超声波应力测试降噪技术

主要分析临界折射纵波(LCR波)降噪处理对于A7N01铝合金与S355J低合金钢残余应力测试的必要性。通过拉伸标定的方式分别标定A7N01与S355J,并对比降噪与未降噪信号的局部细节,最后拟合降噪与未降噪信号的标定结果。通过上述试验分析发现,超声在铝合金中的传播特征受应力的影响更为明显,LCR法对于S355J的应力降噪非常必要,而A7N01应力测试可以不做降噪处理。     

考虑温度影响的基于超声回波幅度谱的钢构件应力检测

为了提高利用超声回波幅度谱检测钢构件应力的适用性,对温度影响进行研究。从温度变化导致的超声波波速变化和构件热胀冷缩两个方面考虑,提出了温度影响的修正公式。根据修正公式,开展了温度修正因子标定试验,试验结果表明,温度对应力检测的影响主要体现在对波速的影响上。在此基础上进行了考虑温度影响的钢构件单向绝对应力检测试验,对该方法的准确性和精确度进行了验证;最后探究得出高温影响下超声信号衰减的主因,即温度升高导致钢构件内部粒子热运动加剧,传播介质传递波的能力减弱。     

基于超声检测的变形管道维抢修评价方法

为了从定量分析的角度对在役管道进行评价,基于超声LCR波油气管道在线应力检测装置开发了油气管道在线应力状态无损测量技术,并围绕地质灾害变形管段建立了“应力初测评价-维抢修措施建议-应力复测评价-管道定期检测”的工程现场管道维抢修评价方法,并对该方法进行了现场工程试用。结果表明,该方法是评价地质灾害变形管段在线应力状态的有效手段,为变形管段安全裕度和修复质量的定量评价提供了依据,为变形管段的后期维护提供了技术支持。     

基于超声双波法的螺栓紧固力在线测量

为了保证螺栓处于稳定的连接状态,螺栓上需要施加一定大小的紧固力。现阶段,在役螺栓紧固力的测量仍是一个技术难题。提出了利用超声横波、纵波的双波声时比值法测量螺栓紧固力,并进行了测量验证,结果表明：双波法有较高的检测精度。研究了影响双波法测试精度的因素,提出了温度修正系数以补偿温度对螺栓紧固力测量的影响。该方法实现了在役螺栓紧固力的测量,具有较高的工程应用价值。     

微观组织对临界折射纵波横向焊接残余应力测量结果的影响

焊接过程中较高的热输入容易引起较高的焊接残余应力,而较高的残余应力有可能降低工件疲劳寿命,促进裂纹萌生扩展,增加应力腐蚀敏感性。表面和内部的焊接残余应力的无损检测对服役可靠性的评估具有重要意义。临界折射纵波(LCR波)残余应力的测量原理是基于声波传播速度的改变和应力之间的线性关系。当使用LCR波测量横向焊接残余应力时,收发换能器可能同时覆盖焊缝(MZ)、热影响区(HAZ)以及母材(PM)中的两个甚至三个区域,然而这些区域微观组织的差异性都可能影响应力常数K,当测量距离焊缝中心不同距离的残余应力时,有必要对应力常数K进行修正,提高LCR波对横向焊接残余应力的测量精度。     

航天器铝合金结构残余应力超声波检测方法研究

利用有限元法对5A06铝合金薄板拉伸过程进行数值模拟，以模拟结果为依据设计平面双向应力加载试件。基于声弹性理论，在单、双向加载的条件下，采用临界折射纵波法（LCR）对铝合金薄板进行单、双向应力检测试验研究，得到平面应力下单向和双向应力曲线。对比分析单向加载条件和双向加载条件下的应力曲线及应力系数，结果说明:LCR波在试件中的传播声时是由平行与垂直方向的应力共同决定的，垂直方向应力的作用约为平行方向应力的33%，垂直方向的应力对应力系数的影响不可忽略。     

基于电磁超声瑞利波的平面应力测量方法

针对平面应力快速、无损的测量需求,基于电磁超声及瑞利波平面应力测量原理,设计了三发三收式电磁超声换能器。详细介绍了三发三收式瑞利波探头结构及测量系统,改进了基于三方向超声波波速计算平面应力的公式,一次定位即可实现金属平面应力的测量。试验测量5052搅拌摩擦焊铝合金板的平面应力,并将测量结果与盲孔法结果进行对比,验证了所设计电磁超声探头的实用性。     

轧辊表面残余应力测试方法的对比试验研究

轧辊体积大且辊面状态又不好,尤其是热轧辊的表面常有氧化膜和微裂纹,在测量时又不能损伤轧辊表面,因此,轧辊残余应力的测量较困难.为验证临界折射纵波法测轧辊表面残余应力的准确性,用超声波法、X射线法和盲孔法对同一试件进行了应力测量.对这3种测量方法所测得的结果进行比较后,评价超声波法的可靠性和有效性.试验结果显示:临界折射纵波法测试的应力值与X射线衍射法和盲孔法测试的结果具有较好的一致性.     

表面耦合状态对A7N01铝合金残余应力检测误差的影响

超声波法检测轨道车辆残余应力时,由于被检测部位的表面附着物、表面粗糙度、表面弧度的差异会造成检测结果出现很大误差,这对有效评判被检测部位的残余应力峰值及分布会产生很大影响。基于上述考虑,以轨道车辆常用的A7N01铝合金为研究对象,从表面附着物、表面粗糙度、表面弧度3个方面系统研究表面耦合状态对残余应力检测误差的影响。结果表明:表面存在圆弧过渡时,应采用修正后的圆弧探头;使用砂纸对喷砂面适度打磨,可以提高超声法应力测试精度,但过度打磨会破坏喷砂层或者形成新的附加机械应力层,对测试结果产生明显影响;超声法可对涂装油漆件直接进行应力测试,油漆层对t_0影响极其明显,但K值与第一临界入射角影响不大,所以必须修正t_0大小。     

铝合金析出相对超声波残余应力测试精度的影响

为研究析出相对超声测量残余应力的影响,在200℃下将7xxx母材分别保温2 h、4 h、6 h、8 h后制备试验试样。分别对试样的应力常数K、超声波在零应力介质中的传播时间t_0、超声衰减3个指标进行测试,分析铝合金的析出相对2个计算参数K、t_0及超声衰减的具体影响。分析发现,在析出相含量有明显差距的4组试样中,其K、t_0、超声衰减均没有明显变化,说明7xxx铝合金材料的析出相对超声波测量残余应力的精确度基本无影响。     

钢对接焊缝残余应力分布的临界折射纵波检测

焊接残余应力分布情况对焊接构件的安全使用存在一定影响。基于临界折射纵波(LCR)的产生机理和应力检测原理,搭建了基于声时的应力检测系统。采用"一发一收"的探头布局模式,探讨了入射角度对LCR波产生的影响,利用工件中存在应力会导致LCR波传播时间变化的现象,探讨了对接焊缝横向残余应力分布的测试方法。结果表明:LCR波法检测焊缝残余应力分布与理论分布情况相符。     

平面双向残余应力的超声检测

基于声弹性理论,分析了弹性波应力与波速之间声弹性方程的物理意义,在总结国内外LCR波检测残余应力研究进展的基础上,提出了目前尚存在的问题并给出了解决方法。推导了平面LCR波双向应力的求解公式,设计了双向应力加载试样,并对十字形试样中部的应力分布进行仿真,仿真结果证明了在双向应力加载情况下,标定应力系数的方法是可行的。     

采用导波杆方式超声检测高高压管道壁厚的方法

为了测量高温高压的管道壁厚,将与管道材料相同的导波杆以全焊透的形式垂直地焊接在管道的监测部位。导波杆端部采用风冷或水冷,使端部温度降低,直到可以使用常规的超声波探头及耦合剂进行测厚。讨论了测厚系统温度与声速的关系及测量数据的修正方法,以不锈钢材料为例;对焊接导波杆的圆平板、直管及弯管试件进行了测量和修正,测量结果与壁厚实际值能较好地吻合。     

基于本征应变法修正厚板轮廓法应力测试误差

基于本征应变法,以轮廓法测试的部分内部应力数据为基础构造出切割面上的整体纵向应力分布,修正轮廓法测试切割面上的表面应力误差,并研究了本征应变阶数对构造结果的影响.结果表明,本征应变法构造出的切割面上纵向应力分布与轮廓法测试结果符合较好,表层应力相比于轮廓法测试值提高了约27%;构造出的表面应力与XRD法测试结果符合较好,一定程度上能修正轮廓法表层纵向应力测试误差;沿切割面x方向和y方向本征应变基函数阶数采用16次和10次,能构造出较好的纵向应力场.     

颗粒增强金属基复合材料热错配应力分析

基于弹塑性力学理论,分析了颗粒增强金属基复合材料在降温及升温循环过程中的热错酸应力,结果表明：降温期间复合材料基体发生了热错配塑性应变,升温期间则经历卸载过程;在升温期间存在一特定温度,此温度复合材料基体平均错配应力为零,在零应力温度下,热错配应力分布不均匀程度有所减小,零应力温度受复合材料冷却温度的影响,利用低温处理方法可以调整复合材料的零应力温度。     

基于能量守恒原理的金属压缩流动应力修正方法

通过轴对称缺口圆柱试件设计,消除了端面摩擦对金属(特别是延性金属)试件压缩变形行为的影响。基于压缩过程中外力功与试件内能之间的能量守恒原理,推导了压缩流动应力的近似修正公式,并给出了相应的迭代修正过程。针对铝合金2024,利用修正后的流动应力-应变关系对压缩过程中试件的最小横截面直径和内能进行了预测,并与实验结果进行了比较。研究结果表明:在整个压缩过程中,试件的最小横截面直径的预测值与实验值吻合,且试件内能与实验外力功始终保持一致,从而验证了该修正方法的有效性。     

双向残余应力的超声检测及其对比性研究

针对航天器铝合金平面双向残余应力超声波检测进行验证性研究。分别在双向平板试件上采用应变片法,在对接焊焊接试件上采用X射线衍射法和电子散斑法进行对比性残余应力检测试验。结果表明,平板试验件上应变片法和超声法的测量结果的最大偏差小于4MPa,近似相同。由于不同深度上,焊接试验件上残余应力不同,超声法、X射线法和电子散斑法得到的焊接残余应力的数值有所差距,但是其趋势基本相同,且都符合对接焊焊板上平行于焊缝方向的残余应力的分布趋势。     

应力比对25Cr2Ni2MoV钢疲劳裂纹扩展门槛值的影响

对25Cr2Ni2MoV钢进行疲劳裂纹扩展门槛值试验,试样尺寸为紧凑拉伸试样,试验的频率为20 Hz,波形为正弦波,试验环境介质为空气,试验的温度为23 ℃,试验过程采用连续的降K程序进行测试。试验结果表明,应力比R分别为0.05,0.1,0.3,0.5,0.7和0.8时,有效门槛值?Keff分别为5.30、5.10、3.68、3.34、2.72和2.43 MPa·[m],随着应力比的增加,有效门槛值逐渐降低,da/dN曲线向较小的?K方向移动;随着应力比的增加,裂纹闭合效应的影响是逐渐降低的,当应力比R≥0.7时,裂纹闭合效应消失,实际测量的门槛值即为有效门槛值,采用修正后的McEvily-Groeger公式,可以得到25Cr2Ni2MoV钢有效门槛值的经验方程。     

磨削参数对表面层残余应力的影响分析

残余应力作为衡量磨削质量的关键指标之一,显著影响零件的表面完整性与使用性能。借助有限元软件ABAQUS,建立热力耦合仿真模型,研究不同磨削参数下表面层温度和应力分布,获得残余应力分布情况。结果表明,表面层深度方向上存在较大的温度与应力梯度,影响深度不超过1mm。随着表面层深度增加,残余拉应力逐渐减小,呈现低压应力状态,并趋于0。以45钢为试验材料,制作了嵌入热电偶的测试工装。利用切削力测量系统和热电偶测温技术,测量获得磨削力与磨削温度分布,从而验证了有限元仿真结果的可靠性。     

压痕应变法应力计算函数和低合金钢力学性能的关系

压痕应变法是一种新型无损的应力检测方法,具有快捷方便、测试准确等优点,影响该方法测量精度的主要因素之一就是应力计算函数（压痕应变增量（Δε）与弹性应变（ε）之间的关系）的确定.文中在已有工作基础上,基于有限元数值模拟计算,结合试验标定结果,探讨了12种不同力学性能的低合金钢类材料应力计算函数的存在规律.结果表明,在获得材料拉伸力学性能的情况下,根据材料在零应力情况下的应变增量,可以获得该材料的应力计算函数,从而避免了应力计算函数确定时进行的复杂试验标定或模拟计算问题.