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原文传递一种铝合金扁铸锭水浸式超声波检测系统及其使用方法

专利名称：	一种铝合金扁铸锭水浸式超声波检测系统及其使用方法
摘要：	本发明涉及一种铝合金无损检测系统，尤其涉及一种铝合金扁铸锭水浸式超声波检测系统及其使用方法。一种铝合金扁铸锭水浸式超声波检测系统，包括：超声波水槽(1)、活动支撑架(2)、水浸式相控阵超声波探头(4)、气泡刷(5)、Z方向运动轴(6)、Y方向轨道(7)、扫描桥架及电气系统(8)、探头线缆(9)、相控阵超声波仪(10)、X轴轨道(11)、工控机(13)、试块支架(15)。本发明实现针对不同类型的铝合金缺陷制定有区别性且高可重复性高可再现性的水浸式相控阵解决方案。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	广西;45
申请人：	广西南南铝加工有限公司
发明人：	郑许;卢祥丰;陈翊翀;何克准;彭斐;陆科呈;韦修勋;姚翔;张航;赵启淞;蒋秋妹
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-28T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-16T00:00:00+0800
申请号：	CN201910448775.8
公开号：	CN110133102A
代理机构：	广州市华学知识产权代理有限公司
代理人：	颜海良
分类号：	G01N29/04(2006.01);G;G01;G01N;G01N29
申请人地址：	530001 广西壮族自治区南宁市亭洪路55号
主权项：	1.一种铝合金扁铸锭水浸式超声波检测系统，其特征在于，所述系统包括：超声波水槽(1)、活动支撑架(2)、水浸式相控阵超声波探头(4)、气泡刷(5)、Z方向运动轴(6)、Y方向轨道(7)、扫描桥架及电气系统(8)、探头线缆(9)、相控阵超声波仪(10)、X轴轨道(11)、工控机(13)、试块支架(15)，其中，所述超声波水槽(1)底部设有用于承载待检测铝合金扁铸锭(3)的活动支撑架(2)，所述超声波水槽的一个侧壁和活动支撑架(2)之间设有试块支架(15)，用于承载超声波试块组(14)，所述超声波水槽(1)内中注有去离子水(12)作为超声波耦合剂；所述Z方向运动轴(6)的上端滑动连接在Y方向轨道(7)上，所述Z方向运动轴(6)的下端连接有气泡刷(5)，所述水浸式相控阵超声波探头(4)与Z方向运动轴(6)可旋转连接，且安装在气泡刷(5)与Z方向运动轴(6)连接处的下方，所述Y方向轨道(7)固定于扫描桥架及电气系统(8)上；所述探头线缆(9)一端与水浸式相控阵超声波探头(4)连接，另一端与相控阵超声波仪(10)连接；所述X轴轨道(11)包括两组，设于超声波水槽(1)两侧平行对称布置，所述扫描桥架及电气系统(8)滑动连接在X轴轨道上进行往返运动；所述扫描桥架及电气系统(8)与工控机(13)通讯连接，通过工控机(13)的人机界面实现人机互动。 2.根据权利要求1所述的铝合金扁铸锭水浸式超声波检测系统，其特征在于，所述水浸式相控阵超声波探头为一维线性相控阵超声波探头，所述水浸式相控阵超声波探头的相控阵晶元数64个～512个，相控阵晶元参数为高度10mm～25mm，宽度0.8mm～2mm，晶元间距0.1mm～0.2mm，当预期需要控制的缺陷类型为长宽比＜5的聚集态块状的粗大金属化合物、金属氧化物和铸造裂纹中的一种时，相控阵超声波探头频率1MHz～3.5MHz，当需要控制的缺陷类型为长宽比＞5的弥撒分布的片状金属化合物或疏松时，相控阵超声波探头频率10MHz～25MHz；所述相控阵超声波仪(10)性能参数为：脉冲上升时间＜8ns；发射电压100V±8％；通道增益变化＜3dB；等效输入噪音＜100nV/Hz1/2；接收延迟线性误差＜1％。 3.根据权利要求1所述的铝合金扁铸锭水浸式超声波检测系统，其特征在于，所述超声波试块组(14)和试块支架(15)具有以下特征：超声波试块组(14)的试块为具有跟被检材料具有相近铸造组织特征的铝合金圆柱形平底孔试块，超声波试块组(14)的试块制备原料需从半连续铸造制备的大规格铝合金铸锭上截取，试块制备原料截取位置至少距离铸锭起铸位置500mm，距离铸锭结束位置至少300mm，与矩形扁铸锭小面的距离为100mm～300mm，超声波试块组(14)的试块至少包含以下5个金属声程的试块：25.4mm、127mm、254mm、508mm、635mm，平底孔试块的钻孔深度为20mm～30mm，平底孔的直径为1.2mm±0.02mm；所述试块支架(15)有阶梯式平台，试块支架(15)将不同声程的超声波试块组(14)的上表面控制在同一水平高度上。 4.根据权利要求1所述的铝合金扁铸锭水浸式超声波检测系统，其特征在于，所述气泡刷(5)在Z方向上能够调节高度，所述气泡刷(5)数量为两个，所述气泡刷(5)对称分布在Z方向运动轴两侧；所述活动支撑架的承重设计为25t～35t，材质为304不锈钢，支撑架(2)的宽度为1000mm～2000mm，长度为5000mm～11000mm，所述活动支撑架(2)包括支脚和横向支撑梁，所述支脚数量为6～10个，高度为50mm～200mm，横向支撑梁数量为6～12根。 5.一种铝合金扁铸锭水浸式超声波检测系统的使用方法，其特征在于，所述使用方法包括如下步骤：步骤1上料：将待测铝合金扁铸锭放置于支撑架(2)上，控制超声波水槽(1)中的去离子水水平面高于铝合金扁铸锭(3)的上表面200mm～500mm；步骤2工艺设置：根据目标缺陷类型选择水浸式相控阵超声波探头(4)、进行水距调整、相控阵激发法则设置、设置滤波器参数、调整气泡刷(5)至恰当位置，根据被检测的铝合金扁铸锭(3)厚度设置信号监控闸门；步骤3制作距离-波幅DAC曲线：将水浸式相控阵超声波探头(4)移动至超声波试块组(14)上方，调整水距并将入射角调整至90°，将各个金属声程的超声波试块平底孔的信号波幅调整至满屏的并使用这些信号绘制距离-波幅DAC曲线；步骤4动态灵敏度校准：对超声波试块组(14)进行动态扫描，通过分析超声波C扫描图判断校准结果，如校准结果不合格，调整距离波幅DAC曲线或微调晶元增益补偿直至动态校准合格；步骤5设置扁锭扫描范围：设置扁锭扫描范围。设置超声波扫描范围100％覆盖被检测的扁锭；步骤6启动扫描；步骤7根据超声波C扫描图-缺陷解剖扫描电子显微镜分析数据库对被检测铝合金扁铸锭的超声波C扫描图进行评估；步骤8下料及后处理。 6.根据权利要求5所述的铝合金扁铸锭水浸式超声波检测系统的使用方法，其特征在于，步骤2所述的水距调整过程中，将水浸式相控阵超声波探头(4)至铝合金扁铸锭(3)上表面的距离设置为120mm～160mm，在制作距离-波幅DAC曲线、动态灵敏度校准、启动扫描、评估这4个过程中的水距保持一致，水距的公差为±2mm；步骤2所述的设置滤波器参数过程中，当预期需要控制的缺陷类型为长宽比＜5的聚集态块状的粗大金属化合物、金属氧化物和铸造裂纹中的一种时，滤波器的低通滤波器设置为0.5MHz～1MHz，高通滤波器设置为3.5MHz～5MHz，当需要控制的缺陷类型为长宽比＞5的弥撒分布的片状金属化合物或疏松时，滤波器的低通滤波器设置为5MHz～10MHz，高通滤波器设置为20MHz～30MHz。 7.根据权利要求5所述的铝合金扁铸锭水浸式超声波检测系统的使用方法，其特征在于，步骤2所述的设置信号监控闸门过程中，将铝合金扁铸锭的总厚度分成平均的2n+1个区域，所述n为自然数，每个区域分别使用一个信号闸门进行信号采集，信号采集方式设置为全波A扫描采集，最终每个闸门可以显示该扁铸锭厚度层区域内的超声波C扫描图，并且可以获取每个C扫描坐标点的超声波A扫描数据，每个闸门的起始和结束位置被设置为首尾相连，闸门的高度设置为满屏的0％～40％，采集靠近上表面区域信号的闸门的上表面盲区设置为5mm～20mm，采集靠近下表面区域信号的闸门的下表面盲区设置为10mm～30mm。 8.根据权利要求5所述的铝合金扁铸锭水浸式超声波检测系统的使用方法，其特征在于，步骤2所述的相控阵激发法则包括轮流激发自然聚焦的相控阵延迟法则和动态聚焦的相控阵延迟法则，设置动态聚焦法则使虚拟探头的人工聚焦点落在被检铝合金扁铸锭的上表面±10mm上，进行近场检测，使用自然聚焦的虚拟探头进行远场检测，每个虚拟探头由14个～20个晶元组成，电子扫描步进的晶元数小于虚拟探头晶元数的20％，且每个虚拟探头的最高能量点-6dB宽度范围与下一个时间序列激发的虚拟探头的最高能量点-6dB宽度范围重叠超过20％，选用的相控阵探头的频率为1MHz～3.5MHz时，虚拟探头由17个～20个晶片组成，选用的相控阵探头的频率为10MHz～25MHz时，虚拟探头由14个～17个晶片组成，扫描方向的速度应设置为小于150mm/s，步进方向的速度应设置为小于300mm/s。 9.根据权利要求5所述的铝合金扁铸锭水浸式超声波检测系统的使用方法，其特征在于，步骤4所述动态灵敏度校准所使用的闸门包括底波采集闸门和平底孔信号采集闸门，所述底波采集闸门的起始点设置在金属声程最小的试块的底表面回波的渡越时间点上，并将结束点设置在金属声程最大的试块的底表面回波的渡越时间点上，底波采集闸门的性质设置为采集最高波幅的信号，所述平底孔信号采集闸门为跟踪底波采集闸门，平底孔信号采集闸门的起始位置距离试块底表面回波31mm，结束位置距离试块底表面回波19mm。 10.根据权利要求5所述的铝合金扁铸锭水浸式超声波检测系统的使用方法，其特征在于，步骤7所述对超声波C扫描图进行评估具体方法是在根据被检铝合金的超声波C扫描特征与数据库中现有的超声波C扫描图进行比较，确定缺陷类型，然后与数据库中的同类型缺陷的铝合金超声波C扫描图比较，确定缺陷等级，对被检件进行解剖和扫描电子显微镜分析，收集相应数据，完善数据库。
所属类别：	发明专利