[實用新型]一種基于振動聲調制技術的檢測裝置

有效

• 申請號: 201821735313.1
• 申請日: 2018-10-25
• 公開（公告）號: CN208921662U
• 公開（公告）日: 2019-05-31
• 發明（設計）人: 凌田昊;鄭慧峰;呼劉晨;王月兵;曹永剛;張沫;朱勤豐
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: G01N29/12
• 分類號: G01N29/12;G01N29/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本實用新型涉及一種基于振動聲調制技術的檢測裝置。包括FPGA發射系統、發射換能器、有機玻璃楔塊、接收換能器、早期疲勞裂紋、FPGA接收系統、316L不銹鋼構件，FPGA發射系統包括信號發射模塊、信號同步顯示模塊、功率放大模塊；FPGA接收系統包括信號顯示模塊、濾波模塊、時頻轉換模塊。本實用新型用臨界折射縱波和振動聲調制相結合檢測方法實現316不銹鋼早期裂紋的檢測，提高了裂紋檢出概率。

技術領域

本實用新型涉及一種基于振動聲調制技術的檢測裝置。

背景技術

3D打印的不銹鋼件具有優異的耐腐蝕、耐高溫、耐磨損、抗蠕變以及良好的外觀光澤度等特性，且成型件強度較高，同時能夠滿足大尺寸打印件的加工要求，在航空航天、醫療器械制造、汽車制造、日常生活等領域得到了廣泛應用。316L不銹鋼粉末是較早研發用于3D打印的不銹鋼材料，如今已成為3D打印市場較為典型的加工材料。SML技術是基于“離散分層 疊加”的原理，利用高能激光束將金屬粉末直接成型為三維實體零件，成型后不需要任何工裝模具，也不受零件形狀復雜程度的限制。

但基于SML技術的316L不銹鋼材料的構件在制造過程中，由于3D打印工藝參數會影響激光的能量密度及每道的搭接率，甚至會引起熔敷金屬的球化，極易造成零件組織中出現空洞和微裂紋等缺陷，使工件不能完全致密。這樣會嚴重降低316L不銹鋼構件的綜合性能，如若長期處在高溫、高壓、腐蝕等惡劣條件下，則極易發生疲勞，產生疲勞裂紋，其內部結構會產生位錯、滑移和微裂紋等，這是材料早期力學性能退化的表現，隨后擴展至宏觀裂紋，進而導致工件服役的失效，嚴重威脅工業設備和人民生命財產安全。

發明內容

本實用新型針對現有技術不足，提供了一種基于振動聲調制技術的檢測裝置。

本實用新型解決技術問題所采取的技術方案為:

首先通過Snell定理找出聲波在有機玻璃楔塊和316L不銹鋼構件中傳播的第一臨界角，然后由FPGA發射系統中發射模塊分別發射相位相差 的低頻正弦信號和高頻5峰正弦脈沖，信號經過功率放大至發射換能器產生聲波，再由接受換能器接收臨界折射縱波以及與疲勞裂紋相互作用產生的非線性損傷信號，最后通過FPGA接收系統顯示并存儲，接收系統中時頻轉換模塊和濾波模塊分別用來實時顯示檢測信號的頻譜和提取非線性旁瓣信號。通過觀察檢測信號的頻譜則可確定是否存在缺陷，利用提取的非線性旁瓣信號即可用來實現早期疲勞裂紋的定位。

進一步說，所述的發射換能器和接收換能器相隔一定距離安裝在具有早期裂紋的316L不銹鋼的表面。

本實用新型的基本原理：在臨界折射縱波原理的基礎上結合振動聲調制技術來檢測早期疲勞裂紋并進行定位。臨界折射縱波是當超聲波以第一臨界角入射到兩種介質的界面時，會產生折射縱波和橫波。折射縱波在第二種介質中以與試件表面平行的方向傳播，傳播深度可以達到幾個波長。折射橫波以折射角度在試件中傳播。如果只使用振動聲調制技術來檢測，那么脈沖信號入射到316L不銹鋼構件中后，得到的接收信號會包括直接入射信號、損傷信號、多次反射信號等多種信號，這樣會導致信號難以分辨且定位困難。

進一步說，通過同時入射與折射橫波折射角度相同，相位相差的聲波，就可以在試件內部將折射橫波抵消，接收信號就只包括縱波的直接入射信號和縱波與疲勞裂紋相互作用的非線性損傷信號。

本實用新型的有益效果在于 ：目前常規的振動聲調制技術檢測疲勞裂紋是通過壓電陶瓷片垂直向試件發射超聲波，聲波在試件內部會出現多次反射、模式轉換、多路徑等效應，從而產生多種信號，包括：損傷信號、多重反射信號以及其他多種無法解釋的信號，在頻域上表現為多個不同頻率信號，既影響檢測信號中非線性旁瓣信號的提取，而且會影響早期疲勞定位的準確性。本發明在臨界折射縱波原理的基礎上結合振動聲調制技術，可以減少甚至避免聲波在構件內部出現多次反射、模式轉換、多路徑等效應，大大提高316L不銹鋼構件中早期疲勞裂紋的檢測和定位的準確性。

附圖說明