基于声发射信号的铝合金LSP弹塑性波传播规律探究

目的 为提高激光冲击强化(LSP)的声发射(AE)监测精度,结合AE监测技术与LSP弹塑性波理论,探究LSP过程中弹塑性波传播规律。方法 首先,基于弹塑性波理论设计LSP试验,采用AE监测技术实时获取冲击信号,并测量冲击后铝合金7075的塑性变形程度。然后,基于AE信号的时域波形,提出包络欧式距离法,确定对加工质量敏感的感兴趣片段(FOI)。进一步基于FOI,结合实际加工条件,定义了新的累积AE波形熵特征。最后,基于AE信号的多模态和非平稳信息,定义瞬时峰值能量曲线(IPEC),并进一步提取相关特征,从而探究弹塑性波传播规律、衡量传感器优劣。结果 仅包含弹性波的AE信号波形明显区别于弹塑性双波,塑性波传播速度明显落后于弹性波。包络欧式距离法确定的FOI能很好地定位弹塑性波。相较于AE波形熵,累积AE波形熵特征能很好地区分不同程度的弹塑性波。对比弹性波,塑性波主要集中在中低频段(200 kHz以下)。IPEC曲线精准确定31 kHz模态为塑性波的主要成分。进一步提取的峰值变化量 和峰值延迟时间 表明:相较于谐振传感器,宽频传感器对塑性波更加敏感。结论 所提方法和特征分别从时域和时频域上探究了弹塑性波的传播规律,所得的结论为规范和提高LSP的AE监测技术提供了理论支持与指导。     

基于Labview的声发射监测分析系统

开发了一套适用于铁碳合金材料焊接裂纹监测分析的声发射监测系统,并对不同材质和不同焊接工艺条件下的焊接接头AE信号进行了采集和分析,发现及证实了一些对深入研究焊接裂纹AE的形成机理有重要意义的现象和规律.     

新型防喷器内表面声发射模拟源

为了解防喷器内表面声发射信号的特征及传播特性,需要进行内表面的模拟试验,但常用的模拟源不能满足试验要求。为此研制出新型的模拟信号源装置,该装置使用方便、防水、密封、可控,可产生持续、稳定信号。通过对比分析,新型模拟源产生信号幅度的平均值与铅笔芯模拟源的平均值基本一样;新型模拟源的最高幅度略比铅笔芯模拟源高;新型模拟源的平面定位偏离实际位置的距离比铅笔芯模拟定位的要小,且在同一位置上各次试验定位数值间的离散度也小。从而验证了新型模拟源信号可以满足实验室研究的需要。     

激光表面强化对高Ni-Cr无限冷硬铸铁轧辊组织与硬度的影响

利用大功率CO2激光器对高Ni-Cr无限冷硬铸铁轧辊材料进行了激光表面强化试验.结果表明,采用激光功率<1000 W、扫描速度<15 mm·s-1和光斑尺寸<20 mm×8 mm的试验工艺,高Ni-Cr无限冷硬铸铁轧辊材料的激光强化区域没有发现裂纹,其硬度和金相组织均有所改善,强化效果较明显.     

声发射仪器的发展

从声发射(AE)特征参数的提取、多通道系统和专用声发射仪器的发展三方面叙述声发射仪器的历史变化,重点分析了一些国外先进产品的设计思想和特点。     

基于声发射技术的金属马氏体相变检测方法

提出了一种基于声发射技术的金属材料马氏体相变检测方法,采用时域和频域分析法对激光表面淬火工艺中产生的声发射信号展开分析,提取了声发射信号的平均值与RMS值（均方根值）并进行快速傅里叶变换。结果表明,当发生马氏体相变时,声发射信号能量的平均值与RMS值均出现显著增加;声发射信号的FFT变换在100~300 kHz的频率范围内幅值成分强度显著增加,频谱“重心”后移,可见激光表面淬火工艺中的马氏体相变特征能够成功地从声发射信号中提取出来。     

起重机箱形梁结构表面裂纹扩展的声发射特性

采用声发射技术监测带有表面焊接裂纹的箱形梁结构的三点弯曲试验。分析了箱形梁试件受载弯曲过程中裂纹扩展的声发射信号特征,比较了加载过程中不同载荷水平下定位源信号的声发射参数特征。研究发现,表面裂纹扩展的声发射信号为突发型信号,其幅度主要为45～60dB,频率主要分布在100～450kHz。试验结果表明,线定位方法可以对箱形梁试件中的裂纹缺陷进行准确定位。     

钢结构疲劳损伤声发射监测

采用声发射技术对已开裂的焊缝进行监测,实现了在复杂的环境噪声中识别出裂纹活动信号。通过分析疲劳裂纹损伤产生的原因以及材料在交变载荷作用下产生声发射的机理,得到表征焊缝裂纹活动过程的信号特征。试验表明,声发射技术对钢结构裂纹损伤的活度、强度具有较大的敏感性,可以实现对裂纹损伤状态发展变化的实时监测。     

轮箍装配试验时的声发射监测

通过14只轮箍装配试验时室温下的连续声发射监测，试验轮箍有无裂纹产生以及其可能出现的部位，以便改进轮箍制造工艺和验收方法。     

激光冲击强化对回转支承用钢42CrMo表面性能的影响

目的研究激光冲击强化对回转支承用钢42CrMo表面形貌、表面硬度、微观组织和残余应力的影响,为后续研究激光冲击强化技术在回转支承上的应用提供指导和依据。方法采用高功率短脉冲的强激光束对回转支承用钢42CrMo试样进行激光冲击处理,然后用共聚焦显微镜进行表面形貌观察,用维氏硬度计测量冲击前后试样的表面硬度,用扫描电子显微镜观察截面微观组织结构,最后运用ABAQUS模拟激光冲击后的残余应力场。结果光斑直径为3 mm,脉冲宽度为8 ns,激光能量为2、3、4、5 J的情况下,激光冲击后产生的微凹坑最大深度分别为2.17、3.54、4.67、6.07μm,材料表面最高硬度较基体分别提高了10.10%、12.58%、13.58%、17.38%,材料表面的最大残余压应力分别为-210、-384、-495、-508 MPa。观察微观组织发现,激光冲击后塑性变形区的板条马氏体长度和宽度较基体材料更小,且分布更加均匀。结论激光冲击强化回转支承用钢42CrMo后,会在材料表面产生微米级的凹坑,并在材料表面和一定深度方向上产生残余压应力。在一定参数范围内,凹坑最大深度、材料表面硬度和最大残余压应力均随激光能量的增大而增大。回转支承用钢42CrMo的激光冲击强化机理是板条状回火马氏体的细化。     

多点激光冲击强化表面粗糙度的有限元分析

激光冲击强化技术是一种新型的表面处理技术,它能够改善金属零件的疲劳性能,当考虑材料的抗疲劳性能时,表面粗糙度是一个关键参数。为了评估多点激光冲击强化表面粗糙度的变化规律,建立了三维有限元模型。采用一种改进的有限元分析方法获得零件表面节点的垂直位移,由数值模拟得到的离散化数据带入提出的表面粗糙度离散化公式,得到表面粗糙度R_a的值。数值模拟的结果与已有文献中的实验数据具有较好的一致性,验证了仿真模型的可行性。在此基础上,研究分析了搭接率、冲击次数和脉冲能量对表面粗糙度的响。     

大型海工绕桩吊机吊臂激光冲击强化选材研究

吊臂是大型海工绕桩吊机的主要承重部件之一,吊臂材料的表面强化和优选研究对绕桩吊机的高质量、高强度制造起着重要作用。选取Q235、Q345、Q550三种钢材作为吊臂制造的研究材料,采用激光冲击强化技术进行表面处理,对比冲击前后材料的表面残余应力、表面粗糙度、显微硬度和抗拉强度。结果表明:三种钢材经激光冲击强化后,残余应力分别提高500%、346.7%、192.9%,表面粗糙度值分别提高15.5%、3.5%、13.3%,显微硬度分别提高15.9%、17.3%、13.2%,抗拉强度分别提高6.1%、7.5%、5.0%。通过综合考虑三种钢材的性能指标数据及吊臂的实际应用场景,选择Q345钢作为吊臂制造材料的加工效果最优。     

TC17钛合金激光冲击强化实验研究

目的探索更为高效的激光冲击强化方式,提高TC17钛合金板片的疲劳寿命。方法先采用设备4个光路对TC17钛合金板片进行强化,强化试验结束后,应用LXRD-X射线应力分析仪测定其表面残余应力,再对板片进行表面粗糙度测试。选取新的板片进行应力分布测试,确定TC17钛合金板片在一阶弯曲振型下的应力水平,然后在该应力水平下对经冲击强化和未经冲击强化的板片进行疲劳对比试验。结果板片表面产生了残余压应力层,在相同激光能量下,椭圆形光斑强化区域的残余应力大约是方形光斑强化区域的1.33倍,且椭圆形区域各点残余应力数值相差更小。强化区域的表面粗糙度为0.25~0.34 mm,未强化区域的表面粗糙度为0.13~0.16 mm。疲劳试验时,未经激光冲击强化的板片均在6~11 min内发生断裂,而经激光强化后的4块板片中,1块未断裂,另外3块分别在59、381、709 min断裂。结论激光冲击强化对材料性能起到了强化作用,且椭圆形光斑的强化优于方形光斑。强化后,板片的表面粗糙度增加了1倍,疲劳寿命提高了52倍。     

TC4钛合金激光冲击强化与喷丸强化的残余应力模拟分析

目的 通过对激光冲击强化和喷丸强化后的试样进行残余应力测试分析,得出两种工艺在残余应力形成机理、残余应力层深以及残余应力均匀性等方面的差异.方法 一方面采用有限元方法 模拟激光冲击强化及喷丸强化的过程,将材料在两种强化冲击下的响应进行对比,研究残余应力的形成过程,并对残余应力场的分布规律进行总结分析.另一方面,分别用两种强化技术处理TC4钛合金的表面,并用剥层X射线衍射实验测试材料表层的残余应力.最后将实验结果 与测试结果 进行对比,验证有限元模拟的有效性.结果 当这两种强化效果产生-500 MPa的表面平均残余应力时,激光冲击强化后的TC4钛合金表层残余压应力层深度可达0.6 mm以上,而喷丸强化后的TC4钛合金表层残余压应力层深度只有0.15 mm左右.结论 由于诱发材料塑性变形的机制不同,激光冲击强化往往能获得比喷丸强化更好的残余压应力深度,同时激光冲击强化的材料的表面残余应力分布也比喷丸强化的材料更均匀.     

激光冲击强化对Ti6Al4V合金表面完整性和四点弯曲疲劳性能的影响

采用扫描电镜、显微硬度仪、X射线应力测量仪及透射电镜等对激光冲击强化Ti6Al4V合金的表面完整性进行了分析,采用MTS疲劳试验机测试了疲劳性能,并采用扫描电镜分析了疲劳断口,探讨了激光冲击强化机制。结果表明:经功率密度为15. 9 GW/cm~2的激光处理后,其四点弯曲中值疲劳寿命较未处理试样提高了4. 2～23. 5倍;激光功率密度越大,试样的中值疲劳寿命越长。激光冲击强化表现出比喷丸强化更优的疲劳寿命增益效果。经激光冲击强化后,Ti6Al4V合金表面形成了深度为600～1 400μm的残余压应力场,表面硬度比未强化区域提高了约10%,且亚表层内部的位错密度也有显著提高。     

激光冲击喷丸对LY12合金疲劳寿命的影响

研究了激光冲击喷丸对含中心紧固孔LY12合金试样的疲劳寿命的影响。试样表面经连续三次激光冲击喷丸处理后，可获得351MPa的表面残余压应力，且深度可达1．3mm以上。疲劳试验结果显示，激光冲击喷丸后．试样的裂纹扩展速率比未喷丸试样低约一个数量级，疲劳寿命约为未喷丸试样的20倍。结果表明，激光冲击喷丸是改善构件或材料疲劳性能的有效表面处理技术，在航空工业具有广泛的应用前景。     

激光冲击催渗快速离子渗氮技术

采用常用42CrMo钢为研究材料,探索激光冲击预处理对离子渗氮的催渗效果与作用机理,提升离子渗氮效率。采用光学显微镜、粗糙度仪、扫描电镜、维氏显微硬度计研究激光冲击及离子渗氮后表层特性。结果表明,激光冲击对于离子渗氮具有显著的催渗效果。相同离子渗氮条件下,化合物层厚度和有效扩散层厚度都提高到传统离子渗氮的2倍左右。同时激光冲击预处理可显著提高试样表面硬度,并平缓截面硬度的下降趋势。激光冲击预处理对离子渗氮产生的显著作用源于：激光冲击预处理使试样表面粗糙度从0.015 μm提高到0.454 μm,有利于N原子吸附和氮化物形成;表层形成了厚度约200 μm的变形层,为N原子提供扩散通道,有利于提高扩散层氮浓度。     

激光冲击喷丸对LY12合金疲劳寿命的影响

研究了激光冲击喷丸对含中心紧固孔LY12合金试样的疲劳寿命的影响。试样表面经连续三次激光冲击喷丸处理后,可获得351MPa的表面残余压应力,且深度可达1．3mm以上。疲劳试验结果显示,激光冲击喷丸后,试样的裂纹扩展速率比未喷丸试样低约一个数量级,疲劳寿命约为未喷丸试样的20倍。结果表明,激光冲击喷丸是改善构件或材料疲劳性能的有效表面处理技术,在航空工业具有广泛的应用前景。     

GH4133镍基高温合金激光冲击强化研究

为了研究激光冲击强化技术在高温部件上应用的可行性,研究了GH4133镍基高温合金激光冲击后强化效果的热稳定性。分别采用激光冲击强化、激光冲击强化加保温的方法进行处理,并利用SEM、显微硬度和残余应力的测试方法分析了温度对激光冲击处理后GH4133材料微观组织和力学性能的影响。通过冲击强化后涡轮叶片的高温疲劳试验验证强化效果的热稳定性,并分析其高温下的强化机制。结果表明,激光冲击强化可以在GH4133镍基高温合金表层产生较大残余压应力,细化晶粒;并且在温度作用下,激光冲击GH4133合金形成的细化晶粒在析出相的钉扎作用下具有较好的热稳定性。另一方面残余压应力的应力集中减小,分布均匀。两者的共同作用提高了强化效果的热稳定性,有利于疲劳性能的提高。