[发明专利]不等壁厚锥形环锻件晶粒组织超声自动检测方法及系统

权利要求书

1.一种不等壁厚锥形环锻件晶粒组织超声自动检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据不等壁厚锥形环锻件截面形状尺寸，将不等壁厚锥形环锻件划分为等壁厚检测区域和不等壁厚检测区域；

将不等壁厚锥形环锻件置于超声耦合剂中，超声探头垂直入射等壁厚检测区域的表面进行晶粒组织检测；

根据不等壁厚检测区域的上下表面倾斜角度，计算超声探头入射角度，使超声波垂直不等壁厚检测区域的底面入射和反射；

根据底面反射回波幅值与晶粒组织的对应关系，绘制环锻件各位置底面回波幅值B扫图，标记底波幅值损失严重区域，并检测出不等壁厚锥形环锻件晶粒尺寸粗大和分布不均匀区域；

若环锻件的锥形面的截面上表面倾斜角为θ₁，下底面的倾斜角为θ₂，通过改变超声探头入射方向，使超声波透过上表面的折射角为β＝|θ₁-θ₂|，此时超声波可垂直入射底面并原路反射回来；

若不等壁厚检测区域的壁厚h_x随步进距离x变化，不等壁厚检测区域初始位置处的环锻件厚度h₁＝h₀cosθ₂，因此不等壁厚步进距离x处的环锻件壁厚为：

h_x＝h₁+xsinβ

通过等壁厚度h₀的同种材料晶粒均匀试块标定超声波在材料中传播时，因传播距离造成的衰减，根据距离衰减系数δ₀对不同深度位置的底面反射回波进行增益补偿，不同厚度h_x与等壁厚度h₀的底波回波声程差为：

Δ＝h_x-h₀

对于厚度为h_x的检测位置，底面回波振幅P₃补偿公式为：

通过对比补偿后的底面回波幅值P_b3与P₂的关系，检测出不等壁厚锥形环锻件倾斜截面沿轴向方向晶粒不均匀现象；其中P₂为当不等壁厚锥形环锻件晶粒组织均匀时，超声发射初始波P₀经过上表面垂直入射环锻件内部后，经底面垂直反射的底面反射回波。

2.根据权利要求1所述的不等壁厚锥形环锻件晶粒组织超声自动检测方法，其特征在于，根据截面尺寸厚度，按照距离衰减系数进行补偿，消除不等壁厚对底波损失的影响。

3.根据权利要求1所述的不等壁厚锥形环锻件晶粒组织超声自动检测方法，其特征在于，不等壁厚锥形环锻件平稳转动，超声探头沿环锻件步进扫查和多角度入射。

4.根据权利要求1所述的不等壁厚锥形环锻件晶粒组织超声自动检测方法，其特征在于，对等壁厚检测区域进行晶粒组织检测的方法具体为：

超声发射初始波P₀入射等壁厚检测区域表面后，超声探头首先接收到环锻件上表面界面回波P₁，经过上表面垂直入射环锻件内部，在环锻件底面垂直反射，再接收底面反射回波P₂；根据散射定律式，得出超声波频率、衰减和晶粒尺寸的关系式如下：

式中，d为平均晶粒尺寸，单位um，δ为衰减系数，单位dB/mm，f为超声频率，单位Hz，K为材料系数，n为不同散射类型的系数；

根据底面多次反射回波幅值，计算该区域材料的衰减系数；

当环锻件的晶粒组织均匀时，底面反射回波为正常幅值P₂；当环锻件的晶粒组织不均匀或晶粒组织粗大，超声波能量衰减增大，底面反射回波幅值为P₂′，底面回波幅值损失量为P_Δ＝P₂-P₂′，根据超声探头检测位置底部幅值损失量P_Δ判定该位置深度方向平均晶粒组织尺寸情况。