一种硬质合金压缸内部缺陷的检测方法

技术领域

本发明涉及超声波探伤技术领域，尤其涉及一种硬质合金压缸内部缺陷的检测方法。

背景技术

硬质合金压缸是人造金刚石合成的重要组成构件，它与两面顶组合成一个密闭腔体，石墨在这个腔体中经高温高压下长大成金刚石。因为其组成腔体较大，产量较高，加上合成金刚石品质较高，这种合成技术在当今引领世界的朝流。随着技术发展，合成腔体不断扩大，硬质合金的压缸与两面顶的直径不断扩大，生产的难度及风险随之加大。加上不断追求金刚石的品质，合成腔体的高温、高压的不断被升高，压缸与两面顶面临的工况随之更加恶化。为了确保生产的硬质合金的压缸内部质量稳定，这就要求有力的控制手段，超声检测是目前检测硬质合金内部缺陷的最有效方法之一。

硬质合金压缸因为密度大、直径大、厚度大，高度高，采用常规的手工操作检测难度大，易漏检、效率不高。采用水浸超声，因有一层水层，造成部分声能量衰减，检测缺陷的能力降低，辅助机械装置由于单重重，造价较大，整个检测成本较高。迄今为止未见硬质合金压缸内部缺陷的检测方法或相关文献、报道。研究硬质合金金压缸内部缺陷的检测方法具有重大意义。

鉴于此，有必要提出一种硬质合金压缸内部缺陷的检测方法以解决或至少缓解上述缺陷。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种硬质合金压缸内部缺陷的检测方法，旨在解决现有技术中难以对硬质合金压缸内部缺陷的检测的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种硬质合金压缸内部缺陷的检测方法，包括如下步骤：S10，根据被测硬质合金压缸的硬质合金材料制备同种材料的对比试块，对比试块的形状与被测硬质合金压缸的形状相同，在对比试块内设有对比检测孔和圆弧缺陷；根据被测硬质合金压缸的当前实际壁厚频率以及当前实际直径确定目标探头的探头种类、探头频率以及探头材质；确定目标探头组成的探头组的探头组数量以及每组探头组对应的目标探头的布置位置，确保被测硬质合金压缸被目标探头发出的声场覆盖；其中，目标探头布置在探轴上，多组目标探头沿探轴的周向依次布置；S20，利用对比试块对相控阵超声检测仪进行测试标定；S30，使被测硬质合金压缸与探轴同轴布置并利用机械传动使被测硬质合金压缸沿轴向移动穿过目标探头进而实现对被测硬质合金压缸的内部探伤，判断缺陷的情况。

进一步地，被测硬质合金压缸为圆环形结构体，被测硬质合金压缸的外径值为100～300mm，壁厚值为20～120mm，高度值不小于100mm，利用回收料改配成与被测硬质合金压缸相同的成分的对比试块，在压制过程中，在对比试块的压坯壁中心部位设置长度为10～20mm的铁丝圆弧，铁丝圆弧与压坯壁，铁丝圆弧经烧结、加工制成6.5～20mm圆弧缺陷；采用火花打孔的方式，从对比试块的压缸内侧打制一个孔深30mm、孔径0.2～0.4mm的横孔二，从对比试块的压缸内侧打制一个孔深2～10mm、孔径0.2～0.4mm的横孔三，从对比试块的压缸内侧打制一个孔深2～10mm、孔径0.2～0.4mm的横孔四，其中，横孔二、横孔三以及横孔四三个孔的中心点连线夹角成60°；对比试块的压缸内侧打制一个孔深5～10mm、直径0.2～0.4mm的横孔五，横孔五处于对比试块的压缸端口圆弧上。

进一步地，对比试块包括同轴布置的第一圆环缸体和第二圆环缸体，两个第二圆环缸体相对地处于第一圆环缸体的轴向两端，第一圆环缸体和第二圆环缸体的圆周外壁面平齐布置，第一圆环缸体具有等径通孔，第二圆环缸体具有沿第一圆环缸体朝向第二圆环缸体逐渐扩大的渐扩通孔，渐扩通孔的小径孔孔径与等径通孔的孔径相同，横孔二设于第一圆环缸体上，横孔三设于第一圆环缸体的等径孔孔内壁面上，横孔四设于第一圆环缸体的外壁面上，横孔五处于所第一圆环缸体的顶部的第二圆环缸体的渐扩孔孔内壁面上。

进一步地，探头材质为陶瓷复合材料。

进一步地，采用相控阵超声检测方法，选择合适的环形分割式相控阵探头使发出的声波聚焦的同时可实现偏转。

进一步地，环形分割式相控阵探头的聚焦深度范围为0～200mm，偏转范围0°～80°。

进一步地，探头组数量为1～3组，每组探头组包括3～6个目标探头；每组探头组的探头频率不同，探头种类包括面阵分割式探头，面阵分割式探头的频率为5MHZ～10MHZ，阵元数为5～128个，硬质合金压缸沿轴向穿过探轴时使目标探头被布置在被测硬质合金压缸的周向，确保声场全覆盖被测硬质合金压缸的周向。

进一步地，被测硬质合金压缸的外径值为150mm，壁厚值为60mm，高度值为100mm，根据目标探头的探头频率确定探头组数量为2组，每组探头组包括6个目标探头，其中一组探头组的类型为面阵分割式探头，频率为10MHZ，128阵元，另一组探头组的类型为环形分割式探头，频率为7.5MHZ，64阵元，目标探头的探头材质包括含有硫酸钡的陶瓷复合材料，两组探头组沿探轴的周向方向布置，目标探头的聚焦深度为0～60mm、偏转角度为33°～75°，确保被测硬质合金压缸的周向方向被目标探头发出的声场覆盖。

进一步地，被测硬质合金压缸的外径值为300mm，壁厚值为100mm，高度值为400mm，根据目标探头的探头频率确定探头组数量为2组，每组探头组包括6个目标探头，其中一组探头组的类型为环形分割式探头，频率为10MHZ，128阵元，另一组探头组的类型为环形分割式探头，频率为7.5MHZ，64阵元，目标探头的探头材质包括含有硫酸钡的陶瓷复合材料，两组探头组沿探轴的周向方向布置，目标探头的聚焦深度为0～60mm、偏转角度为33°～75°，确保被测硬质合金压缸的周向方向被目标探头发出的声场覆盖。

与现有技术相比，本发明所提供的一种硬质合金压缸内部缺陷的检测方法具有如下的有益效果：

本发明所提供的一种硬质合金压缸内部缺陷的检测方法，通过制作对比试块，对比试块与被测硬质合金压缸的材质相同，对比试块的结构形状与被测硬质合金压缸的结构形式相同，对比试块内设有对比检测孔和圆弧缺陷，利用对比试块对相控阵超声检测仪定标及检测灵敏度设置；根据被测硬质合金压缸的特性设计检测方法，确定目标探头的探头种类、探头频率、探头材质、探头组数量以及每组探头组对应的目标探头的布置位置，并且在检测过程中，设计目标探头固定，被测硬质合金压缸利用机械传动实现直穿入式前进，对被测硬质合金压缸实行全检，检测效率高，检测成本低，能检测硬质合金压缸内部￠0.3mm以上的缺陷。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明的硬质合金压缸内部缺陷的检测方法的流程图；

图2为本发明中被测硬质合金压缸的实物图；

图3为本发明中选择目标探头发出的声场模拟图；

图4为本发明中检测试块的结构示意图，其中，a为剖视图，b为截面轴测图；

图5为本发明中相控阵超声检测仪的探头零点调试图及声速测试图；

图6为实施例一中的第一组三个目标探头检测横孔二、横孔三以及横孔四的横孔波形图；

图7为横孔五的反射波形；

图8为实施例一中的3号样品的裂纹波形图；

图9为实施例二中2号样品孔洞波形图；

图10为实施例三中2号样品孔洞波形图。

本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

请参照附图1至图10，本发明提供一种硬质合金压缸内部缺陷的检测方法，包括如下步骤：S11，根据被测硬质合金压缸的硬质合金材料制备同种材料的对比试块，对比试块的形状与被测硬质合金压缸的形状相同，在对比试块内设有对比检测孔和圆弧缺陷；S12，根据被测硬质合金压缸的当前实际壁厚以及当前实际直径确定目标探头的探头种类、探头频率以及探头材质；确定目标探头组成的探头组的探头组数量以及每组探头组对应的目标探头的布置位置，确保被测硬质合金压缸被目标探头发出的声场覆盖；其中，目标探头布置在探轴上，多组目标探头沿探轴的周向依次布置；S20，利用对比试块对相控阵超声检测仪进行测试标定；S30，使被测硬质合金压缸与探轴同轴布置并利用机械传动使被测硬质合金压缸沿轴向移动穿过目标探头进而实现对被测硬质合金压缸的内部探伤，判断缺陷的情况。

本发明提供的硬质合金压缸内部缺陷的检测方法，通过制作对比试块，对比试块与被测硬质合金压缸的材质相同，对比试块的结构形状与被测硬质合金压缸的结构形式相同，对比试块内设有对比检测孔和圆弧缺陷，利用对比试块对相控阵超声检测仪定标及检测灵敏度设置；根据被测硬质合金压缸的特性设计检测方法，确定目标探头的探头种类、探头频率、探头材质、探头组数量以及每组探头组对应的目标探头的布置位置，并且在检测过程中，设计目标探头固定，被测硬质合金压缸利用机械传动实现直穿入式前进，对被测硬质合金压缸实行全检，检测效率高，检测成本低，能检测硬质合金压缸内部￠0.3mm以上的缺陷。

可以理解地，本发明中的步骤S10包括步骤S11和S12，可以是在制作对比试块后确定探头种类、探头频率、探头组数量以及每组探头组对应的目标探头的布置位置；也可以是先确定探头种类、探头频率、探头组数量以及每组探头组对应的目标探头的布置位置后制作对比试块后，在此不做具体限定。可选地，本发明提供的硬质合金压缸内部缺陷的检测方法，采用相控超声检测手段，选择一种相控阵分析检测软件，使多组探头组(每一组探头组包括多个目标探头)发出的声场覆盖被检硬质合金压缸内部的周向为目标，为实现这个目标，根据被测硬质合金压缸内部的壁厚值、直径值，合理设计选择合适的探头种类、探头数量、探头分组、目标探头的放置方式、目标探头的聚焦深度及探头的偏转角度等。在检测过程中，目标探头固定不动，利用简单的机械传动带动被测硬质合金压缸沿直线前进，压缸自动直穿入，能检测整个被测硬质合金压缸的内部，检测能力达到￠0.3mm以上内部缺陷，效率高，成本实惠，易实现自动化检测。在某些具体实施方式中，用二组聚焦探头，每组6个目标探头，每组探头组的频率不同，每组探头组同时发射、同时接收，设计目标探头固定不动，声场固定，被测硬质合金压缸产品靠机械传动，自动进入固定声场，使声场覆盖被检被测硬质合金压缸的内腔。

通过研究发现，专利申请号为202111023596.3，申请名称为“一种硬质合金六面顶锤斜面内部缺陷检测方法”的发明专利；专利申请号为201810972912.3，申请名称为“一种硬质合金轧辊内部缺陷检测方法”的发明专利；专利申请号为201910739267.5，申请名称为“正方网格相控阵超声检测阵列激发与检测混凝土缺陷的方法”的发明专利，采用了相控阵超声仪进行探伤检测，其公开的方案均是依靠探头的移动进行探伤，并未公开上述技术方案。

可以理解地，本发明采用的被测硬质合金压缸利用机械传动实现直穿入式前进穿过探轴和目标探头，对高度值不小于100mm的硬质合金压缸进行内部缺陷检测，能检测硬质合金压缸内部￠0.3mm以上的缺陷；本发明的硬质合金压缸内部缺陷的检测方法在具体实施时，选择硬质合金压缸作为检测样品，制作对比试块，保证对比试块和检测样品的材质相同；在对比试块的内部设置同心圆弧缺陷，且在对比试块上制造出若干孔洞(对比检测孔)，利用对比试块对相控阵超声检测仪进行定标、灵敏度的调试、缺陷漏检验证及变形部位缺陷的检测能力；根据被测硬质合金压缸的壁厚、直径，选择目标探头的种类，频率、数量及目标探头的材质，根据软件的要求，合理安排探头组的组数及每组探头组中目标探头的放置位置，确保被测硬质合金压缸被目标探头发出的声场覆盖。

可以理解地，为了满足声波能覆盖被测硬质合金压缸的周向方向，必须选择相控阵合适的探头种类，确保其发出声波在聚焦的同时可实现偏转。探头种类包括面阵分割式探头、环形分割式探头等。

进一步地，被测硬质合金压缸为圆环形结构体，被测硬质合金压缸的外径值为100～300mm，壁厚值为20～120mm，高度值不小于100mm，利用回收料改配成与被测硬质合金压缸相同的成分的对比试块，在压制过程中，在对比试块的压坯壁中心部位设置长度为10～20mm的铁丝圆弧，铁丝圆弧与压坯壁，铁丝圆弧经烧结、加工制成6.5～20mm圆弧缺陷；采用火花打孔的方式，从对比试块的压缸内侧打制一个孔深30mm、孔径0.2～0.4mm的横孔二，从对比试块的压缸内侧打制一个孔深2～10mm、孔径0.2～0.4mm的横孔三，从对比试块的压缸内侧打制一个孔深2～10mm、孔径0.2～0.4mm的横孔四，其中，横孔二、横孔三以及横孔四三个孔的中心点连线夹角成60°；对比试块的压缸内侧打制一个孔深5～10mm、直径0.2～0.4mm的横孔五，横孔五处于对比试块的压缸端口圆弧上。可以理解地，本发明中，横孔二可以是预留孔，横孔三在对比试块的内侧壁面上且处于轴向中截面上，横孔二、横孔三以及横孔四三个孔的中心点连线夹角成60°。对比试块中的圆弧缺陷可以调试设备，测试硬质合金的压缸的声速，调试设备、探头的零点；对比试块中的横孔二、横孔三以及横孔四的位置设计，可以判断声波能否覆盖整个被测硬质合金压缸周向，以对比试块中横孔三的反射波幅度的80％时的衰减器读数设计为检测起始灵敏度；对比试块中的横孔五验证被测硬质合金压缸的变径口(渐扩孔)的缺陷能检测。

更优地，对比试块包括同轴布置的第一圆环缸体和第二圆环缸体，两个第二圆环缸体相对地处于第一圆环缸体的轴向两端，第一圆环缸体和第二圆环缸体的圆周外壁面平齐布置，第一圆环缸体具有等径通孔，第二圆环缸体具有沿第一圆环缸体朝向第二圆环缸体逐渐扩大的渐扩通孔，渐扩通孔的小径孔孔径与等径通孔的孔径相同，横孔二设于第一圆环缸体上，横孔三设于第一圆环缸体的等径孔孔内壁面上，横孔四设于第一圆环缸体的外壁面上，横孔五处于所第一圆环缸体的顶部的第二圆环缸体的渐扩孔孔内壁面上。

进一步地，探头材质为陶瓷复合材料。通过采用探头材质为陶瓷复合材料，其声学性能与硬质合金声学性能接近，其曲率与被捡硬质合金的曲率相同，减少声能在传播过程中的损失，耐磨且有弹性，能确保探头与被检硬质合金压缸的周向内壁面充分接触，使目标探头发出的声能能较大传入到被测硬质合金压缸内部，确保其检测缺陷的能力。

进一步地，采用相控阵超声检测方法，选择合适的环形分割式相控阵探头，使其发出的声波聚焦的同时可实现偏转。

进一步地，应检测缺陷能力要求，根据被测硬质合金压缸的壁厚，设计环形分割式相控阵探头的聚焦深度范围为0～200mm，偏转范围0°～80°。在具体实施时，环形分割式相控阵探头的聚焦深度范围为0～200mm，偏转范围0°～80°。

进一步地，探头组数量为1～3组，每组探头组包括3～6个目标探头；每组探头组的探头频率不同，探头种类包括面阵分割式探头，面阵分割式探头的频率为5MHZ～10MHZ，阵元数为5～128个，硬质合金压缸沿轴向穿过探轴时使目标探头被布置在被测硬质合金压缸的周向，确保声场全覆盖被测硬质合金压缸的周向。可以理解地，在进行探伤时，被测硬质合金压缸穿过探轴，目标探头的声场全覆盖硬质合金压缸的周向内壁面。

进一步地，被测硬质合金压缸的外径值为150mm，壁厚值为60mm，高度值为100mm，根据目标探头的探头频率确定探头组数量为2组，每组探头组包括6个目标探头，其中一组探头组的类型为面阵分割式探头，频率为10MHZ，128阵元，另一组探头组的类型为环形分割式探头，频率为7.5MHZ，64阵元，目标探头的探头材质包括含有硫酸钡的陶瓷复合材料，两组探头组沿探轴的周向方向布置，目标探头的聚焦深度为0～60mm、偏转角度为33°～75°，确保被测硬质合金压缸的周向方向被目标探头发出的声场覆盖。实现了对外径值为150mm，壁厚值为60mm，高度值为100mm的被测硬质合金压缸的内部缺陷的检测，并且能检测硬质合金压缸内部￠0.3mm以上的缺陷。

进一步地，被测硬质合金压缸的外径值为300mm，壁厚值为100mm，高度值为400mm，根据目标探头的探头频率确定探头组数量为2组，每组探头组包括6个目标探头，其中一组探头组的类型为环形分割式探头，频率为10MHZ，128阵元，另一组探头组的类型为环形分割式探头，频率为7.5MHZ，64阵元，目标探头的探头材质包括含有硫酸钡的陶瓷复合材料，两组探头组沿探轴的周向方向布置，目标探头的聚焦深度为0～60mm、偏转角度为33°～75°，确保被测硬质合金压缸的周向方向被目标探头发出的声场覆盖。实现了对外径值为300mm，壁厚值为100mm，高度值为400mm的被测硬质合金压缸的内部缺陷的检测，并且能检测硬质合金压缸内部￠0.3mm以上的缺陷。

本发明提供三种具体实施例如下：

实施例一

本发明提供一种硬质合金压缸内部缺陷检测方法，以被测硬质合金压缸的圆周内壁面为检测面，选择3件硬质合金压缸为检测样品,其壁厚为60mm、直径为150mm，高度为100mm，样品材料为回收料。其编号为1～3。

一，制作对比试块，对比试块具体其结构如图4所示，根据被检压缸的试块的壁厚、直径，按探头频率设计2组，每组6个探头，一组探头的类型为面阵分割式探头10MHZ，128阵元，一组类型为环形分割式探头7.5MHZ，64阵元，其材质含有硫酸钡的陶瓷复合材料，将两组探头分别沿探轴(被测试块)的周向方向放置，设计探头聚焦深度为0～60mm、偏转角度为33°～75°，确保压缸试块(对比试块)的周向方向被探头发出的声场覆盖。

利用对比试块中的圆弧缺陷调试每组探头的零点及硬质合金的声速；以对比试块中的反射波幅度的80％时的衰减器读数设计为检测起始灵敏度，检测试块中的横孔二、横孔三以及横孔四(如图6)，检测压缸开口处的横孔五(如图6)。

二，样品的测定

将调试好的布置在探轴上的探头贴合在被检压缸的圆周面上，探头固定不动，利用机械传动，压缸自动直穿入式前进。记录检测结果，检测结果见表1。

表1检测结果

此实施例能检测压缸3个样品的内部质量，检测方法简单，结果比较直观，效率高，图8为3号样品裂纹波形图。

实施例二

本发明提供一种硬质合金压缸内部缺陷检测方法，以被测硬质合金压缸的圆周内壁面为检测面，选择3件压缸为检测样品,其壁厚为120mm、直径为300mm，高度为400mm，样品材料为回收料。其编号为1～3。根据样块的壁厚，直径按探头频率设计2组，每组6个探头，一组探头的类型为环形分割式探头10MHZ，128阵元，另一组类型为环形分割式探头7.5MHZ，128阵元，其材质含有硫酸钡的陶瓷复合材料。遵循实例一的检测步奏，进行检测，检测结果如下表2。

表2检测结果

此实施例能检测压缸3个样品的内部质量，检测方法简单，结果比较直观，效率高，图9为2号样品孔洞波形图。

实施例三

本发明提供一种硬质合金压缸内部缺陷检测方法，以被测硬质合金压缸的圆周内壁面为检测面，选择3件压缸为检测样品,其壁厚为120mm、直径为300mm，高度为400mm，样品材料为回收料。其编号为1～3。根据样块的壁厚，直径按探头频率设计2组，每组6个探头，一组探头的类型为环形分割式探头10MHZ，128阵元，另一组类型为环形分割式探头7.5MHZ，128阵元，其材质含有硫酸钡的陶瓷复合材料。遵循实例一的检测步奏，进行检测，检测结果如下表3。

表3检测结果

此实施例能检测压缸3个样品的内部质量，检测方法简单，结果比较直观，效率高，图10为2号样品孔洞波形图。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。