專利名稱：一種絕緣子鋼腳與鑄鋅環結合面無損檢測方法
技術領域：
本發明涉及電力行業電瓷絕緣子鋼腳無損檢測技術領域，特別涉及絕緣子鋼腳與鑄鋅環結合面質量的無損檢測方法。
背景技術：
高壓直流電力輸送線路廣泛使用的瓷絕緣子其鋼腳外鑄有鋅環，鋼腳與鑄鋅環結合面的質量直接關系絕緣子的使用壽命和線路的安全。
目前，生產上對絕緣子鋼腳與鑄鋅環結合面質量的評價指標是結合面積率或缺陷面積率，分別代表良好結合面積或不良結合面積與總結合面積的比值。通行的檢測方法是用拉伸試驗機將鋼腳拉伸至斷裂，利用鋼腳伸長時的頸縮使鋼腳與鑄鋅環分離，然后根據鑄鋅環內壁狀態目測其結合面積率或缺陷面率。由于采用破壞性檢測，抽樣率一般不大于10％，而大批量產品的日常檢測是采用敲擊鋼腳產生回聲，憑操作者耳朵的分辨能力和工作經驗，推斷其結合面質量。該方法工作效率低，勞動強度大，檢測結果易受人為因素影響。
發明內容
本發明的目的是給出一種鋼腳與鑄鋅環結合面缺陷面積率的無損檢測方法，獲得反映結合面質量的定量依據，以便對上述產品的質量進行科學、高效、全面和準確地自動檢測，并以數字形式顯示檢測結果。
本發明的技術方案是根據超聲無損檢測原理進行構思和設計的，其發明目的是通過下述步驟和方法實現的。
一種絕緣子鋼腳與鑄鋅環結合面無損檢測方法它包括下列步驟1)待測工件按其圓柱中心線與旋轉軸線重合放置。
2)發射探頭、接收探頭和待測工件之間保持一定的距離和位向關系。
3)探頭與待測工件之間充滿超聲波耦合介質。
4)檢測時，待測工件以勻角速度繞軸旋轉2π整數倍弧度。
5)來自發射探頭的超聲脈沖經耦合介質折射入鑄鋅環內，轉換成為橫波，然后經上述結合面反射后進入接收探頭。
6)檢測時，保持工件旋轉、超聲脈沖發射和信號記錄的同步關系，分別記錄一次檢測的超聲同步脈沖總數和各缺陷部位的同步脈沖累計數。
7)顯示檢測結果。
實現上述方法的無損檢測裝置包括1)安裝在機座軸承支架上的卡盤和主軸，卡盤在主軸上的位置可調節，由卡盤、工件下方的兩個支撐輪和上方的壓輪，保證工件在旋轉軸線上繞軸旋轉。
2)發射探頭、接收探頭安裝于半圓環形探頭架上，下支撐輪固定于探頭架側面，保證工件與探頭的距離和位向關系。
3)U型水槽靠近軸承支架安裝于機座上，既是耦合介質的容器，又用于固定探頭架、壓輪和拉力彈簧。
4)步進電機及其驅動電源，通過齒型皮帶和帶輪帶動卡盤和工件旋轉。
5)超聲波探傷儀既為發射探頭提供超聲脈沖信號，又處理和顯示接收探頭的回波信號，同時向外輸出同步脈沖，并根據接收回波、設定的閾值，輸出失波和進波報警信號。
6)控制和記數電路，保證工件旋轉、脈沖發射和信號處理的同步關系，記錄檢測過程的同步脈沖總數和各缺陷部位的同步脈沖累計數。
7)數碼顯示器，顯示同步脈沖總數和各缺陷部位的同步脈沖累計數。
本發明的效果和益處是利用本發明能夠對電瓷鋼腳與鑄鋅環結合面質量進行無損、快速和全面的檢測，并以數字形式給出檢測結果，保證了產品的質量。
附圖1是本發明一種絕緣子鋼腳與鑄鋅環結合面無損檢測方法原理圖。
圖中(1)電瓷鋼腳，(2)鍍鋅層，(3)鑄鋅環，(4)U型水槽，(5)耦合介質，(6)線聚焦縱波發射探頭，(7)平面接收探頭，(8)半圓環形探頭架。
附圖2是檢測過程超聲波探傷儀熒光屏顯示回波信號示意圖。
圖中a表示界面結合良好，b表示界面結合不良。(9)鋼腳與熱鍍鋅層之間的界面回波，(10)熱鍍鋅層與鑄鋅環之間的界面回波，(11)失波報警閾值，(12)進波報警閾值。
附圖3是裝置的結構和相互連接關系示意圖。
圖中a、b是結構示意圖，c是連接關系示意圖。(13)工件下支撐輪，(14)工件上方壓輪，(15)齒型皮帶，(16)步進電機，(17)卡盤，(18)帶輪，(19)帶輪，(20)軸承支架，(21)脈沖發生器，(22)輸出閘門，(23)功率放大器，(24)復位/啟動電路，(25)控制信號發生器，(26)計數器，(27)報警狀態辨別器，(28)數碼顯示器，(29)步進電機驅動電源，(30)同步脈沖，(31)壓力杠桿，(32)拉簧，(33)超聲波探傷儀，(37)失波報警閘門，(38)進波報警閘門，(39)隔離陷阱，(40)主軸，(41)卡盤位置緊固螺栓。
附圖4是工件結構示意圖。
圖中(1)鋼腳，(3)鑄鋅環，(34)熱鍍鋅層，(35)熱鍍鋅層與鑄鋅環之間的界面，(36)鋼腳與熱鍍鋅層之間的界面。
具體實施例方式
下面將結合各附圖詳細描述本發明的最佳實施方案。
如附圖1。計算確定待測工件、探頭之間的距離和位向關系，以待測工件圓柱中心線為旋轉軸線，在鑄鋅環(3)軸向長度1/2處做垂直于上述軸線的平面，交軸線于0點，在此平面上以0為圓心，R為半徑作半圓，過圓心0做兩條射線交半圓M1、M2點，其夾角為G。線聚焦縱波發射探頭(6)和平面接收探頭(7)的發射和接收面中心位于M1和M2點，兩探頭圓柱中心線分別相對于射線和角G并沿上述半圓平面向外偏轉角θ，發射探頭(6)的焦線平行鑄鋅環(3)外圓柱母線。根據鋼腳(1)直徑d、鑄鋅環(3)直徑D、探頭(6)焦距f以及超聲波在耦合水(5)中的聲速CH2O，，在鋅中的縱波聲速CZnL和橫波聲速CZns計算如下聲束在鑄鋅環(3)中發生臨界折射的條件為(CH2O/sinαH2O)=(CZNL/sinZNL)]]>其中 為聲束由水進入Zn的入射角， 為縱波在Zn中的折射角。令 (臨界折射)則sinαH2O=(CZNL/CH2O)]]>又CH2O/SinαH2O=CZnS/SinβZnS]]>式中βZns橫波在Zn中的折射角SinβZnS=CZnSSinαH2O/CH2O]]>令βZns＝β根據正弦定理(D/2)/Sin(∠AO‘O)＝(d/2)/Sinβ Sin(∠AO’O)＝(DSinβ)/d∠γ＝180°-∠β-∠AO‘O 根據余弦定理R2＝f2+(D/2)2-DfCos∠M1AO根據正弦定理R/Sin(∠M1AO)＝(D/2)/Sin∠θ∠G=2(∠αH2O-∠θ+∠γ)]]>發射探頭(6)發射的縱波聲束經耦合水(5)，被聚焦于鑄鋅環(3)的外表面，折射進入鑄鋅環(3)內部的聲束全部轉變為橫波，經鋼腳(1)和鑄鋅環(3)的結合面(2)反射的聲束沿圖示路徑進入接收探頭(7)。
由于鋼腳鑄鋅環的生產工藝流程為先對鋼腳進行熱鍍鋅，然后再在其外面澆鑄鋅環，所以鋼腳(1)與鑄鋅環(3)結合面的細微結構為雙界面。如附圖4。鋼腳(1)與熱鍍鋅層(34)之間為界面(36)；熱鍍鋅層(34)與鑄鋅環(3)之間為界面(35)，熱鍍鋅層厚度多控制在0.1mm左右。鋼腳與鑄鋅環的界面結合質量主要取決于界面(35)的狀態。
鋼腳與鑄鋅環界面結合良好時，探頭(7)收到的回波主要來自界面(36)的反射回波(10)，而界面(35)的反射回波(9)很低，如附圖2-a；界面結合不良時，探頭接收回波主要來自界面(35)的反射回波(9)，而界面(36)的反射回波(10)很低，如附圖2-b所示。
根據上述分析和計算，如附圖3-c，選擇具有失波和進波雙重報警功能的超聲探傷儀(33)，將失波和進波報警閘門(38)、(37)分別鎖定在回波(10)和(9)的前沿下方，中間保留有隔離陷阱(39)。
選取相當數量工件按此原理進行檢測，解剖和統計分析，確定不同規格、不同界面結合質量要求產品的失波和進波報警閥值(11)、(12)。
如附圖3，檢測工件時，觸發復位/啟動電路(24)，產生一次復位/啟動信號，使可預置步進電機旋轉步數計數器(26)和數碼顯示器(28)同時清零，并使控制信號發生器(25)輸出工作允許信號，這時脈沖發生器(21)產生的脈沖經過輸出閘門分為兩路輸出，一路通過功率放大器(23)放大后，輸入給步進電機驅動電源(29)控制步進電機(16)旋轉；與此同時，另一路脈沖輸入可預置步進電機旋轉步數計數器(26)進行旋轉步數計數，當旋轉步數達到預定值時，該計數器發出指令給控制信號發生器(25)發出停止工作信號，封鎖輸出閘門(22)禁止脈沖輸出。同時使計數顯示器(28)停止計數，顯示停止在當前值上，至此，完成一次檢測，等待下次工作。計數顯示器(28)中包含有兩路計數器和顯示器，一路計數和顯示來自超聲探傷儀的同步脈沖(30)作為脈沖總數，另一路則累計和顯示經報警狀態辨別器(27)選擇、在失波和進波同時報警時的同步脈沖數作為界面結合不良部位的缺陷脈沖數，缺陷脈沖數與脈沖總數的比值代表此工件結合面的缺陷面積率。附圖3 a，b是本發明裝置的結構示意圖，安裝于U型水槽(4)底部的半圓環形探頭架(8)用來固定探頭(6)、(7)和工件下支承輪(13)；工件上方的壓輪(14)則通過壓力杠桿(31)和拉簧(32)固定于U型水槽(4)側面；卡盤(17)用于裝卡工件，它們的共同作用保證了工件與探頭之間符合參量要求的距離和位向關系。步進電機(16)則通過齒型皮帶(15)和帶輪(18)、(19)帶動卡盤(17)和鋼腳(1)勻速旋轉。軸承支架(20)用于安裝主軸(40)，卡盤的軸向位置可調節以適應不同規格工件，并保證鑄鋅環位于探頭上方，(41)是卡盤位置緊固螺栓，壓力杠桿(31)可抬起和放下，方便工件裝卡。
權利要求
1.一種絕緣子鋼腳與鑄鋅環結合面無損檢測方法，其特征是①待測工件按其圓柱中心線與旋轉軸線重合放置；②發射探頭、接收探頭和待測工件之間保持一定的距離和位向關系；③探頭與待測工件之間充滿超聲波耦合介質。
2.根據權利要求1所述的一種絕緣子鋼腳與鑄鋅環結合面無損檢測方法，其特征還在于①檢測時，待測工件以勻角速度繞軸旋轉2π整數倍弧度；②來自發射探頭的超聲脈沖經耦合介質折射入鑄鋅環內，轉換成為橫波，然后經上述結合面反射后進入接收探頭；③檢測時，保持工件旋轉、超聲脈沖發射和信號記錄的同步關系。
全文摘要
本發明涉及電力行業電瓷絕緣子鋼腳的無損檢測技術領域，特別涉及絕緣子鋼腳與鑄鋅環結合面質量的無損檢測方法。其技術特征是待測工件和超聲探頭保持一定距離和位向，超聲波經耦合介質在鑄鋅環內發生波型轉換并保證只有折射橫波向前傳播，折射橫波聲束經結合面反射后進入接受探頭，電機驅動鋼腳轉動規定弧度，線聚焦聲束檢測全部結合面；探傷儀輸出同步脈沖和失波、進波報警信號；控制和計數電路同步記錄檢測過程的同步脈沖總數和失波、進波同時報警時的同步脈沖累計數，并顯示缺陷面積率。本發明的效果和益處是能夠對電瓷絕緣子鋼腳與鑄鋅環質量進行無損、快速和全面的檢測，并以數字形式給出檢測結果，保證了產品的質量。
文檔編號G01N29/04GK1410768SQ0213306
公開日2003年4月16日 申請日期2002年9月26日 優先權日2002年9月26日
發明者李喜孟, 邵建華, 譚家隆, 李喜良, 李萍, 于偉, 劉軍民 申請人:大連理工大學, 大連電瓷配件廠