一种对比试块及设计方法与流程

1.本发明涉及超声测试领域，具体涉及超声检测对比试块领域。


背景技术：

2.超声检测是发现金属锻件内部缺陷的有效方法，例如通过纵波检验胚料、锻件、挤压轧制件、各种连接件和复合材料，通过横波检验焊缝、管材和棒材等。
3.在超声检测过程中，需用到对比试块(reference standard)来确定超声检测灵敏度、验证检测方案有效性等。对比试块是具有简单几何形状人工反射体或模拟缺陷的已知固定特性的样块，通常具有规定的材质、表面状态、几何形状和尺寸，可用于超声检测设备设定和校准、缺陷评定等，是起到与待检测件相同作用的一种比较件。
4.带倒圆结构的金属锻件具有更节省材料、有利于热处理淬透性等优点。倒圆结构一般具有沿倒圆方向的第一曲率和沿圆周方向的第二曲率，在两种曲率的干扰下，超声波入射时更易发散。
5.目前针对倒圆结构的特殊锻件，一般需采用仿形扫查，使纵波垂直入射进入锻件。但由于入射面不同，倒圆结构中存在的弧面对于声束的反射情况与平面不同，可能使得锻件的检测结果与实际有较大差异，检测灵敏度变低，评价缺陷准确性较差，使得圆角结构表面无法与平表面入射的平底孔试块进行对比；且在实际操作的仿形扫查中，在倒圆结构的前提下，角度偏转步进后无法得到有效回波，因此检测范围可能无法覆盖倒圆结构的远场区域，造成漏检情况的发生。
6.基于上述介绍，有必要提出一种超声检测对比试块，以辅助带有倒圆结构的超声检测，保证检测的可达性和准确性。


技术实现要素：

7.本发明的一个目的是提供一种对比试块设计方法，能够设计出适合具有两种曲率的倒圆结构的对比试块，有效辅助倒圆结构的超声检测。
8.为实现上述目的的对比试块设计方法用于设计在超声检测中与待检测件进行对比的对比试块，所述待检测件具有倒圆结构，超声检测系统的倒圆圆心、检测灵敏度、有效声束宽度和表面分辨力已被确定。
9.该方法包括下列步骤：s1.根据所述待检测件上的倒圆尺寸，确定该对比试块的倒圆段的倒圆半径、倒圆厚度；s2.根据所述倒圆半径和所述倒圆厚度确定与所述倒圆段分别垂直和水平相切地连接的第一中空圆柱段和第二中空圆柱段的内径和外径；s3.根据所述倒圆半径、所述倒圆厚度、所述第一中空圆柱段和所述第二中空圆柱段确定倒圆段的内弧边的内弧长和外弧边的外弧长；s4.在所述倒圆段内设置多个平底孔，将所述平底孔的开口设置在所述倒圆段的外弧边上，将所述平底孔的轴线设置成与所述倒圆圆心和所述开口的连线重合，将所述平底孔的孔底面设置成垂直于所述轴线；s5.根据所述表面分辨力确定所述平底孔的最小埋深，根据所述检测灵敏度确定所述平底孔的直径，根据所述有效声束宽
度确定所述平底孔的最大间距。
10.在一个或多个实施例中，该方法还包括：s6.将部分所述平底孔设置成沿所述倒圆段的内弧边或外弧边方向设置和/或将部分所述平底孔设置成沿所述倒圆段的圆周方向设置，将部分所述平底孔设置成具有不同埋深。
11.在一个或多个实施例中，将所述平底孔的埋深范围设置成在所述倒圆厚度与所述最小埋深之间。
12.在一个或多个实施例中，所述倒圆厚度小于等于所述待检测件的实际倒圆厚度。
13.本发明的另一个目的在于提供一种对比试块，该对比试块使用上述对比试块设计方法，该对比试块包括：第一中空圆柱段；第二中空圆柱段；倒圆段，与所述第一中空圆柱段和所述第二中空圆柱段相切地连接，包括外弧边和内弧边；以及多个平底孔，周向地和/或弧向地设置在所述倒圆段上，所述平底孔的开口位于所述外弧边上，所述平底孔的轴线与倒圆圆心和所述开口的连线重合，所述平底孔的孔底面垂直于所述轴线，至少部分所述平底孔具有不同埋深。
14.在一个或多个实施例中，该对比试块包括第一组平底孔，所述第一组平底孔包含的多个平底孔沿所述外弧边或所述内弧边弧向地等间距分布，具有第一埋深，所述第一埋深等于最大埋深。
15.在一个或多个实施例中，该对比试块包括第二组平底孔，所述第二组平底孔包含的多个平底孔沿所述外弧边或所述内弧边等间距分布，具有第二埋深，所述第二埋深等于最小埋深。
16.在一个或多个实施例中，该对比试块包括第三组平底孔，所述第三组平底孔包含的多个平底孔沿所述倒圆段周向地等间距分布，具有不同埋深。
17.在一个或多个实施例中，该对比试块还包括第四组平底孔，所述第四组平底孔包含的多个平底孔的直径小于根据超声检测灵敏度确定的平底孔直径。
18.在一个或多个实施例中，部分所述平底孔为台阶孔。
19.在一个或多个实施例中，所述对比试块的材质与待检测件的材质相同或具有相近声衰特性。
20.上述对比试块设计方法能够设计出能同时带有倒圆曲率和圆周曲率的倒圆段，带有上述倒圆段的对比试块能够更为接近被检工件的特征，实现对倒圆结构的对照，保证该结构超声检测的可执行性。
21.还通过超声检测灵敏度、有效声束宽度和表面分辨力设计平底孔的直径、间距和埋深范围，使得该平底孔能够作为人工缺陷对照物，对诸如声束入射角度、扫查间距等检测参数进行验证和调整，保证检测参数的准确有效，以提高超声检测后续实践时的准确性和有效性。
22.还可以通过将对比试块的扫描结果与待检测件的扫描结果进行对照，对缺陷进行评价，得出缺陷当量大小，从而提高缺陷当量评价的准确性，提高超声检测质量。
附图说明
23.本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：
24.图1是对比试块的一个实施例的主视图。
25.图2是对比试块的一个实施例沿图1中a-a方向的剖视图。
26.图3是图2中n处的放大图。
27.图4是第二组平底孔的一个实施例的示意图。
28.图5是第三组平底孔的一个实施例的示意图。
29.图6是沿图1中b-b方向上的剖面的俯视图。
30.图7是对比试块设计方法的流程图。
31.附图标记说明
32.10、对比试块
33.11、第一中空圆柱段
34.12、第二中空圆柱段
35.13、倒圆段
36.15、第一中空腔
37.16、第二中空腔
38.40、平底孔
39.41、孔底面
40.42、开口
41.410、第一组平底孔
42.420、第二组平底孔
43.430、第三组平底孔
44.60、内弧边
45.70、外弧边
具体实施方式
46.下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。需要注意的是，这些以及后续其他的附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制。
47.超声检测是利用超声波与工件相互作用，就反射、透射和散射的波进行研究，对工件进行宏观缺陷检测、几何特性测量、组织结构和力学性能变化的检测和表征，并进而对其特定应用性进行评价的技术。
48.对于具有倒圆结构的待检测件，倒圆结构所产生的两种曲率使得声束的传播规律较为复杂，因此需要设计专门的对比试块，以提高超声检测对倒圆部件的可执行性。
49.对比试块是以特定方法检测特定工件时采用的试块，并设计人工反射体，如平底孔或槽等。因此，对比试块作为一种具有明确意义的参考反射体，通过将对比试块设置成与待检测件具有相似的声学特性和外形尺寸，并通过将针对对比试块的检测信号与对待检测件的检测信号进行比较，能够实现超声检测的校准、超声检测设备状态的调节或对缺陷当
量尺寸进行评估。
50.根据上述原理，本公开提出一种对比试块设计方法，依据带倒圆结构的待检测件对对比试块进行设计。
51.下面结合图7所示的流程图对该方法进行介绍。在设计前，检测系统的倒圆圆心o、检测灵敏度、有效声束宽度和表面分辨力已被确定。
52.需要说明的是，上述检测参数仅用于对比试块的设计，并非与检测系统检测待检测件时所使用的数据完全一致。
53.为便于理解，附图1至附图6给出了用于描述方位关系的坐标系，以z轴方向表示试块的轴向方向，以垂直于z轴方向表示试块的径向方向。此外，应当说明的是，下述介绍将使用特定词语来描述本技术的实施例，如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”，其意指与本技术至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本技术的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
54.参照图7所述，该方法首先进行步骤s1-s3，进行对比试块的尺寸确定。对比试块10的结构结合图1至图6理解。
55.根据待检测件上的倒圆尺寸，首先确定该对比试块10的倒圆段13的倒圆半径r、倒圆厚度h。倒圆半径r和倒圆厚度h由待检测件的大小决定，根据不同尺寸的待检测件上的倒圆结构决定倒圆段13的倒圆半径r和倒圆厚度h。
56.在一个实施例中，倒圆厚度h小于等于待检测件的实际倒圆厚度。即，倒圆厚度h可以与待检测件的实际倒圆厚度完全一致，以全部的还原待检测件尺寸。但在另一个实施例中，当待检测件的实际倒圆厚度过厚、需要在内外两个方向同时进行测量时才能覆盖全部倒圆段结构内部区域时，倒圆厚度h也可以小于待检测件的实际倒圆厚度，仅对倒圆结构的一部分内部区域的检测参数进行验证，此时仅要求倒圆半径r及其所形成的外弧边60的外弧长与待测件一致。
57.进行步骤s2，根据倒圆半径r和倒圆厚度h确定与倒圆段13分别垂直和水平相切地连接的第一中空圆柱段11和第二中空圆柱段12的内径和外径。
58.第一中空圆柱段11的在z轴方上的高度、第二中空圆柱段12在xy平面上的延伸长度根据实际需求进行确定，本方法不做限定，只要能够提供满足超声波探测范围的体积大小均可应用于本公开。
59.进行步骤s3，根据倒圆半径r、倒圆厚度h、第一中空圆柱段11和第二中空圆柱段12确定倒圆段13的内弧边60的内弧长l1和外弧边70的外弧长l2。
60.具体的，在确定倒圆半径r和倒圆厚度h后，基于第一中空圆柱段11和第二中空圆柱段12与倒圆段13相切的特性，能够计算出倒圆内弧长l1和倒圆外弧长l2。内弧长l1的计算公式为倒圆外弧长l2的计算公式为
61.经上述步骤设计出的对比试块可参照图1至图4理解，环形的倒圆段13与第一中空圆柱段11和第二中空圆柱段12相切地连接。内弧边60和外弧边70使得倒圆段13具有第一曲率a1，同时与第一中空圆柱段11和第二中空圆柱段12相切的圆周结构使得倒圆段13具有第
二曲率a2。倒圆段13包括内弧边60和外弧边70。内弧边60的长度为倒圆段13的内弧长l1，外弧边70的长度为倒圆段13的外弧长l2。
62.具体的，第一中空圆柱段11与倒圆段13在z轴方向上垂直地相切地连接，第一中空圆柱段11包括第一中空腔15，第一中空圆柱段11的外周面与倒圆段13相切于图4所示的t3点，内周面与倒圆段13相切于图3所示的t1点。
63.第二中空圆柱段12与倒圆段13在xy平面上水平地相切地连接，第二中空圆柱段12包括呈扩张状的第二中空腔16，第二中空腔16与第一中空腔15连通。第二中空圆柱段12的外周面与倒圆段13相切于图4所示的t4点，内周面与倒圆段13相切于图3所示的t2点。由此，倒圆段13与第一中空圆柱段11和第二中空圆柱段12相切地连接。
64.继续进行步骤s4，在倒圆段13上设置多个平底孔40，在倒圆段13上设置多个平底孔40，将平底孔40的开口42设置在位于倒圆段13的外弧边70上，将平底孔40的轴线设置成与倒圆圆心o和开口42的连线重合，各连线即为以倒圆圆心o为中心的半径方向，将平底孔40的孔底面41设置成垂直于轴线方向。超声入射方向与倒圆圆心o的半径方向一致，因此，平底孔40的孔底面41作为人工反射体，用于实现超声波的反射。
65.本公开中探测系统使用的超声波为纵波，进行垂直入射。倒圆圆心o与各个孔底面41的连线与超声波入射方向一致，即超声入射方向与倒圆圆心o起始的半径方向一致。检测灵敏度、有效声束宽度和表面分辨力由检测要求决定。
66.超声检测灵敏度是超声检测中整个检测系统发现最小缺陷的能力，如发现的缺陷越小，则超声检测灵敏度就越高。根据检测要求确定检测灵敏度，进而确定待检测缺陷的最小直径。
67.有效声束宽度与超声波分辨能力有关，同时有效声束宽度与扫查步进/间距共同决定了扫查的覆盖性，因此用于确定扫查间距t的范围。当探头扫射一组平底孔后出现部分平底孔未被辨别时，表明此时的检测参数不足以覆盖全部范围，容易造成漏检风险，因此需对有效声束宽度进行调整。
68.表面分辨力用于确定检测系统在工件的入射面附近可分辨缺陷与入射面的最小距离，表面分辨力跟探头、零件表面粗糙度等多种因素有关。表面分辨力能够确定探头所检测到的最浅缺陷。
69.继续进行步骤s5，根据由上所述的表面分辨力确定平底孔40的最小埋深d，根据检测灵敏度确定平底孔40的直径，根据有效声束宽度确定平底孔40的最大间距。
70.具体的，根据超声检测灵敏度确定部分平底孔的直径，如将平底孔40的直径设置为0.8mm，表示待检测缺陷的最小直径。
71.根据有效声束宽度确定相邻平底孔40沿孔底面41所在弧长上的最大间距，最大间距也表示扫查最大步进或扫查最大间距，扫查最大步进或扫查最大间距的数值为有效声束宽度的一定比例。
72.例如将间距设置为有效声束宽度的75％，或者设置为有效声束宽度的50％。由于扫查步进或扫查间距与有效声束宽度共同影响了扫查范围，将扫查步进或扫查间距设置的越大，声速重叠的越小，越容易导致声束的扫查覆盖面积降低，从而造成漏检风险。同时考虑到检测效率，扫查步进或扫查间距设置的不能太小，否则会使得单次扫描的有效面积过小，导致过低的检测效率。
73.因此，当减小扫查步进/间距也无法获取一组具有相同间距的所有平底孔的回波时，表示声束的覆盖性不佳，在该有效声束宽度下存在漏检区域，因此需要增大有效声束宽度这一检测参数，以保证倒圆段的各部分均能够被超声检测扫描范围覆盖。
74.根据表面分辨力，确定平底孔40的最小埋深d。孔底面41至内弧边60距离称为埋深，埋深为倒圆厚度h与平底孔40的孔深c之差。根据表面分辨力，平底孔40的孔深c不能超过h与d的差，否则埋深过浅，探测系统不能很好的分辨缺陷。最小埋深d根据不同探测设备有所不同，例如在一个实施例中，最小埋深d约为5mm或6mm。平底孔40的埋深范围设置成在倒圆厚度h与最小埋深d之间。
75.此外，在一个实施例中，受限于开孔设备和开孔操作，孔深c具有一最小值c0，即平底孔40的深度需大于c0。最小值c0根据不同试块有不同范围，如在一实施例中约为6～10mm。此时，平底孔40的埋深范围设置为在倒圆厚度h和最小值c0的差值与最小埋深d之间。
76.通过上述对比试块设计方法，能够设计出带有两种弧度的倒圆段，且通过设置多个平底孔，使得该平底孔能够作为人工缺陷对照物，对诸如声束入射角度、扫查间距等检测参数进行验证和调整，保证检测参数的准确有效，以提高超声检测后续实践时的准确性和有效性；还可以通过将对比试块中平底孔的扫描结果与待检测件的扫描结果进行对照，对缺陷进行评价，得出缺陷当量大小，从而提高缺陷当量评价的准确性，提高超声检测质量。
77.进一步的，在一个实施例中，该方法还包括步骤s6，将部分平底孔设置成沿倒圆段13的内弧边60或外弧边70弧向地设置，和/或将部分平底孔设置成沿倒圆段13的圆周方向圆周地设置，将部分平底孔40设置成具有不同埋深。
78.如结合图6所示，平底孔既有沿第一弧度a1方向弧向地分布的第一组平底孔410和第二组平底孔420，也有沿第二弧度a2方向周向地分布的第三组平底孔430。设计不同分布的平底孔用于满足不同测试需求。
79.例如，周向地分布的第三组平底孔430能够用于dac或tcg曲线的绘制，弧向地分布的第一组平底孔410和第二组平底孔420能够发挥验证远场发散性、调整声束入射角度等的功能。该验证将在后续内容中进行详细介绍。
80.结合上述对对比试块设计方法的介绍，还可以理解到一种应用该方法设计出的对比试块，该对比试块用于超声检测的对比测试。
81.结合图1和图2所示，对比试块包括第一中空圆柱段11、第二中空圆柱段12、倒圆段13以及多个平底孔，第二中空圆柱段12的外径大于第一中空圆柱段11的外径。第一中空圆柱段11具有第一中空腔15，第二中空圆柱段12具有第二中空腔16，第一中空腔15和第二中空腔16彼此连通。
82.倒圆段13与第一中空圆柱段11和第二中空圆柱段12分别相切地连接，包括外弧边70和内弧边60。多个平底孔40设置在倒圆段13上，平底孔40的开口42位于外弧边70上，平底孔40的轴线与倒圆圆心o和开口42的连线重合，平底孔40的孔底面41垂直于轴线，至少部分平底孔40具有不同埋深。
83.通过将平底孔的孔底面41设置成垂直于轴线，即垂直于超声波入射的方向，可使孔底面41作为人工反射体，进行超声波的反射。当声脉冲在对比试块中传播时，遇到孔底面41会有部分波被反射，根据反射波的有无、强弱以及反射波与发射脉冲之间的时间间隔能够测出孔底面41的大小和埋藏深度，该数据能够用于对比待检测件内的缺陷位置。
84.在一个实施例中，参照图3所示，该对比试块包括第一组平底孔410，第一组平底孔410包含的多个平底孔40沿外弧边或内弧边等间距分布，具有第一埋深m1，第一埋深m1等于最大埋深。第一组平底孔410的孔轴线与超声波入射方向一致，孔底面41垂直于超声波入射方向，多个平底孔等间距布置，直到覆盖所有倒圆段13的全部扇形区域。
85.将第一埋深m1设置成最大埋深是用于验证声束远场分辨力。声束聚焦在零件表面，在远场将发生扩散，同时随着声程增大，回波降低，为达到相同检测灵敏度，提高增益会伴随杂波升高，导致检测能力降低。因此，超声波的探测深度有限制，当远场所在位置超出该探测系统的横向分辨能力时，将产生不佳的探测结果。
86.而具有两种曲率的倒圆结构具有结构发散性，即同一角度对应的近表面和远表面的弧长差异较大，采用某一入射角步进扫查，近表面声束覆盖率远大于远表面。如采用50％有效声束宽度作为入射面扫查间距，声束到达远场时，由于结构发散性可能无法重叠覆盖，因此有漏检缺陷的可能。因此，为了确定该结构远场的检测分辨能力，将第一组平底孔410包含的多个平底孔40的第一埋深m1设置成最大埋深，孔深c应尽量小，以营造远场环境，满足最大检测深度需求。
87.在该设置下，通过第一组平底孔410作为参照，以分析探测系统辨别第一组平底孔中平底孔数量的准确度，验证该监测系统的覆盖性。当探测系统能准确辨识第一组平底孔410包含的各个平底孔40时，证明探测系统的覆盖率满足探测要求，在对待检测件进行检测时不会发生漏检的现象，保证检测的可靠性。
88.如果探测系统无法较好的分辨第一组平底孔410，后续可通过增加声束宽度等方式调整检测参数，以满足覆盖率要求。
89.在另一实施例中，如图4所示，该对比试块包括第二组平底孔420，第二组平底孔420包含的多个平底孔40沿外弧边70或内弧边60等间距分布，具有第二埋深m2，第二埋深m2等于最小埋深d。
90.声程越小，声波受到待检零件中微观组织引起的散射影响越小，因此，具有最小埋深的第二组平底孔420能够保证具有较佳的回波接收效果，可以用于声束入射角度的调整。
91.声束入射角度表示超声波照射至孔底面41上的角度。探头发出的纵波需要垂直照射到孔底面41，如果发生非垂直入射，则会使得由平底孔表面反射回的波有一部分无法被探头接收到，导致回波接收率降低；如果倾斜入射到一定程度，还会发生波形转换，产生折射纵波、横波等。因此声束在检测过程中必须保证垂直入射。
92.因此，第二组平底孔420用于调整声束入射角度，保证探头在检测待检测件时的入射角度呈垂直入射。由于第二组平底孔420具有较小埋深，因此能够实现较佳的回射效果。将探头移动，在操作过程中局部转动探头，改变声束入射方向，当仪器接收到的回波最高时，即认为声束入射角度与孔底面41垂直，探测头的入射角度符合要求，完整对声束入射角度的调整。
93.在一个实施例中，该对比试块包括第三组平底孔430，第三组平底孔430包含的多个平底孔40沿倒圆段13的周长方向等间距分布，具有不同埋深。结合图5和图6理解，图5分别简易的示出三个孔底面41、41’、41”所在位置，各个平底孔的孔深c沿周向方向各不相同，并造成各个平底孔的埋深各不相同，但各个平底孔均位于同一圆周方向上。
94.第三组平底孔430用于实现dac或tcg曲线的绘制。第三组平底孔430包含的平底孔
40应具有多种埋深，优选的，应包含对比试块能承受的最大埋深和最小埋深。
95.dac曲线(distance amplitude curve)为距离(distance)—幅度(amplitude)曲线。横坐标表示声程，纵坐标表示回波幅度，声程可以被认为表示成深度。由于声波沿着深度方向传播时会衰减，即使是相同大小的平底孔，因声程不同，深度不同，得到的回波幅值高低也不同。将不同声程所对应的不同波幅连接成的一条光滑曲线称为dac曲线。
96.由于同一当量的缺陷随着深度的增大，受信号的衰减、声束的扩散以及其他因素的影响，其回波幅度呈指数下降趋势，因此不同深度下的反射回波幅度能够形成dac曲线，而用该dac曲线沿深度方向的下降趋势对不同深度的反射回波幅度进行补偿，将所有的深度补偿值连成的曲线称为tcg曲线。
97.在绘制中，记录声束入射至第三组平底孔430所包括的不同埋深平底孔的声程，每个平底孔的回波幅值达到80％时，获取在不同深度下的检测灵敏度，得到dac/tcg曲线。
98.通过设置具有不同埋深的第三组平底孔430，能够获得不同声程与回波幅度，并据此绘制出dac曲线，在该dac曲线下，两个埋深之间的检测灵敏度可采用插值法确定。
99.由于每种材料的dac/tcg曲线不同，因此对比试块10优选为与待检测件相同材质，且具有与待检测件相同的热处理状态和表面状态，以绘制准确数值。
100.在另一实施例中，该对比试块还包括第四组平底孔，第四组平底孔包含的多个平底孔40的直径小于根据超声检测灵敏度确定的平底孔直径。
101.前述在步骤s5中，由超声检测灵敏度确定了平底孔直径，但仍可设置小于该平底孔直径的其它尺寸，如根据超声检测灵敏度能分辨的最小缺陷而确定的平底孔直径φ为0.8mm，则第四组平底孔的直径选择0.6或0.4mm等其他小于0.8mm的尺寸，用于验证检测设备分辨能力的极限。
102.以上实施例仅作为参考，在实际设计过程中，第四组平底孔的具体直径由本领域技术人员根据探测系统和探测要求进行具体确定，而不限于上述实施例所提及的尺寸减小程度限制。
103.此外，在一个实施例中，部分平底孔40为台阶孔。例如，由于第二组平底孔420的孔深c较大、第二埋深m2较小，第二组平底孔420优选设置成台阶孔。台阶孔如图4所示，在靠近孔底面41一侧设置较细孔径，在靠近开口42一侧设置较粗孔径。设置台阶孔的目的是为了方便加工。
104.上述对比试块设计方法通过设置多组平底孔，使得该对比试块能够同时用于调整声束入射角度、验证声束远场分散性、绘制dac或tcg曲线、探测设备辨识极限，形成一具有明确意义的参考反射体，从而对探测系统进行评估，并能够提高实际超声检测结果的准确性。
105.对比试块参照待测件的尺寸设计，能够用于对超声波仪器和探头进行性能校验、能够确定仪器灵敏度和调整扫描速度、确定缺陷的相对位置和大小等。因此，对比试块应尽量与被检测的工件的声学特性一致，优选采用与待检测件相同的材质或相近声衰减材质，以起到较好的对比作用。
106.此外，图1所示的对比试块10相比于普通的r角、折角结构，能够实现较大曲率，同时增加了来自环形圆周方向的曲率。
107.具体图1所示，对比试块10的倒圆段13包括两个曲率，第一曲率a1来自倒圆结构，
第二曲率a2来自第一中空圆柱段11和第二中空圆柱段12的环形圆周连接结构。由于第一曲率a1和第二曲率a2各自对超声波的入射和反射效果造成显著影响，增加了复杂度，因此本对比试块能够探索在两个曲率下的超声波入射反射情况。
108.此外，对比试块中设置成环形的倒圆段更接近真实待检测件。在对弧形结构进行实际操作时，通常需要录入弧形的外周结构，以赋予探头自动行使路径，实现探测系统的仿形扫查。如没有与实际待检测件的倒圆结构具有同样曲率分布的试块，使得角度偏转步进、检测速度、声束宽度无法得到验证，从而影响检测精确度，还可能造成漏检。通过图1所示的试块，能够通过对试块结果进行对比分析，获得超声检测的合适参数，保证具有该倒圆结构的锻件进行超声检测的可执行性，以进一步提高实际超声检测的准确性。
109.应当说明的是，图6中的符号仅示意性的表示各孔位置，并不代表实际平底孔的截面形状。上述介绍中还使用了“第一”、“第二”、“第三”等词语来描述特征，该限定词语仅仅是为了便于对相应特征或零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，不代表主次，因此不能理解为对本技术保护范围的限制。
110.一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“约”、“近似”或“大体上”表明数字允许有
±
20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本技术一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。
111.本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

技术特征：
1.一种对比试块设计方法，用于设计在超声检测中与待检测件进行对比的对比试块，所述待检测件具有倒圆结构，超声检测系统的倒圆圆心、检测灵敏度、有效声束宽度和表面分辨力已被确定，其特征在于，包括下列步骤：s1.根据所述待检测件上的倒圆尺寸，确定该对比试块(10)的倒圆段(13)的倒圆半径、倒圆厚度；s2.根据所述倒圆半径和所述倒圆厚度确定与所述倒圆段(13)分别垂直和水平相切地连接的第一中空圆柱段(11)和第二中空圆柱段(12)的内径和外径；s3.根据所述倒圆半径、所述倒圆厚度、所述第一中空圆柱段(11)和所述第二中空圆柱段(12)确定倒圆段(13)的内弧边(60)的内弧长和外弧边(70)的外弧长；s4.在所述倒圆段(13)内设置多个平底孔(40)，将所述平底孔(13)的开口(42)设置在所述倒圆段(13)的外弧边(70)上，将所述平底孔(13)的轴线设置成与所述倒圆圆心和所述开口(42)的连线重合，将所述平底孔(40)的孔底面(41)设置成垂直于所述轴线；s5.根据所述表面分辨力确定所述平底孔(40)的最小埋深，根据所述检测灵敏度确定所述平底孔(40)的直径，根据所述有效声束宽度确定所述平底孔(40)的最大间距。2.如权利要求1所述的对比试块设计方法，其特征在于，该方法还包括：s6.将部分所述平底孔(40)设置成沿所述倒圆段(13)的内弧边(60)或外弧边(70)方向设置和/或将部分所述平底孔(40)设置成沿所述倒圆段(13)的圆周方向设置，将部分所述平底孔(40)设置成具有不同埋深。3.如权利要求1所述的对比试块设计方法，其特征在于，将所述平底孔(40)的埋深范围设置成在所述倒圆厚度与所述最小埋深之间。4.如权利要求1所述的对比试块设计方法，其特征在于，所述倒圆厚度小于等于所述待检测件的实际倒圆厚度。5.一种对比试块(10)，用于超声检测的对比测试，其特征在于，使用如权利要求1-4任一项所述的对比试块设计方法，该对比试块包括：第一中空圆柱段(11)；第二中空圆柱段(12)；倒圆段(13)，与所述第一中空圆柱段(11)和所述第二中空圆柱段(12)相切地连接，包括外弧边(70)和内弧边(60)；以及多个平底孔(40)，周向地和/或弧向地设置在所述倒圆段(13)上，所述平底孔(40)的开口(42)位于所述外弧边(70)上，所述平底孔(40)的轴线与倒圆圆心和所述开口(42)的连线重合，所述平底孔(40)的孔底面(41)垂直于所述轴线，至少部分所述平底孔(40)具有不同埋深。6.如权利要求5所述的对比试块，其特征在于，该对比试块包括第一组平底孔(410)，所述第一组平底孔(410)包含的多个平底孔(40)沿所述外弧边(70)或所述内弧边(60)弧向地等间距分布，具有第一埋深，所述第一埋深等于最大埋深。7.如权利要求5所述的对比试块，其特征在于，该对比试块包括第二组平底孔(420)，所述第二组平底孔(420)包含的多个平底孔(40)沿所述外弧边(70)或所述内弧边(60)等间距分布，具有第二埋深，所述第二埋深等于最小埋深。8.如权利要求5任一项所述的对比试块，其特征在于，该对比试块包括第三组平底孔
(430)，所述第三组平底孔(430)包含的多个平底孔(40)沿所述倒圆段(13)周向地等间距分布，具有不同埋深。9.如权利要求5所述的对比试块，其特征在于，该对比试块还包括第四组平底孔，所述第四组平底孔包含的多个平底孔的直径小于根据超声检测灵敏度确定的平底孔直径。10.如权利要求5所述的对比试块，其特征在于，部分所述平底孔(40)为台阶孔。11.如权利要求5所述的对比试块，其特征在于，所述对比试块(10)的材质与待检测件的材质相同或具有相近声衰特性。

技术总结
提供一种对比试块设计方法，包括下列步骤：根据待检测件上的倒圆尺寸，确定倒圆段的倒圆半径、倒圆厚度；确定与倒圆段分别垂直和水平相切地连接的第一中空圆柱段和第二中空圆柱段的内、外径；确定倒圆段内弧长和外弧长；在倒圆段内设置多个平底孔，将平底孔的开口设置在倒圆段的外弧边上、轴线设置成与倒圆圆心和开口的连线重合、孔底面设置成垂直于轴线；根据表面分辨力、检测灵敏度、有效声束宽度确定平底孔的最小埋深、直径、最大间距；将部分平底孔设置成沿倒圆段内或外弧边方向设置和/或将部分平底孔设置成沿圆周方向设置，将部分平底孔设置成具有不同埋深。该方法可以设计出带有倒圆结构的对比试块。还提供一种对比试块。有倒圆结构的对比试块。还提供一种对比试块。有倒圆结构的对比试块。还提供一种对比试块。


技术研发人员：史枭颖 杨娟 陈琛 谭博
受保护的技术使用者：中国航发商用航空发动机有限责任公司
技术研发日：2022.02.24
技术公布日：2023/9/7