技术摘要：
本申请涉及残余应力无损检测技术领域，尤其涉及一种构件残余应力梯度无损检测装置。该无损检测装置包括多组对称设置的发射换能器和接收换能器，越靠近对称轴的发射换能器的激励频率越大；与多组发射换能器和接收换能器耦合连接的声楔块，声楔块的发射连通区和接收连通  全部
背景技术：
在对金属构件、复合材料构件的服役性能研究过程中，发现残余应力对其在强度、 疲劳寿命和尺寸稳定性等服役性能方面具有较大影响，故关于对构件残余应力的检测方面 的研究也十分重要。残余应力的检测分为无损检测、微损伤检测和有损伤检测三种，有损伤 检测和微损伤检测都会或多或少的对被检测构件造成致命、难以恢复的损伤，而无损检测 却可以做到在检测过程中不对被检测构件造成损害，具体可以采用超声波无损检测法，超 声波无损检测法是利用声弹性理论来构件内部残余应力的，其基本原理是构件内的残余应 力影响超声声波传播速度，如果是压缩残余应力，超声波速度会变快，如果是拉伸残余应 力，超声波速度会变慢，根据此原理可以测得构件内的残余应力值。 然后，目前，在超声波无损检测法的应用中，还没有可以同时检测同一构件不同渗 透深度的残余应力值的装置及方法，也无法同时获得同一构件不同梯度层的残余应力值的 变化，就无法监测到构件内部的残余应力沿深度方向分布的变化情况，无法对构件内部残 余应力的平衡状态进行监测和分析。
技术实现要素：
本申请提供了一种构件残余应力梯度无损检测装置，以解决无法同时检测构件不 同渗透深度的残余应力值的问题。 本申请所提供的一种构件残余应力梯度无损检测装置，包括： 多组发射换能器和接收换能器，彼此对称设置的一个所述发射换能器和一个所述 接收换能器为一组，各组的对称轴重合，不同组的所述发射换能器的激励频率不同，越靠近 所述对称轴的所述发射换能器的激励频率越大； 与多组所述发射换能器和所述接收换能器耦合连接的声楔块， 所述声楔块分为结构对称的发射连通区和接收连通区两部分，所述发射连通区和 所述接收连通区内分别穿过其顶面朝向其底面倾斜设有多组顶面开口、底面封口的圆柱形 的发射通道和接收通道，各所述发射通道的底面与所述发射连通区的底面的夹角和各所述 接收通道的底面与所述接收连通区的夹角均为第一临界角，彼此对称设置的一个所述发射 通道和一个所述接收通道为一组，多个所述发射换能器的发射端与多个所述发射通道的顶 部一一对应耦合连接，多个所述接收换能器的接收端与多个所述接收通道的顶部一一对应 耦合连接， 所述发射连通区及所述接收连通区的底面压紧于被检测构件的表面，二者接触面 布满耦合剂；以及 与多组所述发射换能器及所述接收换能器电连接的计算处理模块，用于获取残余 4 CN 111595938 A 说　明　书 2/8 页 应力参数及计算残余应力大小。 与现有技术相比，本申请提供了多组不同激励频率的发射换能器和接收换能器， 及与之一一对应耦合连接的声楔块的多组倾斜设置的发射通道和接收通道，可以同时得到 该被检测构件不同渗透深度对应的残余应力大小，具体的，每组的发射换能器的发射端发 射超声纵波穿过发射通道以第一临界角从声楔块底面入射到被检测构件表面产生超声临 界折射纵波并进入到其内部一定的渗透深度，再穿过声楔块底面及通过接收通道被该组的 接收换能器接收到，同时与该组的发射换能器及接受换能器电连接的计算处理模块获取到 对应的残余应力参数，进而计算得到该被检测构件对应的渗透深度的残余应力大小，再进 一步计算得出各梯度的残余应力大小。由于激励频率不同，超声纵波进入到被检测构件内 部的渗透深度不同，具体的激励频率越大，渗透深度越小，本申请所提供的多组发射换能器 和接收换能器及多组发射通道和接收通道可以同时分别获取被检测构件内部的不同渗透 深度的残余应力，进而可以获取被检测构件内部不同梯度的残余应力。本申请所提供的构 件残余应力梯度无损检测装置解决了无法同时检测构件不同渗透深度的残余应力值的问 题。 进一步的，所述发射连通区底面所在的平面与所述接收连通区底面所在的平面位 于同一平面上；或 所述发射连通区底面所在的平面与所述接收连通区底面所在的平面有角度的相 交设置。 这样可以用于检测表面为平直结构的被检测构件或表面为平面但有拐角的被检 测构件，且可以保证发射连通区及接收连通区的底面与被检测构件的表面压紧、贴合，保证 检测结果的可靠性。 进一步的，各所述发射通道的延长线与所述发射连通区底面相交的区域，以及各 所述接收通道的延长线与所述接收连通区底面相交的区域均设置为凸台结构，所述凸台结 构的底面压紧于所述被检测构件的表面。 由于声楔块底面与被检测构件的接触面积较大时，就须涂抹较多的耦合剂，而较 多的耦合剂所引起的耦合问题所导致的测量误差又比较严重，故须尽量减小声楔块底面与 被检测构件的接触面积，故前述设置为凸台结构的做法可以在不减小入射超声纵波声束能 量的前提下，而减小声楔块底面与被检测构件的接触面积，这样不仅可以提高耦合可靠性， 还可以很大程度上减小被检测构件变形引入的误差问题。 更进一步的，所述凸台结构的底面为曲面。 这样可以用于检测表面为曲面结构的被检测构件，且可以保证发射连通区及接收 连通区的底面与被检测构件的表面压紧、贴合，保证检测结果的可靠性。 进一步的，各所述发射通道及各所述接收通道的上部内侧壁设有环形螺纹，分别 与其对应的所述发射换能器的发射端及所述接收换能器的接收端螺纹连接。 这样可以进一步实现各发射通道与各发射换能器之间的良好耦合以及各接收通 道与各接收换能器之间的良好耦合。 更进一步的，各所述发射通道及各所述接收通道的下部内设有用于填充甘油的空 腔。 一方面增强密封性，另一方面，甘油对超声纵波的透声性能优于空气对超声纵波 5 CN 111595938 A 说　明　书 3/8 页 的透声性能，可以提高超声纵波的透声性能，过滤掉其他超声横波等，使更多及能量更强的 超声纵波通过该密封的充满甘油的空腔入射到被检测构件的表面及内部中，得到更准确的 检测结果。 更进一步的，所述空腔的侧壁设有通气孔及设有封闭所述通气孔的密封件。 这样当空腔内注满甘油后，将发射换能器及接收换能器挤压耦合连接进发射通道 及接收通道的过程中，部分溢出来的甘油可以从空腔的侧壁的通气孔流出，这样可以保证 空腔内充满甘油，保证其密封性，及有效避免注油不充分而引起的空气泡，进而有效防止超 声纵波通过空气传播，使其透声性能大打折扣的情况发生。 进一步的，距离所述对称轴最近的一组所述发射通道和所述接收通道之间设有一 贯通所述声楔块顶面及底面的隔离腔，所述隔离腔的中心轴与所述对称轴重合，所述隔离 腔内填充满磁铁材料。 充满磁铁材料的隔离腔可以起到很好的隔声作用，保证检测结果的准确性，有效 防止第一接收换能器直接最短距离直线接收到送声楔块内部传递过来的声波信号，而导致 接收到错误的被检测构件的残余应力参数，致使检测结果错误。 进一步的，至少一组所述发射通道的底面中点到所述接收通道的底面中点的距离 为15mm-35mm。 该数据经过多次实验校正，可以使超声纵波的信号强度和应力分辨率达到较优效 果，达到很好的的统一。 进一步的，所述声楔块采用有机玻璃材料制成。 这种有机玻璃材料易于加工，具有良好的机械性能，可以满足声楔块、的不同形状 的加工要求；其衰减系数较合适，即对于通过它而进入被检测构件的声能衰减不甚严重，由 有机玻璃材料制成的声楔块的另一个优点是与被检测构件的声耦合性好，通过适当的耦合 剂，便能方便、稳定地实现声耦合。 应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本 申请。 附图说明 图1为本申请第一种实施例所提供的无损检测装置的第一发射换能器和第一接收 换能器的使用状态图； 图2为本申请第一种实施例所提供的无损检测装置的第二发射换能器和第二接收 换能器的使用状态图； 图3为本申请第一种实施例所提供的无损检测装置的第三发射换能器和第三接收 换能器的使用状态图； 图4为本申请第二种实施例所提供的无损检测装置的第一发射换能器和第一接收 换能器的使用状态图； 图5为本申请第二种实施例所提供的无损检测装置的第二发射换能器和第二接收 换能器的使用状态图； 图6为本申请第二种实施例所提供的无损检测装置的第三发射换能器和第三接收 换能器的使用状态图； 6 CN 111595938 A 说　明　书 4/8 页 图7为本申请第三种实施例所提供的无损检测装置的第一发射换能器和第一接收 换能器的使用状态图； 图8为本申请第三种实施例所提供的无损检测装置的第二发射换能器和第二接收 换能器的使用状态图； 图9为本申请第三种实施例所提供的无损检测装置的第三发射换能器和第三接收 换能器的使用状态图； 图10为本申请第四种实施例所提供的无损检测装置的使用状态图； 图11为本申请第五种实施例所提供的无损检测装置的使用状态图。 附图标记： 11-第一发射换能器； 12-第二发射换能器； 13-第三发射换能器； 21-第一接收换能器； 22-第二接收换能器； 23-第三接收换能器； 30-声楔块； 31-发射连通区； 311-第一发射通道； 312-第二发射通道； 313-第三发射通道； 32-接收连通区； 321-第一接收通道； 322-第二接收通道； 323-第三接收通道； 33-凸台结构； 34-隔离腔； 2-被检测构件。 此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施 例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。