[发明专利]一种不规则表面工件的残余应力超声测量探头及测量方法

说明书

本发明公开的一种不规则表面工件的残余应力超声测量探头及测量方法，包括旋转连接杆，其两端分别一个超声探头，两个超声探头沿旋转连接杆的轴向中心对称设置，并且能够沿旋转连接杆的周向转动，其中一个发射探头，另一个为接收探头；通过可绕其中心轴向旋转的连接杆连接发射探头和超声探头，使探头可以适应工件沿纵向方向的曲面扭转；通过将晶片外形设计为瓦型外凸形式，使晶片产生自聚焦从而减小超声声束的横向尺寸；通过将楔块声阻抗设置为在横向方向从外侧向中心逐渐减小，进一步减小了超声声束的横向尺寸；通过在楔块底部设置与之配合的适形保护膜，使探头对工件纵向和横向曲率变化适应的更好。

技术领域

本发明属于无损检测领域，具体涉及一种不规则表面工件的残余应力超声测量探头。

背景技术

工件中的残余应力往往会导致工件疲劳失效、变形等，对工件的服役性能和尺寸精度均有很大影响。同时，残余应力集中的区域，往往是工件容易萌生裂纹的部位，对残余应力分布和残余应力水平的准确测量对于监控工件的服役状况具有十分重要的意义。

燃气轮机压气机叶片是燃气轮机对气体压缩做功的核心部件，其在运行过程中由于气流冲击力、离心力等的作用，叶片往往存在着复杂的应力状态，从而导致叶片局部产生应力集中，从而引发局部材料塑性变形产生残余应力。

目前最为常用的残余应力测量方法是临界折射纵波法，一般采用一发一收形式的超声检测方式进行应力测量。但是对于压气机叶片等表面为不规则形状的工件，由于其复杂多变的外形轮廓，严重影响了探头与工件表面的良好耦合，使得压气机叶片某些曲率变化较大的部位的残余应力测量变的难以实施。

为克服以上缺点，设计了一种不规则表面工件的残余应力超声测量探头，以达到与曲率变化较大的工件表面进行良好耦合，实现对不规则表面工件残余应力高精度超声检测。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种不规则表面工件的残余应力超声测量探头，克服了不规则表面工件超声探头耦合不良的缺陷，使超声测量探头即使是在曲率变化较大的不规则表面也能良好耦合，实现了不规则表面工件残余应力的准确测量。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种不规则表面工件的残余应力超声测量探头，包括旋转连接杆，其两端分别一个超声探头，两个超声探头沿旋转连接杆的轴向中心对称设置，并且能够沿旋转连接杆的周向转动，其中一个发射探头，另一个为接收探头；

所述超声探头包括适形保护膜、用于对超声波横向聚焦的晶片和横向聚焦楔块；

所述适形保护膜位于横向聚焦楔块的底部，用于使横向聚焦楔块的底面与工件的表面完全贴合，晶片设置在横向聚焦楔块上，发射探头晶片的入射角和接收探头晶片的出射角能够产生临界折射纵波；

测量时，超声波经过发射探头的晶片聚焦后通过横向聚焦楔块传到至工件，再通过发射探头的横向聚焦楔块传到至晶片射出。

优选的，所述横向聚焦楔块远离旋转连接端的一端设置有斜面，晶片设置在斜面上。

优选的，所述晶片的表面为凸起的弧面。

优选的，所述适形保护膜为柔性膜。

优选的，所述适形保护膜的声阻抗应分别介于横向聚焦楔块和被检测工件之间。

优选的，所述适形保护膜的厚度为超声波波长的1/4，或1/4波长的整数倍。

优选的，所述横向聚焦楔块的上表面为凸起的弧面，使声阻抗沿弧面的径向从外侧向中心逐渐减小。

优选的，所述旋转连接杆包括相互套设的内杆和外杆，内杆和外杆能够相互转动，两个超声探头分别与内杆和外杆的端部固接。

优选的，所述内杆和外杆的套接端设置有轴向限位装置，用于对内杆和外杆的长度限位。