶片尺寸9mm×9mm、前倾角γ为45°～75°、侧倾角φ为10°～30°范围内的曲面单晶双斜探头，探头下表面弧度与曲轴主轴颈曲率相同。其中，单晶双斜探头是指在普通斜探头的基础上增加一个侧向倾角，使超声波向侧前方发射，这样能有效避免通油孔和R角对超声波的阻挡，实现对轴颈和R角处缺陷的检测。

步骤二、由于曲轴探头是斜向前发射声波且曲轴表面是曲面，所以普通的探头校准试块无法对该探头进行校准，需采用本发明设计的曲轴探头校准试块对探头的实际前倾角β、实际侧倾角β′、探头零点及曲轴的材料声速进行校准。曲轴探头校准试块的加工过程如下：首先选取材质与曲轴材质相同的半球形试块坯料，球面半径与主轴颈半径相同；将半球形试块坯料的圆形平面向上、球面向下放置，平行于圆形平面对球面进行切削，得到校准试块的底面，底面与圆形平面的距离比球面半径小5～10mm；在圆形平面上任取一条过圆心的直线为中心线，在圆形平面上中心线两侧选取两条与中心线平行的直线，与中心线的距离相同，比球面半径小5～15mm，沿着两条平行线垂直向下切削，得到校准试块的两个侧面；在圆形平面上取垂直于中心线并且过圆心的直线为基准线，然后，延着基准线将上表面磨削出一段顶端曲面，使得该曲面弧度与曲轴连杆轴颈表面曲率相同；再沿着与顶端曲面两侧相切的方向将试块的圆形平面切出两个侧平面；最后，将整个试块表面进行精磨，使其粗糙度达到0.5～2μm。