[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

说明书

本发明公开了一种不等壁厚锥形环锻件晶粒组织超声自动检测方法，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。

技术领域

本发明属于超声波无损检测技术领域，具体涉及一种不等壁厚锥形环锻件晶粒组织超声自动检测方法及系统，适用于各种倾斜截面不等壁厚环锻件的晶粒组织状况无损检测与评估。

背景技术

晶粒尺寸和晶粒均匀性是材料微观组织的重要特征，晶粒分布情况直接影响金属材料的力学性能和物理性能，在实际生产工艺中是一个必须评估的重要参数。由于环锻件原材料有可能存在晶粒组织问题，以及在环锻件锻造和热处理过程受力不均匀和晶粒生长受干扰等，容易造成环锻件产品内部晶粒粗大和分布不均匀问题。因此全面检测环锻件晶粒组织分布情况是十分迫切的。目前，通常采用金相观测法，对金属零件进行破坏和腐蚀处理等，无法实现终端产品的在线、实时和无损评估。对于金属材料晶粒度超声检测方法，特别是锥形截面和不等厚工件，由于无法监控和接收底面回波，尚未有晶粒组织检测方法。

不等壁厚锥形环锻件广泛应用于航空发动机机匣、运载火箭箭体等，是航空航天工业关键零部件，此类不等壁厚锥形环锻件具有锥形斜面和不等壁厚几何特征，超声波检测难度大，底面回波散射严重，晶粒组织评估困难，难以实现自动化检测，无法满足航空航天工业无损检测的迫切需求。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种不等壁厚锥形环锻件晶粒组织超声自动检测方法及系统，通过该方法可以实现不等壁厚锥形环锻件不同倾角截面和不等壁厚晶粒组织超声检测与评估，通过该装置可以实现不同尺寸多变形截面环锻件晶粒组织水浸自动全覆盖扫查与实时检测。

本发明所采用的技术方案是：

提供一种不等壁厚锥形环锻件晶粒组织超声自动检测方法，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。

接上述技术方案，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。

接上述技术方案，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。

接上述技术方案，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；