详情

原文传递一种平面残余应力电磁超声检测方法

专利名称：	一种平面残余应力电磁超声检测方法
摘要：	本发明一种平面残余应力电磁超声检测方法属于超声检测技术领域，涉及一种平面残余应力电磁超声检测系统与检测方法。该方法先组装电磁超声检测系统，利用电磁超声表面波探头中的超声线圈测量沿三个方向的应力检测超声信号波形，以标定材料声弹性系数。通过采集待测点三个方向表面波信号，并应用超声检测理论公式计算平面应力大小及方向。该方法采用具有“三发三收”功能的表面波探头，实现了平面应力状态两个主应力及主应力夹角的一次定位、多参同时测量。通过减小超声发射和接收线圈匝数、线宽及线距的方式，来减小收发探头间距，提高探头空间分辨率。采用射频连接器连接电路板与阻抗匹配网络，便于安装和多次重复使用，检测方法简单，效率高。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	辽宁;21
申请人：	大连理工大学
发明人：	王永青;刘彦坤;刘海波;刘阔;李亚鹏;刘天然;贾振元
专利状态：	有效
申请日期：	2019-10-24T00:00:00+0800
发布日期：	2019-12-31T00:00:00+0800
申请号：	CN201911014599.3
公开号：	CN110632177A
代理机构：	大连理工大学专利中心
代理人：	关慧贞
分类号：	G01N29/04(2006.01);G;G01;G01N;G01N29
申请人地址：	116024 辽宁省大连市甘井子区凌工路2号
主权项：	1.一种平面残余应力电磁超声检测方法，其特征是，该方法首先组装电磁超声检测系统；再利用电磁超声表面波探头采集拉伸应力状态下的表面波信号以标定材料声弹性系数，利用应变采集系统采集应变数据；最后，通过采集待测点三个方向表面波信号波形，并利用平面应力超声检测理论公式计算平面应力大小及方向；方法的具体步骤如下：第一步组装电磁超声检测系统电磁超声检测系统由超声调控系统(Ⅰ)、阻抗匹配网络(Ⅱ)、表面波探头(Ⅲ)、应力拉伸平台(Ⅳ)、应变采集系统(Ⅴ)、计算机(Ⅵ)及示波器(Ⅶ)组成；首先，组装电磁超声表面波探头(Ⅲ)；永磁铁(4)吸附在固定软铁(2)上，通过螺钉(3)将固定软铁(2)固定在外壳(1)上；将射频连接器(5)焊接在三发三收线圈(6)的焊盘(6-2)上；将三发三收线圈(6)胶接固定在永磁铁(4)的底面，并保证已焊接的射频连接器(5)正确安装在外壳(1)的相应凹槽位置；对三发三收线圈(6)底部通过喷涂绝缘漆进行绝缘处理，完成电磁超声表面波探头(Ⅲ)的组装；然后，组装应力拉伸平台(Ⅳ)；将应变片(8)固定在拉伸试件(7)上；利用螺栓将拉伸试件(7)固定在液压虎钳(9)上，保证拉伸试件(7)轴线方向与液压虎钳(9)的轴线方向一致；最后，组装整个电磁超声检测系统；通过同轴电缆将电磁超声表面波探头(Ⅲ)与阻抗匹配网络(Ⅱ)输出端相连，阻抗匹配网络(Ⅱ)输入端与超声调控系统(Ⅰ)通过BNC线相连，示波器(Ⅶ)与超声调控系统(Ⅰ)相连将超声信号显示在示波器(Ⅶ)上，将示波器(Ⅶ)、应变采集系统(Ⅴ)与超声调控系统(Ⅰ)分别与计算机(Ⅵ)相连，完成整个电磁超声检测系统的组装；第二步标定材料声弹性系数表面波探头(Ⅲ)发射的表面波具有三个传播方向，第一传播方向b1、第二传播方向b2、第三传播方向b3，相邻两个传播方向夹角为γ，选用其中第一传播方向b1的超声发射线圈(6-1)和超声接收线圈(6-3)进行标定材料声弹性系数k1和k2；调整液压虎钳(9)使得拉伸应力λ＝0，将表面波探头(Ⅲ)放置在拉伸试件上，使得表面传播方向b1与第0标定测量方向即拉伸试件轴线方向重合，表面波探头(Ⅲ)中心与待测点o处重合，保证接触可靠；利用应变采集系统(Ⅴ)采集应变数据；在超声调控系统(Ⅰ)的控制下，超声发射线圈(6-1)发出的超声脉冲激励信号，在材料表面传播一定距离L后，被超声接收线圈(6-3)接收；将超声发射线圈(6-1)发出的超声脉冲激励信号与超声接收线圈(6-3)接收到的接收信号进行互相关计算，取两个互相关序列最大值所在位置之差，计算出此时的表面波声时差t00；将表面波探头(Ⅲ)旋转角度α，使得表面波探头(Ⅲ)第一传播方向b1与第一标定测量方向重合，测量此时表面波声时差t01；重复上述过程，直至表面波探头(Ⅲ)传播方向b1与第N标定测量方向重合，此时表面波探头(Ⅲ)旋转角度Nα＝π/2；从而测得应力λ＝0时，各个角度下的表面波声速时差[t00 t01 … t0N]；通过液压虎钳(9)调整拉伸试件(7)上施加的应力，应力步长为λ1，直至λ＝mλ1；重复上述过程，测得每个应力值下对应的各个角度下的表面波声速[tm0 tm1 … tmN]；得到各个应力值下对应的不同测量方向上的声时差t，计算待测点处各应力值下所对应不同测量方向上的波速v，公式如下：将速度v代入公式(3)进行拟合，获得材料声弹性系数k1和k2；其中，β为标定中第一传播方向b1与拉伸试件轴线方向夹角，σ为拉伸试件的应力，vi为应力值为σ且第一传播方向b1与拉伸试件轴线方向夹角为β时波速，v0为夹角为β、应力值为0时的波速，ρ为待测试件密度；第三步检测平面内的超声波速将表面波探头(Ⅲ)放置在待测试件上，表面波探头(Ⅲ)中心与待测试件上应力待测点重合；分别采集三个传播方向上表面波波形数据，进行互相关处理，分别计算出三个传播方向上电磁超声表面波波速，即第一传播方向b1的波速vb1、第二传播方向b2的波速vb2、第三传播方向b3的波速vb3；将表面波探头(Ⅲ)放置在无应力试件表面，计算第一传播方向b1的无应力波速v0b1、第二传播方向b2的无应力波速v0b2、第三传播方向b3的无应力波速v0b3；将有应力和无应力条件下三个方向表面波波速代入公式(4)，其中，m1、m2、m3分别为第一传播方向b1、第二传播方向b2、第三传播方向b3的应力差函数变量；将m1、m2、m3带入公式(5)，计算得出金属平面应力以及主应力方向与第一传播方向b1的夹角，其中，σ1为第一主应力，σ2为第二主应力，θ为主应力方向与第一传播方向b1夹角。 2.一种平面残余应力电磁超声检测方法，其特征是，该方法在检测中，通过减小超声发射线圈(6-1)和超声接受线圈(6-3)的匝数、线宽及线距方式，减小收发线圈的间距，来提高探头空间分辨率。
所属类别：	发明专利