[發明專利]一種用于金屬板中殘余應力檢測的水浸式蘭姆波共線混頻檢測系統及方法

在審

• 申請號: 202210472354.0
• 申請日: 2022-04-29
• 公開（公告）號: CN114878047A
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 焦敬品;張赫
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01L5/00
• 分類號: G01L5/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 王兆波

本發明公開了一種用于金屬板中殘余應力檢測的水浸式蘭姆波共線混頻檢測系統及方法，屬于無損檢測領域。將被測金屬板固定于水槽中，通過水浸式掃描系統控制激勵與接收探頭步進移動，使兩基頻信號在金屬板上不同位置處發生混頻相互作用，以此對金屬板中殘余應力進行掃查檢測。計算各檢測位置的混頻非線性系數，通過非線性系數表征金屬板中殘余應力。本發明采用的水浸式檢測系統，避免了人為因素與耦合不穩定帶來的影響，檢測結果可靠性更高；采用的蘭姆波共線混頻檢測方法，對金屬板結構中殘余應力的大小變化較為敏感，可以通過非線性系數對殘余應力進行較為準確的表征。

技術領域

本發明涉及一種用于金屬板中殘余應力檢測的水浸式蘭姆波共線混頻檢測系統及方法，適用于金屬板中殘余應力的表征，屬于無損檢測領域。

背景技術

金屬板結構作為一種常見的結構形式，被廣泛應用于各類重大基礎設施中。金屬板結構生產制造過程中的機械加工與強化工藝，會造成殘余應力的產生。殘余應力多數情況下是有害的，對金屬結構的各種性能有很大影響，在不適當的處理或加工后，殘余應力可能會引起金屬結構的扭曲變形甚至開裂。因此，金屬板結構中殘余應力的檢測對結構性能評估和失效預防十分重要。

非線性超聲檢測技術因其對材料形變以及材料性能退化造成的微結構變化十分敏感而被廣泛關注。材料的微結構變化過程會伴隨殘余應力的產生，且殘余應力大小與微結構變化程度呈線性關系，所以有望使用非線性超聲檢測技術實現結構中殘余應力的檢測。目前常用的非線性超聲檢測方法有諧波法與混頻法。Liu等[Liu M,Kim J Y,Jacobs L,et al.Experimental study of nonlinear Rayleigh wave propagation in shot-peened aluminum plates—feasibility of measuring residual stress[J].NDTEInternational,2011,44(1):67-74.]使用表面波的二次諧波對不同強度噴丸處理后的鋁板表面殘余應力進行了檢測，發現非線性系數隨試件中殘余應力的增大而增大。雖然諧波檢測技術可以實現金屬板中殘余應力的檢測，但檢測結果受系統自身非線性影響較大。

與諧波檢測技術相比，混頻檢測技術利用兩列不同頻率的基頻信號混頻產生的和頻或差頻波，對結構應力狀況進行評估，避免了實驗系統自身產生的諧波對檢測結果的影響。焦敬品等[焦敬品,成全.一種用于金屬薄板中應力分布測量的非線性Lamb波混頻方法[P].北京市：CN110108402A,2019-08-09.]采用蘭姆波共線混頻方法，通過改變激勵信號的激勵時延，對試件不同位置進行掃查檢測，實現了對金屬板應力分布情況的測量。雖然蘭姆波混頻檢測技術對金屬板結構中的應力變化十分敏感，但目前常用的混頻檢測系統多為接觸式系統，檢測結果受耦合條件及人為因素影響較大。

與常規接觸式檢測系統相比，水浸式檢測系統受人為因素影響小，探頭位移與偏轉角度可通過電機精確控制，且探頭與試件間的耦合始終保持穩定。因此，使用水浸式檢測系統獲得的結果可靠性更高、可重復性更好。Jonathan等[Alston J,Croxford A,PotterJ,et al.Nonlinear non-collinear ultrasonic detection and characterisationofkissing bonds[J].NDTE International,2018,99:105-116.]利用一套水浸式體波混頻實驗系統進行了檢測參數優選實驗，并實現了對水平粘結層的水浸式混頻檢測。然而，該水浸式混頻檢測系統基于體波混頻而設計，目前還鮮見適用于蘭姆波混頻的水浸式檢測系統。

綜上所述，鑒于混頻檢測技術對結構中殘余應力變化的敏感性以及水浸式蘭姆波混頻檢測系統的需求，本專利基于蘭姆波共線混頻技術，提出一種用于金屬板中殘余應力檢測的水浸式蘭姆波共線混頻檢測系統及方法。

發明內容