超声波直探头远场近底面盲区的检测方法及克服工件近底面缺陷的工件加工方法

摘要

本发明揭示了超声波直探头远场近底面盲区的检测方法及克服工件近底面缺陷的工件加工方法，包括试块准备步骤：根据测试需要，制作指定规格的检测试块；盲区测试步骤：在所述超声波直探头与检测试块之间施加适当耦合剂，将超声波直探头置于检测试块上表面上；移动所述超声波直探头依次检测不同深度的平底圆柱孔，并根据波形图判断不同深度的平底圆柱孔是否为超声波直探头的远场盲区。本方法操作简单，结果精确，通过合理制作检测试块，能够准确的测试出各种超声波直探头的远场盲区，适用性广，解决了直探头远场盲区检测技术缺失的问题；并且通过远场盲区的测量能够为产品设计人员设计加工余量提供准确的数据，保证产品加工质量，节约了加工成本。

说明书

技术领域

本发明涉及一种检测方法及工件加工方法，尤其是一种超声波直探头远场近底面盲区的检测方法及克服工件近底面缺陷的工件加工方法。

背景技术

超声检测是无损检测常规方法的一种，超声波直探头是超声检测中使用范围最广的探头，大量应用于石油、冶金、军工、铁道、航空、航天、特检、桥梁、船舶、建筑等领域铸件、锻件、焊接件等零件的检测，对于保障零件产品质量安全具有重要作用。

众所周知，在使用超声直探头远场进行检测时，经常会遇到一种情况，而该情况被广大无损检测人员忽视，甚至很少有人意识到，那就是近底面缺陷反射回波同工件本身底面反射回波之间的分辨问题，即超声波直探头检测远场近地面缺陷的盲区问题。

由于通常工件底面反射回波能量高，反射强烈，当在工件近底面一定范围内存在缺陷时，该范围内的缺陷反射回波靠近工件本身底面反射回波，两回波靠近达到一定距离时，检测人员从超声检测仪示波器上就无法分辨出缺陷反射波，而这时操作人员通常会认为只有底面反射回波，而没有缺陷回波，造成了缺陷漏检。特别是在工件厚度范围大的情况下，由于超声检测仪示波器时基线显示范围是一定的，厚度越大，显示的信息量就越大，盲区越大，给产品的使用造成了安全隐患。有的工件超声波检测之后，往往还需进一步加工为成品，也经常出现加工后缺陷露头的情况，造成了加工成本的浪费。因此，解决超声波直探头远场检测近地面盲区的测试问题，对于防止超声检测缺陷漏检、降低成本、为产品设计人员加工余量设计提供准确数据具有重要意义。

然而，目前还未发现公布的超声波直探头远场近底面盲区检测试块及方法，目前国内对于超声波直探头性能测试的标准主要有国家标准及行业标准，对于超声波直探头的性能指标主要有灵敏度余量、回波频率、回波长度、垂直线性、水平线性、声束宽度、声束偏移、分辨力及近场盲区等。已有的方法只能检测直探头近场盲区，近场盲区是由于超声波直探头始脉冲占宽，造成距离检测面一段距离范围内的缺陷反射回波与始脉冲重叠而无法分辨造成的，检测近场盲区的方法不适用于远场近底面盲区的检测。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种利用指定检测试块进行超声波直探头远场近底面盲区检测的方法及利用上述方法克服工件近底面缺陷的工件加工方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种超声波直探头远场近底面盲区的检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1，试块准备步骤：根据测试需要，制作指定规格的检测试块；

S2，盲区测试步骤：将超声波直探头置于检测试块上表面上，并在所述超声波直探头与检测试块之间施加耦合剂；移动所述超声波直探头依次检测不同深度的平底圆柱孔，并将平底圆柱孔的回波幅度调至仪器示波屏满刻度的指定高度；根据波形图判断不同深度的平底圆柱孔所对应的深度是否为超声波直探头的远场盲区。

优选的，所述的超声波直探头远场近底面盲区的检测方法，其中：在S1，试块准备步骤中，所述指定规格的检测试块包括长方体本体，所述本体上间隙开设有指定数量个指定尺寸的平底圆柱孔，所述平底圆柱孔下端开口位于所述本体的底面，且所述平底圆柱孔的底面为平行于本体底面的圆平面，所述圆平面的中心线垂直于本体的底面。

优选的，所述的超声波直探头远场近底面盲区的检测方法，其中：所述长方体本体的长度为150-300mm，宽度为40-50mm，高度为100-200mm。

优选的，所述的超声波直探头远场近底面盲区的检测方法，其中：所述平底圆柱孔的指定数量为3-7个，所述平底圆柱孔的指定尺寸包括直径（Ф）和深度，其中每个所述平底圆柱孔的直径（Ф）均为1-3mm，所述平底圆柱孔的深度依照指定比例递增或递减。

优选的，所述的超声波直探头远场近底面盲区的检测方法，其中：所述平底圆柱孔的指定数量为4个,每个所述平底圆柱孔的直径（Ф）均为2mm，所述平底圆柱孔的深度依次为1mm、2mm、3mm、4mm。

优选的，所述的超声波直探头远场近底面盲区的检测方法，其中：在所述S2，盲区测试步骤中，所述的耦合剂为机油。

优选的，所述的超声波直探头远场近底面盲区的检测方法，其中：在所述S2，盲区测试步骤中，将所述平底圆柱孔的回波幅度调至仪器示波屏满刻度的50%~90%。

优选的，所述的超声波直探头远场近底面盲区的检测方法，其中：所述S2，盲区测试步骤包括：

S21，水平测距标定步骤：将超声波直探头置于检测试块的完好部位，进行水平测距标定，得出无缺陷情况下的波形图作为参照；

S22，人工缺陷测试步骤:移动超声波直探头，逐一测量不同深度的平底圆柱孔，观察每次测量的平底圆柱孔反射回波与检测试块底面反射回波之间的波形情况，并将所得的波形图与S21，水平测距标定步骤中所得到的波形图进行对比；

S23，盲区确定步骤：当得出平底圆柱孔的反射回波后沿与底面反射回波的前沿相交的波谷是仪器示波器满屏刻度的指定值时，则认定所述平底圆柱孔的深度为所述超声波直探头的远场盲区。

优选的，所述的超声波直探头远场近底面盲区的检测方法，其中：在所述S22，人工缺陷测试步骤中，测试时按照平底圆柱孔深度递减的顺序进行。

优选的，所述的超声波直探头远场近底面盲区的检测方法，其中：在所述S23，盲区确定步骤中，当测得平底圆柱孔的回波后沿与底面反射回波的前沿相交的波谷低于仪器示波屏满刻度的10%，则该平底圆柱孔的深度即为该超声波直探头的远场盲区。

一种克服工件近底面缺陷的工件加工方法，包括以下步骤：

S11, 加工余量预留步骤：根据权利要求1-10任一所述的超声波直探头远场近底面盲区的检测方法测试得到超声波直探头的远场盲区，并在工件上端预留大于所述远场盲区深度的加工余量；

S12，底部切割步骤：工件加工成型后，将工件底部与所述远场盲区深度相同的部分切割，再将工件上部加工余量剩余高度的部分切割，得到最终成品。

本发明技术方案的优点主要体现在：

本方法操作简单，结果精确，通过合理制作检测试块，能够准确的测试出各种超声波直探头的远场盲区，适用性广，解决了直探头远场盲区检测技术缺失的问题；并且通过远场盲区的测量能够为产品设计人员设计加工余量提供准确的数据，这就避免了由于超声波直探头远场盲区造成近底面缺陷无法检出，在进一步加工为成品过程中出现缺陷露头等情况，造成产品质量低甚至报废的情况，保证产品加工质量，节约了加工成本。

通过将预留的加工余量设置为大于所述远场盲区的深度，不仅能够避免远场盲区中的缺陷，更进一步，在设置合理的条件下，可以有效的避免超声波直探头近场盲区的缺陷，进一步提高最终成品的质量。

附图说明

图1 是实施例中检测试块示意图；

图2是实施例中测试方法的示意图；

图3实施例中水平测距标定步骤所对应的波形图；

图4是实施例中测试4mm平底圆柱孔对应的波形图；

图5是实施例中测试3mm平底圆柱孔对应的波形图；

图6是实施例中测试3mm平底圆柱孔对应的波形图。

具体实施方式

本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

本发明揭示的一种超声波直探头远场近底面盲区的检测方法，包括如下步骤：

S1，试块准备步骤：根据测试需要，制作指定规格的检测试块；具体的，如附图1所示，所述指定规格的检测试块包括长方体本体1，长所述方体本体1具有正面11、上表面12、左端面13、右端面14、底面15和背面16，且上述各面均为平面，所述长方体本体1的长、宽、高可以根据实际检测需要进行设置，优选的，所述长方体本体1的长度为150-300mm，宽度为40-60mm，高度为100-200mm，本实施例中具体选择为长度200mm、宽度50mm、高度107mm。

所述本体1的底面15上间隙开设有4个指定尺寸的平底圆柱孔2，所述平底圆柱孔下端开口位于所述本体1的底面，且所述平底圆柱孔2的底面为平行于本体1底面的圆平面，所述圆平面的中心线垂直于本体1的底面；虽然本例中所述圆柱平底孔的数量为4个，但也可以根据实际检测精度要求进行调整，优选为至少3个，进一步优选为3-7个；且所述平底圆柱孔2之间的间隙可以等距设置，也可以不等距设置，满足不超过所述本体1的长度即可。

所述平底圆柱孔2的尺寸[直径（Ф）和深度]可以是满足实际缺陷尺寸及检测试块尺寸的任何值，优选直径（Ф）为1-3mm，本实施例中进一步优选为2mm；所述平底圆柱孔的深度依照指定比例递增；所述比例可以随检测精度要求设置，优选为0.5-1.5mm,本实施例中优选为1mm；所述平底圆柱孔2的最大深度也可以根据实际经验设置，优选为1-10mm，本实施例中优选为4mm，因此本实施例中所述平底圆柱孔2的深度从小到大依次为1mm、2mm、3mm、4mm。

S2，盲区测试步骤：如附图2所示，将超声波直探头置于检测试块上表面上，并在所述超声波直探头与检测试块之间施加适当耦合剂以保持稳定的声耦合，所述耦合剂可以是已知的各种耦合剂，如机油、变压器油、润滑脂、甘油、水玻璃（硅酸钠Na2SiO3）或者工业胶水、化学浆糊，本实施例中优选为机油。移动所述超声波直探头依次检测不同深度的平底圆柱孔，并将平底圆柱孔的回波幅度调至大于仪器示波屏满刻度的50%，优选为50%-90%；再根据每次测得的波形图判断对应的平底圆柱孔的深度是否为超声波直探头的远场盲区，具体的，其包括以下步骤：

S21，水平测距标定步骤：将超声波直探头置于检测试块的完好部位，进行水平测距标定，如附图3所示，得出无缺陷情况下的波形图作为参照；此时，整个波形图显示仅有始波和底面波（检测试块底面反射回波）。

S22，人工缺陷测试步骤:移动超声波直探头，逐一测量不同深度的平底圆柱孔，观察每次测量的平底圆柱孔反射回波与检测试块底面反射回波之间的波形情况，并将所得的波形图与S21，水平测距标定步骤中所得到的波形图进行对比。

S23，盲区确定步骤：当得出平底圆柱孔的反射回波后沿与底面反射回波的前沿相交的波谷是仪器示波器满屏刻度的指定值时，则认定所述平底圆柱孔的深度是否为所述超声波直探头的远场盲区。具体的，当判断平底圆柱孔的回波后沿与底面反射回波的前沿相交的波谷低于仪器示波屏满刻度的10%，则该平底圆柱孔的深度即为该超声波直探头的远场盲区。

在测试时，由于按照平底圆柱孔2深度递减的顺序进行，因此本实施例中首先测试深度为4mm的平底圆柱孔24，测得结果如附图4所示，通过与水平测距标定步骤得到的波形图比较可以看出，所述波形图中不仅显示出始波及底面波（检测试块底面反射回波），此时由于缺陷存在，波形图中还显示出了与底面波部分重叠的缺陷反射波，缺陷能够被有效的识别出来，即在此深度时，超声波直探头仍能检测到此缺陷，不是远场盲区。

接着测试深度为3mm的平底圆柱孔23，测得结果如附图5所示，通过与水平测距标定步骤得到的波形图比较可以看出，所述波形图中不仅显示出始波及底面波，此时由于缺陷存在，波形图中还显示出了与底面波部分重叠的缺陷反射波，只是相较于测试4mm平底圆柱孔得到的波形图，此时缺陷反射波与底面波重叠的面积显著增加，能够识别出的缺陷反射波面积较小，但通过肉眼仍能识别出缺陷反射波，即在此深度时，超声波直探头仍能检测到此缺陷，不是远场盲区。

进一步，测试深度为2mm的平底圆柱孔22，测得结果如附图6所示，此时，通过与水平测距标定步骤得到的波形图比较可以看出，本测试与水平测距标定结果相近，所述波形图中也仅仅显示出始波及底面波，此时虽然存在2mm的缺陷，但是由于缺陷与底面距离太近，缺陷反射波与底面波重叠，并被底面波完全覆盖，此时已无法从波形图中通过肉眼识别出缺陷反射波，即在此深度及以下深度时，即使存在缺陷，超声波直探头也无法识别出，此时2mm即为所述超声波直探头的远场盲区。

由上述过程可以看出，在本实施例中，在工件厚度为107mm情况下，对于距离底面不同距离的Ф2平底圆柱孔，当其深度为2mm时，超声检测仪已无法将其反射波与工件底面回波区分开。因此，在上述条件下，对于距离底面2mm范围内的所有小于等于Ф2的缺陷都无法通过超声检测发现，该距离2mm即可作为近地面盲区距离。因此，此时即不再需要进行深度为1mm的平底圆柱孔21的测试。

另一方面，由于工件近底面缺陷存在，而超声波直探头由于存在远场盲区又无法检测出这些缺陷以克服，也就导致在工件后续加工过程中，缺陷会影响最终产品质量的问题，因此为了解决上述问题，本发明进一步提出了一种利用上述超声波直探头远场近底面盲区的检测方法来克服工件近底面缺陷的工件加工方法，以保证最终产品的质量，其包括以下步骤：

S11, 加工余量预留步骤：根据所述的超声波直探头远场近底面盲区的检测方法测试得到超声波直探头的远场盲区，并在所述工件的上端预留大于所述远场盲区深度的加工余量，此处之所以加工余量设置为大于所述远场盲区的深度是考虑到超声波直探头近场盲区的存在，即由于近场盲区的存在，对于与超声波探头接触面一定范围内的缺陷也无法识别出，如果在近场盲区内存在缺陷也势必会影响产品质量；本实施例中测得远场盲区为2mm，此时，可预留的加工余量大于所述远场盲区，即大于2mm，进一步优选为大于等于所述远场盲区和近场盲区之和即可，如近场盲区为1mm,则加工余量可以是3mm或更大。

S12，切割步骤：工件加工成型后，将工件底部与所述远场盲区深度相同的部分切割，再将所述工件顶部与加工余量剩余的部分（加工余量-远场盲区）切割，即得到最终成品。在预留的加工余量合适的条件下，所的加工余量剩余部分的大小等于所述近场盲区的大小。

此时，虽然在盲区距离2mm范围内存在缺陷仍然无法分辨，即使此时远场盲区中存在缺陷，在保证工件上端没有缺陷的条件下，将工件底部与远场盲区高度相同的部分切割后，可以确保工件最终成品不存在缺陷，符合检测要求，保证最终成品的质量。

本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。