专利名称：一种绝缘子钢脚与铸锌环结合面无损检测方法
技术领域：
本发明涉及电力行业电瓷绝缘子钢脚无损检测技术领域，特别涉及绝缘子钢脚与铸锌环结合面质量的无损检测方法。
背景技术：
高压直流电力输送线路广泛使用的瓷绝缘子其钢脚外铸有锌环，钢脚与铸锌环结合面的质量直接关系绝缘子的使用寿命和线路的安全。
目前，生产上对绝缘子钢脚与铸锌环结合面质量的评价指标是结合面积率或缺陷面积率，分别代表良好结合面积或不良结合面积与总结合面积的比值。通行的检测方法是用拉伸试验机将钢脚拉伸至断裂，利用钢脚伸长时的颈缩使钢脚与铸锌环分离，然后根据铸锌环内壁状态目测其结合面积率或缺陷面率。由于采用破坏性检测，抽样率一般不大于10％，而大批量产品的日常检测是采用敲击钢脚产生回声，凭操作者耳朵的分辨能力和工作经验，推断其结合面质量。该方法工作效率低，劳动强度大，检测结果易受人为因素影响。
发明内容
本发明的目的是给出一种钢脚与铸锌环结合面缺陷面积率的无损检测方法，获得反映结合面质量的定量依据，以便对上述产品的质量进行科学、高效、全面和准确地自动检测，并以数字形式显示检测结果。
本发明的技术方案是根据超声无损检测原理进行构思和设计的，其发明目的是通过下述步骤和方法实现的。
一种绝缘子钢脚与铸锌环结合面无损检测方法它包括下列步骤1)待测工件按其圆柱中心线与旋转轴线重合放置。
2)发射探头、接收探头和待测工件之间保持一定的距离和位向关系。
3)探头与待测工件之间充满超声波耦合介质。
4)检测时，待测工件以匀角速度绕轴旋转2π整数倍弧度。
5)来自发射探头的超声脉冲经耦合介质折射入铸锌环内，转换成为横波，然后经上述结合面反射后进入接收探头。
6)检测时，保持工件旋转、超声脉冲发射和信号记录的同步关系，分别记录一次检测的超声同步脉冲总数和各缺陷部位的同步脉冲累计数。
7)显示检测结果。
实现上述方法的无损检测装置包括1)安装在机座轴承支架上的卡盘和主轴，卡盘在主轴上的位置可调节，由卡盘、工件下方的两个支撑轮和上方的压轮，保证工件在旋转轴线上绕轴旋转。
2)发射探头、接收探头安装于半圆环形探头架上，下支撑轮固定于探头架侧面，保证工件与探头的距离和位向关系。
3)U型水槽靠近轴承支架安装于机座上，既是耦合介质的容器，又用于固定探头架、压轮和拉力弹簧。
4)步进电机及其驱动电源，通过齿型皮带和带轮带动卡盘和工件旋转。
5)超声波探伤仪既为发射探头提供超声脉冲信号，又处理和显示接收探头的回波信号，同时向外输出同步脉冲，并根据接收回波、设定的阈值，输出失波和进波报警信号。
6)控制和记数电路，保证工件旋转、脉冲发射和信号处理的同步关系，记录检测过程的同步脉冲总数和各缺陷部位的同步脉冲累计数。
7)数码显示器，显示同步脉冲总数和各缺陷部位的同步脉冲累计数。
本发明的效果和益处是利用本发明能够对电瓷钢脚与铸锌环结合面质量进行无损、快速和全面的检测，并以数字形式给出检测结果，保证了产品的质量。
附图1是本发明一种绝缘子钢脚与铸锌环结合面无损检测方法原理图。
图中(1)电瓷钢脚，(2)镀锌层，(3)铸锌环，(4)U型水槽，(5)耦合介质，(6)线聚焦纵波发射探头，(7)平面接收探头，(8)半圆环形探头架。
附图2是检测过程超声波探伤仪荧光屏显示回波信号示意图。
图中a表示界面结合良好，b表示界面结合不良。(9)钢脚与热镀锌层之间的界面回波，(10)热镀锌层与铸锌环之间的界面回波，(11)失波报警阈值，(12)进波报警阈值。
附图3是装置的结构和相互连接关系示意图。
图中a、b是结构示意图，c是连接关系示意图。(13)工件下支撑轮，(14)工件上方压轮，(15)齿型皮带，(16)步进电机，(17)卡盘，(18)带轮，(19)带轮，(20)轴承支架，(21)脉冲发生器，(22)输出闸门，(23)功率放大器，(24)复位/启动电路，(25)控制信号发生器，(26)计数器，(27)报警状态辨别器，(28)数码显示器，(29)步进电机驱动电源，(30)同步脉冲，(31)压力杠杆，(32)拉簧，(33)超声波探伤仪，(37)失波报警闸门，(38)进波报警闸门，(39)隔离陷阱，(40)主轴，(41)卡盘位置紧固螺栓。
附图4是工件结构示意图。
图中(1)钢脚，(3)铸锌环，(34)热镀锌层，(35)热镀锌层与铸锌环之间的界面，(36)钢脚与热镀锌层之间的界面。
具体实施例方式
下面将结合各附图详细描述本发明的最佳实施方案。
如附图1。计算确定待测工件、探头之间的距离和位向关系，以待测工件圆柱中心线为旋转轴线，在铸锌环(3)轴向长度1/2处做垂直于上述轴线的平面，交轴线于0点，在此平面上以0为圆心，R为半径作半圆，过圆心0做两条射线交半圆M1、M2点，其夹角为G。线聚焦纵波发射探头(6)和平面接收探头(7)的发射和接收面中心位于M1和M2点，两探头圆柱中心线分别相对于射线和角G并沿上述半圆平面向外偏转角θ，发射探头(6)的焦线平行铸锌环(3)外圆柱母线。根据钢脚(1)直径d、铸锌环(3)直径D、探头(6)焦距f以及超声波在耦合水(5)中的声速CH2O，，在锌中的纵波声速CZnL和横波声速CZns计算如下声束在铸锌环(3)中发生临界折射的条件为(CH2O/sinαH2O)=(CZNL/sinZNL)]]>其中 为声束由水进入Zn的入射角， 为纵波在Zn中的折射角。令 (临界折射)则sinαH2O=(CZNL/CH2O)]]>又CH2O/SinαH2O=CZnS/SinβZnS]]>式中βZns横波在Zn中的折射角SinβZnS=CZnSSinαH2O/CH2O]]>令βZns＝β根据正弦定理(D/2)/Sin(∠AO‘O)＝(d/2)/Sinβ Sin(∠AO’O)＝(DSinβ)/d∠γ＝180°-∠β-∠AO‘O 根据余弦定理R2＝f2+(D/2)2-DfCos∠M1AO根据正弦定理R/Sin(∠M1AO)＝(D/2)/Sin∠θ∠G=2(∠αH2O-∠θ+∠γ)]]>发射探头(6)发射的纵波声束经耦合水(5)，被聚焦于铸锌环(3)的外表面，折射进入铸锌环(3)内部的声束全部转变为横波，经钢脚(1)和铸锌环(3)的结合面(2)反射的声束沿图示路径进入接收探头(7)。
由于钢脚铸锌环的生产工艺流程为先对钢脚进行热镀锌，然后再在其外面浇铸锌环，所以钢脚(1)与铸锌环(3)结合面的细微结构为双界面。如附图4。钢脚(1)与热镀锌层(34)之间为界面(36)；热镀锌层(34)与铸锌环(3)之间为界面(35)，热镀锌层厚度多控制在0.1mm左右。钢脚与铸锌环的界面结合质量主要取决于界面(35)的状态。
钢脚与铸锌环界面结合良好时，探头(7)收到的回波主要来自界面(36)的反射回波(10)，而界面(35)的反射回波(9)很低，如附图2-a；界面结合不良时，探头接收回波主要来自界面(35)的反射回波(9)，而界面(36)的反射回波(10)很低，如附图2-b所示。
根据上述分析和计算，如附图3-c，选择具有失波和进波双重报警功能的超声探伤仪(33)，将失波和进波报警闸门(38)、(37)分别锁定在回波(10)和(9)的前沿下方，中间保留有隔离陷阱(39)。
选取相当数量工件按此原理进行检测，解剖和统计分析，确定不同规格、不同界面结合质量要求产品的失波和进波报警阀值(11)、(12)。
如附图3，检测工件时，触发复位/启动电路(24)，产生一次复位/启动信号，使可预置步进电机旋转步数计数器(26)和数码显示器(28)同时清零，并使控制信号发生器(25)输出工作允许信号，这时脉冲发生器(21)产生的脉冲经过输出闸门分为两路输出，一路通过功率放大器(23)放大后，输入给步进电机驱动电源(29)控制步进电机(16)旋转；与此同时，另一路脉冲输入可预置步进电机旋转步数计数器(26)进行旋转步数计数，当旋转步数达到预定值时，该计数器发出指令给控制信号发生器(25)发出停止工作信号，封锁输出闸门(22)禁止脉冲输出。同时使计数显示器(28)停止计数，显示停止在当前值上，至此，完成一次检测，等待下次工作。计数显示器(28)中包含有两路计数器和显示器，一路计数和显示来自超声探伤仪的同步脉冲(30)作为脉冲总数，另一路则累计和显示经报警状态辨别器(27)选择、在失波和进波同时报警时的同步脉冲数作为界面结合不良部位的缺陷脉冲数，缺陷脉冲数与脉冲总数的比值代表此工件结合面的缺陷面积率。附图3 a，b是本发明装置的结构示意图，安装于U型水槽(4)底部的半圆环形探头架(8)用来固定探头(6)、(7)和工件下支承轮(13)；工件上方的压轮(14)则通过压力杠杆(31)和拉簧(32)固定于U型水槽(4)侧面；卡盘(17)用于装卡工件，它们的共同作用保证了工件与探头之间符合参量要求的距离和位向关系。步进电机(16)则通过齿型皮带(15)和带轮(18)、(19)带动卡盘(17)和钢脚(1)匀速旋转。轴承支架(20)用于安装主轴(40)，卡盘的轴向位置可调节以适应不同规格工件，并保证铸锌环位于探头上方，(41)是卡盘位置紧固螺栓，压力杠杆(31)可抬起和放下，方便工件装卡。
权利要求
1.一种绝缘子钢脚与铸锌环结合面无损检测方法，其特征是①待测工件按其圆柱中心线与旋转轴线重合放置；②发射探头、接收探头和待测工件之间保持一定的距离和位向关系；③探头与待测工件之间充满超声波耦合介质。
2.根据权利要求1所述的一种绝缘子钢脚与铸锌环结合面无损检测方法，其特征还在于①检测时，待测工件以匀角速度绕轴旋转2π整数倍弧度；②来自发射探头的超声脉冲经耦合介质折射入铸锌环内，转换成为横波，然后经上述结合面反射后进入接收探头；③检测时，保持工件旋转、超声脉冲发射和信号记录的同步关系。
全文摘要
本发明涉及电力行业电瓷绝缘子钢脚的无损检测技术领域，特别涉及绝缘子钢脚与铸锌环结合面质量的无损检测方法。其技术特征是待测工件和超声探头保持一定距离和位向，超声波经耦合介质在铸锌环内发生波型转换并保证只有折射横波向前传播，折射横波声束经结合面反射后进入接受探头，电机驱动钢脚转动规定弧度，线聚焦声束检测全部结合面；探伤仪输出同步脉冲和失波、进波报警信号；控制和计数电路同步记录检测过程的同步脉冲总数和失波、进波同时报警时的同步脉冲累计数，并显示缺陷面积率。本发明的效果和益处是能够对电瓷绝缘子钢脚与铸锌环质量进行无损、快速和全面的检测，并以数字形式给出检测结果，保证了产品的质量。
文档编号G01N29/04GK1410768SQ0213306
公开日2003年4月16日 申请日期2002年9月26日 优先权日2002年9月26日
发明者李喜孟, 邵建华, 谭家隆, 李喜良, 李萍, 于伟, 刘军民 申请人:大连理工大学, 大连电瓷配件厂