[發明專利]一種殘余應力非線性超聲檢測方法

在審

• 申請號: 201711305855.5
• 申請日: 2017-12-11
• 公開（公告）號: CN108225632A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 徐春廣;賀蕾;王秋濤;李培祿;盧鈺仁;潘勤學;周世圓;肖定國;郝娟
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01L1/25
• 分類號: G01L1/25;G01L5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種殘余應力非線性超聲檢測方法，適用于超聲無損檢測領域，利用超聲二階和三階非線性系數與殘余應力的對應關系，通過水耦或空氣耦合可以非接觸地檢測構件內部殘余應力，經過研究和試驗驗證發現，該方法具有正確的理論基礎、可行的技術方案、有效的實施方法和可靠可重復的檢測結果，從根本上解決了大型構件內部殘余應力的快速無損檢測的根本需求。

一、技術領域

本發明屬于超聲檢測領域，涉及一種殘余應力非線性超聲檢測方法，適用于對構件內部殘余應力分布的快速掃查。

二、背景技術

構件的非線性超聲檢測機理是利用超聲波在構件中傳播時，與材料中的內部結構相互作用，使超聲波波形發生畸變，產生高次諧波分量，利用非線性超聲特征參數對材料微缺陷的敏感程度表征材料的非線性特性，從而實現對構件殘余應力的檢測。

在現有的殘余應力檢測方法中，按照其對被測構件損傷與否分為有損傷、半損傷和無損傷三大類，有損傷的方法有：切片法、輪廓法等，半損傷的方法有盲孔法、環芯法、深孔法等，有損和半損法都屬于應力釋放的范疇；無損的方法有X射線衍射法、磁性測定法和超聲波法等。無損檢測方法中，X射線的檢測深度極淺，僅為10～35μm，對人體有一定輻射傷害，主要用于表面鍍層、薄膜等金屬材料表面殘余應力的檢測。磁性測定法檢測結果受多種因素影響，可靠性和精度差，檢測值標定困難，對材質較為敏感，而且僅能用于鐵磁材料的檢測。超聲無損檢測法是目前最有發展潛力的殘余應力檢測方法之一。超聲檢測殘余應力的方法：聲彈性理論和非線性超聲檢測理論。徐春廣教授、潘勤學博士等對聲彈性理論檢測殘余應力的理論進行了深入的研究，而非線性超聲檢測殘余應力的研究較少。

通過在萬方數據庫(網址：http://new.wanfangdata.com.cn/)和國家知識產權局(網址：http://www.pss-system.gov.cn/)進行專利檢索和論文查詢，獲得三個相關專利及論文：1)鄧銀舟等的論文.金屬構件疲勞損傷非線性超聲性能檢測方法研究.中國錳業.doi:10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2016.04.026.闡述了金屬構件疲勞損傷非線性超聲波性能檢測中不僅保留了傳統金屬構件的檢測方式，同時應用超聲波聲頻聲波分析技術、紅外線分析技術、衛星光纖分析技術以及數據分析技術進行金屬構件疲勞損傷分析。該論文僅從理論和檢驗方式兩方面進行分析，并沒有提出具體應用方法。2)吳斌等的發明專利：金屬材料疲勞早期損傷非線性超聲在線檢測方法，專利號CN201010119536.7，提供一種在非線性超聲無損檢測的基礎上引入聲發射技術檢測金屬材料早期疲勞損傷的方法，根據被測試件的厚度確定激勵信號參數并輸入任意函數發生器生成單一音頻信號；根據空載時的噪聲信號幅值確定聲發射儀門檻值；給被測試件進行疲勞加載，由聲發射傳感器連續實時檢測聲發射信號，放大后輸入聲發射儀，當聲發射信號幅值超過聲發射儀預設的門檻值，聲發射儀判定振鈴；如果聲發射儀沒有顯示振鈴或連續振鈴次數沒有超過經驗值，則等時間間隔檢測非線性超聲信號；如果顯示連續振鈴次數超過了經驗值，表明有疲勞裂紋萌生和發展。該方法對于金屬材料疲勞只是通過經驗值進行判定，無法定量描述金屬材料內部的應力狀態及應力值。3)李海洋等的發明專利：一種非線性超聲在線監測金屬材料應變變化的方法，申請號：CN201710271586.9，提供一種非線性超聲在線監測金屬材料應變變化的方法，在待測試件的中間放置探頭，將待測試件的兩端固定，待測試件的中間懸掛一個重物，通過重物的重力對待測試件產生拉伸進行產生疲勞。在待測試件上制作在線監測應變的支撐架，支撐架內放置超聲換能器。非線性聲學檢測設備的高能脈沖信號輸出端通過50歐姆阻抗匹配、雙工器后，與超聲波換能器進行交互，經待測試件反射后接收反射的超聲波信號。該方法雖然實現在在線監測金屬材料應力變化，但需要對待測件的中間懸掛一個重物且僅能通過接收反射超聲波信息號來監測，操作復雜，工況要求高，無法通過透射及有角度的超聲波信號監測金屬材料的應力變化。

上述研究成果并沒有涉及到本發明所述的利用非線性超聲方法來檢測殘余應力的具體內容，因此，本發明申請的權利點具有完全的創新性。