一种基于压电陶瓷的钢板损伤及焊缝缺陷检测方法及装置制造方法及图纸

一种基于压电陶瓷的钢板损伤及焊缝缺陷检测方法及装置，包括数据采集电脑分析终端(8)、信号发生与接收装置(7)、导线(5a)、“U”型骨架(1)、压电陶瓷磁力探头(2)。将“U”型骨架(1)吸附于待测钢板上；对压电磁力探头(2a)输入不同频率、幅值不变的交流电压激发其振动；机械波穿过被测钢板被压电磁力探头(2b)所接收，其接收到应力波的能量大小取决于被测钢板的损伤程度，材料的缺陷与损伤越严重，能量的衰减也就越大；根据实测需要变换测点位置，测量与计算各个测点的能量值并进行归一化处理转化为各测点的损伤指标；由损伤指标的大小确定损伤的程度以及损伤发生的准确位置。本发明专利技术可以快速准确地对钢材的缺陷与损伤进行定位以及量化分析，使用成本低廉、操作简单。检测装置利用磁力吸附的原理，适用于在实际复杂工程环境下应用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于压电陶瓷的钢板损伤及焊缝缺陷检测方法及装置
本专利技术涉及一种对钢结构的安全状态进行监测与评估的无损检测装置，尤其涉及一种利用压电陶瓷应力波对钢板的损伤及焊缝缺陷进行检测的方法及装置。
技术介绍
现代建筑中，钢结构的应用越来越多，对钢结构工程安全和质量的要求也越来越高。钢结构板材的连接失效与钢材的损伤累积是钢结构破坏的重要原因，损伤始于微小缺陷，并在荷载的作用下逐渐扩展直至造成构件的失效，而服役期间的突发失效往往会造成重大工程事故。因此，检测钢板中的各类缺陷并对缺陷与损伤的状况做出合理的评估显得尤为重要，是防止钢结构突发性破坏不可或缺的手段。同时，为了应对钢结构工程使用环境的复杂性，这种检测方法必须准确可靠，能够对结构实时在线地跟踪监测，并且让工程技术人员在实际工程中易于操作。无损检测技术是监测与评估钢结构工程质量的有效工具，目前，针对钢板损伤与焊缝连接的无损检测方法主要有：漏磁检测、磁粉检测、涡流检测、声发射检测和超声检测。不同的检测方法有着各自的适用条件，能够实现的检测目标也各不相同。漏磁检测方法利用磁传感器检测由钢板的缺陷向外部泄露的部分磁通量，这种方法易于实现自动化，检测时不需要耦合剂，也可实现缺陷的初步量化。但是漏磁检测也有一定的局限性，它只能检测近表面的缺陷，不适用用于表面有涂层或覆盖层的板材。涡流检测方法利用交流电电磁线圈在金属构件表面感应出涡流，通过探知涡流引起的磁场变化从而获得金属板件中缺陷的大小和位置信息。该方法所使用的探头体积较小，适于检测近表面的缺陷。但是，该方法容易受到环境因素的干扰，且由于检测过程较为复杂，检测效率较低。磁粉检测方法通过磁粉在缺陷附近漏磁场中的堆积来检测钢材表面的缺陷。钢材表面存在的缺陷会使缺陷附近的磁力线发生局部畸变而发生漏磁，漏磁所吸附的磁粉可以显示出缺陷的位置和大小。该方法灵敏度高，检测成本低，但是材料表面的状况对检测结果影响很大，且该方法对检测人员的检测经验与技术要求较高，因此检测效率低。钢材局部的损伤往往伴随着声发射，而声发射源发出的应力波在传播过程中携带有材料缺陷处的信息，因此，声发射检测方法可以用于分析钢材的损伤与缺陷情况。相对于前面几种方法，该方法的优点是可以实现实时在线监测，可以检测裂纹的发展过程。但是它的缺点也很明显，环境噪声对检测结果影响很大，一般在结构加载过程中才能进行检测，且对检测所得信息的解释与评估比较复杂。超声检测根据检测原理可以分为脉冲反射法和穿透法。前者利用超声波经过不同介质会产生反射的特性来探知损伤或者缺陷的位置及大小，后者依据超声波穿透试件之后的能量变化判断缺陷的状况。穿透法在检测区域的两侧有两个探头，一个发射，一个接收。超声检测方法具有穿透力强，检测灵敏度高，操作简单的优点。但是对于钢板缺陷的检测效率不高，受环境因素的影响较大，且对钢板表面的状况要求很高，一般须要涂抹耦合剂。
技术实现思路
本专利技术所要解决的主要技术问题是针对目前无损检测技术存在的缺点，提供一种用于检测钢板材损伤以及钢板焊缝缺陷的低成本、高精度、高效率方法。为解决上述
技术介绍
中存在的技术问题，本专利技术提供了一种针对钢材缺陷的检测装置以及检测方法。作为第一方面，一种基于压电陶瓷的钢板损伤及焊缝缺陷的检测设备，包括电脑分析终端8、信号发生与采集设备7、导线5a、检测装置，所述检测装置还包括“U”型骨架1、压电陶瓷磁力探头2及大阻尼垫块3，所述“U”型骨架1的两端紧固设有压电陶瓷磁力探头2，所述“U”型骨架1与所述压电陶瓷磁力探头2之间设有大阻尼垫块3，所述压电陶瓷磁力探头2由钕铁硼磁铁4和套盒6组成，所述磁铁4的一面粘有连接导线5a的压电陶瓷片5，所述磁铁4的另一面贴附于所述套盒6内的底部并进行封装，所述压电陶瓷片5的导线5a连接信号发生与采集设备7，所述信号发生与采集设备7连接于电脑分析终端8。本专利技术通过“U”型骨架上1的压电陶瓷磁力探头2来监测一定距离上钢板的材料特性，并且所述大阻尼垫块3能有效地隔断机械波的传播，从而避免了对监测信号的干扰。信号发生与采集设备7通过发送监测信号至所述压电陶瓷片5并通过钢板传播至“U”型骨架1的另一端的压电陶瓷片5，最终通过信号发生与采集设备7收集所述监测信号并反馈至电脑分析终端8进行分析处理。作为第二方面，一种基于压电陶瓷的钢板损伤及焊缝缺陷的检测方法，该方法包括以下步骤：步骤201，根据待测钢材料的待测点间的距离调整所述“U”型骨架1的压电陶瓷磁力探头一2a与压电陶瓷磁力探头二2b之间的距离，将“U”型骨架1放置于与待测钢材料等厚度同材质的钢材料上；步骤202，所述信号发射器7a发射固定幅值的扫频交流电压至压电陶瓷磁力探头一2a，激发所述压电陶瓷磁力探头一2a振动产生应力波；步骤203，所述压电陶瓷磁力探头二2b接收所述应力波，并以电压信号的形式由导线5a传送给信号接收器7b，在电脑分析终端8计算出该信号的能量值并记录为初始能量值；步骤204：将所述“U”型骨架1的压电陶瓷磁力探头一2a与压电陶瓷磁力探头二2b放置于待测钢板上，并实施步骤201至步骤203，计算出信号的能量值并记录为实测能量值；根据实测的需要变换测点，得到不同区域的实测能量值；步骤205：所述电脑分析终端8根据初始能量值与实测能量值，计算出被测区域的损伤指标，根据损失指标判断被测钢板材料是否有缺陷。结合第一方面，在第一方面可能的实现方式中的第一种可能为，所述“U”型骨架1横向宽度可调节，所述“U”型骨架1可调节位置处设有刻度。结合第一方面，在第一方面可能的实现方式中的第二种可能为所述信号发生与采集设备7包括信号发射器7a和信号接收器7b。结合第一方面，在第一方面可能的实现方式中的第三种可能为所述磁铁4为圆柱形钕铁硼强力磁铁4。结合第一方面，在第一方面可能的实现方式中的第四种可能为所述压电陶瓷片5同所述磁铁4通过环氧树脂粘连。结合第一方面，在第一方面可能的实现方式中的第五种可能为所述套盒6为圆柱形。结合第一方面，在第一方面可能的实现方式中的第六种可能为所述磁铁4采用硅胶封装于所述套盒6。结合第一方面，在第一方面可能的实现方式中的第七种可能为所述大阻尼垫块3为橡胶垫块。结合第一方面，在第一方面可能的实现方式中的第八种可能为所述“U”型骨架1为轻质材料或铝合金材料制成。与现有的无损检测技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术成本低廉、操作简单，对钢材的接触面只须做简单平整处理，无须涂抹耦合剂；使用磁力吸附的原理，检测装置安装方便，可重复使用，适用于在实际复杂工程环境下的应用，适用于高空作业；本专利技术利用压电陶瓷作为激发器与传感器，具有极高的灵敏度与精度；基于应力波能量计算原理，所定义的损伤指标可以方便地量化缺陷的大小，可以快捷地找到损伤或缺陷的具体位置；本专利技术可以广泛地应用于钢板的焊接质量检测，钢构件在施工与服役阶段的损伤检测，可以在线实时地对钢结构进行健康监测。附图说明图1为本专利技术的检测系统结构示意图；图2为本专利技术的检测方法流程图；图3为本专利技术的收集初始能量值的检测原理图；图4为本专利技术的收集实测能量值的测点布置图；图5为本专利技术的检测结果数据图；图6为本专利技术的压电陶瓷磁力探头结构示意图；图7为本专利技术的“U”型骨架宽度调节示意图；附图标记：1-“U”型骨架本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于压电陶瓷的钢板损伤及焊缝缺陷的检测装置，包括电脑分析终端(8)、信号发生与采集设备(7)、导线(5a)、监测装置，其特征在于：所述监测装置还包括“U”型骨架(1)、压电陶瓷磁力探头(2)及大阻尼垫块(3)，所述“U”型骨架(1)的两端紧固设有压电陶瓷磁力探头(2)，所述“U”型骨架(1)与所述压电陶瓷磁力探头(2)之间设有大阻尼垫块(3)，所述压电陶瓷磁力探头(2)由磁铁(4)和套盒(6)组成，所述磁铁(4)的一面粘有连接导线(5a)的压电陶瓷片(5)，所述磁铁(4)的另一面贴附于所述套盒(6)内的底部并进行封装，所述压电陶瓷片(5)的导线(5a)连接信号发生与采集设备(7)，所述信号发生与采集设备(7)同电脑分析终端(8)连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于压电陶瓷的钢板损伤及焊缝缺陷的检测装置，包括电脑分析终端(8)、信号发生与采集设备(7)、导线(5a)、监测装置，其特征在于：所述监测装置还包括“U”型骨架(1)、压电陶瓷磁力探头(2)及大阻尼垫块(3)，所述“U”型骨架(1)的两端紧固设有压电陶瓷磁力探头(2)，所述“U”型骨架(1)与所述压电陶瓷磁力探头(2)之间设有大阻尼垫块(3)，所述压电陶瓷磁力探头(2)由磁铁(4)和套盒(6)组成，所述磁铁(4)的一面粘有连接导线(5a)的压电陶瓷片(5)，所述磁铁(4)的另一面贴附于所述套盒(6)内的底部并进行封装，所述压电陶瓷片(5)的导线(5a)连接信号发生与采集设备(7)，所述信号发生与采集设备(7)同电脑分析终端(8)连接。2.一种基于压电陶瓷的钢板损伤及焊缝缺陷的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤201，根据待测钢材料的待测点间的距离调整所述“U”型骨架(1)的压电陶瓷磁力探头一(2a)与压电陶瓷磁力探头二(2b)之间的距离，将“U”型骨架1放置于与待测钢材料等厚度同材质的钢材料上；步骤202，所述信号发射器(7a)发射固定幅值的扫频交流电压至压电陶瓷磁力探头一(2a)，激发所述压电陶瓷磁力探头一(2a)振动产生应力波；步骤203，所述压电陶瓷磁力探头二(2b)接收所述应力波，并以电压信号的形式由导线(5a)传送给信号接收器(7b)，在电脑分析终端(8)计算出该信号的能量值并记...

【专利技术属性】
技术研发人员：许凯，陈晶，朱茜，宋钢兵，任长春，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42