一种喷流液浸超声检测方法和喷液器

摘要

本发明一种喷流液浸超声检测方法和喷液器属于超声波无损检测技术领域，涉及一种喷流液浸超声检测方法和喷液器。检测方法中采用对称径向注流方式对耦合剂进行流动控制，保证注入流量及初始速度均匀性；在耦合剂流经通道上设置了双层多孔筛结构，实现双层整流，以获得稳定层流状态。喷液器由喷嘴、第一螺栓组件、第一密封圈、喷液器基体、第一注液嘴、探头卡套、第二密封圈和第二注液嘴组成。喷嘴反圆弧内廓，减小了因高压流动液体撞击内壁形成湍流的可能性，降低了超声传播通道上的湍流强度水平。喷液器中组件数量少，结构紧凑、简单。本发明用于聚焦型超声探头喷流液浸超声检测，实现零件在机、自动化检测，具有操作简单、结构可靠、效率高。

权利要求

1.一种喷流液浸超声检测方法，其特征是：检测方法中：

1)采用对称径向注流方式对耦合剂进行流动控制，以保证注入流量及初始速度的均匀性；其次，将喷嘴(1)內廓设计为反圆弧收缩廓形，并考虑聚焦型声场几何分布区域确定喷嘴(1)的出口直径，

2)采用双层整流模式，在耦合剂流经通道上设置了双层多孔筛结构，均布有若干个第二筛孔(h)的第一环形筛(c)安装在探头卡套(6)下部，将由喷液器基体（4）和探头卡套（6）的第一环形注液槽(b)形成的第一环形注液腔与第二环形注液腔(e)隔离，均布有若干个第一筛孔(g)的第二环形筛(d)安装在喷嘴(1)上部，将第二环形注液腔(e)与喷嘴内腔(f)隔离，将喷液器分解为三个注液空间，实现双层整流模式，以获得喷嘴内稳定层流状态。

2.依据权利要求1所述的一种喷流液浸超声检测方法，其特征是，检测方法采用的喷液器由喷嘴(1)、第一螺栓组件(2)、第一密封圈(3)、喷液器基体(4)、第一注液嘴(5)、探头卡套(6)、第二密封圈(8)和第二注液嘴(9)组成；喷嘴(1)内廓为反圆弧收缩廓形，即具有喷嘴内腔(f)，在喷嘴(1)上端开有第二环形筛(d)和第一筛孔(g)；安装有第二密封圈(8)的超声探头(7)上端安装在喷液器基体(4)的上中心孔中，超声探头(7)下端安装于探头卡套(6)的中部；探头卡套(6)安装于喷液器基体(4)的内腔；套装有第一密封圈(3)的喷嘴(1)安装在探头卡套(6)的台阶轴上；探头卡套(6)上开有第一环形注液槽(b)、第一环形筛(c)和第二筛孔(h)；喷嘴(1)通过4个周向均布的第一螺栓组件(2)安装到喷液器基体(4)下部；第一注液嘴(5)和第二注液嘴(9)分别通过螺纹安装在喷液器基体(4)的两侧螺纹孔中。

说明书

一种喷流液浸超声检测方法和喷液器

技术领域

[0001] 本发明属于超声波无损检测技术领域，特别涉及一种喷流液浸超声检测方法和喷液器。

背景技术

[0002] 喷流液浸超声检测是超声检测的重要方法之一。在检测过程中，浸没于耦合流场中的超声探头通过发射聚焦超声束和接收反射回波，对工件进行检测。该方法具有非接触、声波穿透力强、无损、灵敏度高、自动化程度高、操作简单、设备轻便等优势，可应用于大型复杂零件几何参量壁厚、内廓形等的在机检测。

[0003] 喷液器是喷流液浸超声检测系统的重要组成部分，其将泵入的耦合剂进行整流处理，形成稳定的高压射流液柱，一方面排除探头与被测件之间的空气，为超声波传播提供一个安全通道；另一方面提高声强在液/固界面的透射率，以获得被测件丰富的内部结构信息。若喷液器结构设计不合理，将导致超声传播液流通道中出现明显的局部或整体湍流现象，进一步引起超声束能量发散，导致反射回波信噪比明显降低，严重时甚至不能有效辨识出有用波形信号，造成检测失败。耦合流场的流动状态调控对于超声检测精度可靠性保证至关重要。因此，优化设计喷液器结构，有效控制耦合剂的流动状态，最大程度地降低耦合流场的湍流脉动速度，已成为喷流液浸超声检测迫切需要解决的关键问题之一。

[0004] 国内外学者对喷流液浸超声检测用喷液器的结构设计进行了研究。国内方面。2010年，韩赞东等在发明专利CN101672828A中发明了一种结构较为简单的喷水超声无损检测用喷嘴，然而由于喷嘴内廓形为圆锥形、进水方式为轴向进水，探头正前方湍流区域大、湍流强度高，导致湍流诱导的测量噪声显著。2012年，徐志农等在发明专利CN102680585A中基于Solidworks软件平台，提出了一种分层组合式喷水耦合装置的快速设计方法，以满足不同规格超声探头尺寸要求，结构具有一定的柔性，但是在设计时仅考虑了探头尺寸、超声波焦距等几何条件，未提及流场状态的约束。国外方面，1995年，K.R.Saripalli等在发明的专利US5432342中设计了一种面向非聚焦型超声探头的喷水器。为了避免超声波在喷水器内多重反射后带来杂波影响，一方面选用了具有吸波功能材料的多孔筛结构，另一方面在出水口增加了负角楔形结构，造成结构非常复杂、出水口湍流强度非常大，严重束缚了声波能量传播，测量稳定性差。

发明内容

[0005] 本发明主要解决的技术难题是克服现有喷液器结构存在的不足，面向聚焦型超声探头喷流液浸超声检测要求，针对耦合剂流动状态与流速协调控制难题，基于探头几何与流场状态混合约束，发明了一种喷流液浸超声检测方法和喷液器。采用双层多孔筛结构，实现了注入耦合剂的有效整流；喷嘴反圆弧内廓，减小了因高压流动液体撞击内壁形成湍流的可能性，降低了超声传播通道上的湍流强度水平；喷液器组件数量较少，结构紧凑、简单，便于组装，结构空间利用率高；可满足水、机油、切削液等不同粘度耦合剂的喷射流场要求；将该喷液器与超声探头集成装置安装在机床主轴上，可实现零件几何参量在机、自动化检测，提高了设备的功能集成度。

[0006] 本发明采用的技术方案是一种喷流液浸超声检测方法，其特征是：检测方法中：

[0007] 1采用对称径向注流方式对耦合剂进行流动控制，以保证注入流量及初始速度的均匀性；其次，将喷嘴1內廓设计为反圆弧收缩廓形，并考虑聚焦型声场几何分布区域确定喷嘴1的出口直径；

[0008] 2采用双层整流模式，在耦合剂流经通道上设置了双层多孔筛结构，均布有若干个第二筛孔h的第一环形筛c设计在探头卡套6下部，将由喷液器基体4和探头卡套6的第一环形注液槽b形成的第一环形注液腔与第二环形注液腔(e)隔离，均布有若干个第一筛孔g的第二环形筛d设计在喷嘴1上部，将第二环形注液腔e与喷嘴内腔f隔离，将喷液器分解为三个注液空间，实现双层整流模式，以获得喷嘴内稳定层流状态。

[0009] 一种喷流液浸超声检测方法，其特征是，检测方法采用的喷液器由喷1、第一螺栓组件2、第一密封圈3、喷液器基体4、第一注液嘴5、探头卡套6、第二密封圈8和第二注液嘴9组成；喷嘴1内廓为反圆弧收缩廓形，即具有喷嘴内腔f，在喷嘴1上端开有第二环形筛d和第一筛孔g；安装有第二密封圈8的超声探头7上端安装在喷液器基体4的上中心孔中，超声探头7下端安装于探头卡套6的中部；探头卡套6安装于喷液器基体4的内腔；套装有第一密封圈3的喷嘴1安装在探头卡套6的台阶轴上；探头卡套6上开有第一环形注液槽b、第一环形筛c和第二筛孔h；喷嘴1通过4个周向均布的第一螺栓组件2安装到喷液器基体4下部；第一注液嘴5和第二注液嘴9分别通过螺纹安装在喷液器基体4的两侧螺纹孔中。

[0010] 本发明的显著效果是：采用对称径向注液方式、反圆弧喷嘴内廓与双层多孔筛结构，保证了较为理想的层流状态；采用喷嘴反圆弧收缩廓形，耦合剂沿出口方向汇聚能力强，喷出的液柱刚度高；所发明的喷液器可用于聚焦型超声探头喷流液浸超声检测，具有操作简单、结构可靠、效率高的突出优点。

附图说明

[0011] 附图1为喷液器剖视图，附图2为喷嘴结构图，图3为探头卡套结构图。其中：1-喷嘴，2-第一螺栓组件，3-第一密封圈，4-喷液器基体，5-第一注液嘴，6-探头卡套，7-超声探头，8-第二密封圈，9-第二注液嘴，a-中心线，b-第一环形注液槽，c-第一环形筛，d-第二环形筛，e-第二环形注液腔，f-喷嘴内腔，g-第一筛孔，h-第二筛孔；

[0012] 附图4-在机超声测量示意图，其中：10-机床主轴，11-主轴转接机构，12-信号线，13-第二螺栓组件，14-喷液器，15-被测件。

具体实施方式

[0013] 下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式：先将喷液器14通过4个周向均布的第二螺栓组件13与主轴转接机构11连接，接着将主轴转接机构11安装到机床主轴10上，数控机床自动控制喷液器14与超声探头7按照预先设计的测量路径运动，测量被测件15，如附图4所示。

[0014] 为实现喷流液浸超声可靠检测，喷液器14须满足超声探头6聚焦型声场几何和耦合剂流场状态混合约束条件，一方面避免喷液器內廓与超声场干涉，另一方面提供稳定层流场及刚性液柱。

[0015] 喷液器结构组装：首先，将第二密封圈8套在超声探头7上部，并将超声探头7安装于探头卡套6的中部；其次，将套装有第一密封圈3的喷嘴1安装于探头卡套6下部的台阶轴上；然后，将喷嘴1、探头卡套6与超声探头7的组合体放入喷液器基体4的内部；再次，喷嘴1通过4个周向均布的第一螺栓组件2安装到喷液器基体4下部；最后，第一注液嘴5和第二注液嘴9分别通过螺纹安装在喷液器基体4的两侧，完成喷液器14组装，如附图1所示。在附图1中，喷液器的中心线a也是喷液器基体4和喷嘴1的中心线，第一环形注液腔是由喷液器基体4和探头卡套6的第一环形注液槽b形成的第一环形注液腔。

[0016] 耦合剂流动控制：如图1所示，首先采用对称径向注流以保证耦合剂注入流量及初始速度的均匀性。其次，将喷嘴1內廓设计为反圆弧收缩廓形，并考虑聚焦型声场几何分布区域确定喷嘴1的出口直径，一方面进入喷嘴1内腔f的耦合剂沿出口方向汇聚能力强，出口压力可保证，另一方面结构空间利用率高。对于晶片直径16mm、焦距96mm的聚焦型超声探头6，喷嘴1的直径为10mm。再次，在耦合剂流经通道上设置了双层多孔筛结构，如附图2、3所示。第一环形筛c设计在探头卡套6下部，将由喷液器基体4和探头卡套6的第一环形注液槽b形成的第一环形注液腔与第二环形注液腔e隔离，所述的第一环形筛c上均布80个直径为2mm的第二筛孔h；第二环形筛d设计在喷嘴1上部，将第二环形注液腔e与喷嘴内腔f隔离，所述的第二环形筛d上均布90个直径为2mm的第一筛孔g；进而，实现双层整流模式，使得进入喷嘴内腔的速度分布更为均匀，以获得喷嘴内稳定层流状态；因此，耦合剂首先通过第一注液嘴5和第二注液嘴9被高压泵入第一环形注液腔，然后通过探头卡套6上的第一环形筛c进入第二环形注液腔e，接着通过喷嘴1上的第二环形筛d进入喷嘴内腔f，最后被喷射出后形成液柱至被测件15上。

[0017] 在机测量过程：首先，信号线12穿过主轴转接机构11的辅助孔后与超声探头7连接；接着，主轴转接机构11通过4个周向均布的第二螺栓组件13安装在喷液器基体4的上部；并将主轴转接机构11安装到机床主轴10上；启动外部液压系统，数控机床自动控制超声测量装置按照预先设计的测量路径运动，上层采集系统自动存储测量数据，完成被测件15几何参量的在机自动测量。

[0018] 本发明耦合剂流场稳定、组件数量较少、结构紧凑，可满足水、机油、切削液等不同粘度耦合剂的喷射要求，为喷流液浸超声在机、自动检测提供可靠的喷液器，适用于各种尺寸型号的聚焦型超声探头，实用性强。