基于全包络权重算法的超声波法残余应力无损测量系统

超声波法残余应力测量基于声弹性效应,针对超声波法测量精度的若干影响因素,为更精确的测量焊接残余应力,提出全包络权重算法,同时考察应力梯度引起的超声信号包络不同位置参考点信号差. 用虚拟仪器软件实现,使超声波法焊接残余应力测量误差大大减小,实现了焊接残余应力超声波法的高精度测量. 使用不确定度对开发的高精度超声波法测量系统的测量精度进行了表征及评价,焊接残余应力场多次重复测量试验结果表明,基于全包络权重算法的高精度超声波法残余应力测量系统不确定度大大减小,焊接残余应力测量结果更为精确稳定.     

低碳钢双丝焊平板横向残余应力超声波法测量

介绍了超声波法应力测量的理论基础声弹性方程,特殊条件下简化临界折射纵波声弹性方程.建立了超声波法测量焊接残余应力系统,实现了高精度信号提取,使用特制变角度超声波探头,选用对应力变化敏感的临界折射纵波作为测量波形,对低碳钢双丝焊对接平板横向残余应力场实现了无损测量.结果表明,测量结果可靠,测量过程实时无损快速.分析了测量数据波动的原因.建立的超声波法应力无损测量系统为焊接结构服役状态在线可靠性评估奠定了基础.     

高速列车车体服役状态残余应力超声波法无损测量及验证

焊接残余应力影响焊接结构可靠性.传统残余应力测量方法无法满足焊接结构服役状态下的应力测量,无法实现薄壁结构的应力测量.使用改进的超声波法焊接残余应力测量系统,对壁厚3.5 mm的薄壁高速列车车体残余应力实现了无损测量,测量过程实时无损快速.测量结果与有限元模拟和激光全息小孔法测量结果对比,超声波法测量结果可靠,且对试验结果进行了讨论分析.建立的超声波法应力无损测量系统为焊接结构服役状态在线可靠性评估奠定了基础.     

薄壁LY12铝合金焊接残余应力超声波法无损测量及验证

传统残余应力破坏测量方法无法满足焊接结构服役状态下的应力测量,无法实现结构的无损应力测量.基于声弹性原理,超声波法可以无损测量出结构内部的残余应力.使用临界折射纵波进行薄壁结构件测量时,易激发Lamb波和Stonely波等特殊波形,将影响测量的准确度.开发了适用于薄壁结构件测量的新型超声波法焊接残余应力测量系统,对厚度为2mm的两种LY12薄壁焊接结构进行了测量,测量过程实时无损快速.用切割释放法和有限元模拟进行了验证.结果表明,该测量系统准确可靠,为航天器薄壁焊接结构服役状态在线可靠性评估奠定了基础.     

激光全息小孔法验证超声波法残余应力无损测量

基于声弹性效应,超声波可以无损检测出结构内部应力.利用建立的基于临界折射纵波的超声波法焊接残余应力测量系统,对低碳钢双丝焊纵向焊接残余应力进行了实时快速无损测量.使用激光全息小孔法对超声波法测量系统的测量结果进行了验证.对两种方法的测量过程和测量结果进行了对比.结果表明,超声波法测量结果可靠,声波法克服了传统应力测量方法费时、耗力、破坏、体积庞大等缺点,整个设备轻便,可单人手提.系统支持程序使测量操作简便,过程实时快速.     

超声波法曲面工件残余应力测量

开发了超声波法焊接残余应力测量系统.用该系统配合平直探头对曲面工件的焊接残余应力进行测量尝试.将超声波法获得的测量结果与激光全息小孔法的测量结果比较,超声波法测量所得的焊接残余拉压应力区间与小孔法相同,分布曲线较小孔法测量结果缓和,最大拉压应力均要小于曲面工件中实际拉压应力.根据试验结果,结合名义声弹性常数表达式分析了...     

焊接残余应力场声弹性不稳定性分析

基于声弹性效应,超声波可以无损检测出结构内部应力.超声波法焊接残余应力测量克服了传统应力测量方法费时耗力、破坏、体积庞大等缺点,对多种焊接结构残余应力进行的测量已证明其准确和可靠.在残余应力场测量时发现了在低应力弹性区存在声弹性不稳定现象,利用声弹性模拟试验对声弹性不稳定现象进行了分析研究.根据焊接残余应力场弹性区临界折射纵波包络波峰声弹性效应随机分布呈双峰分布的试验现象,提出了弹性区声弹性主应力计算公式,可通过超声波法纵向残余应力测量结果计算出测量点的两个主应力及横向残余应力.     

双丝焊铝合金平板残余应力梯度超声波法建立

在假设无限小波叠加在各向同性变形弹性体基础上,推导了超声波法应力测量的理论基础声弹性方程,特殊条件下简化出临界折射纵波声弹性方程.建立了超声波法焊接残余应力测量系统,选用对应力敏感的临界折射纵波作为测量波形,对20 mm厚X坡口双丝焊对接2219铝合金平板纵向残余应力场梯度进行了测量,获取了纵向残余应力场引起的声时差信号分布,用MARC软件计算了铝合金残余应力场纵向应力的分布,与声时差信号的趋势进行了对比,趋势符合.为超声波法重建焊接残余应力场作了准备.     

箱型搅拌摩擦焊结构残余应力超声波法测量

基于声弹性效应,超声波可以无损检测出结构内部应力。针对箱型搅拌摩擦焊接结构,使用超声波法对其残余应力分布进行了无损快速测量。结果表明纵向残余应力分布在焊缝附近表现为较高的拉应力,在轴肩作用区域一定距离之外迅速下降并转变为压应力,横向残余应力很小,纵向残余应力峰值出现在前进侧一侧,搅拌摩擦焊接头焊缝两侧的纵向残余应力分布明显地表现出不对称性。分析认为搅拌焊接残余应力的分布特点由其复杂的材料流动和焊接温度场共同作用造成。     

控制焊接残余应力方法的超声波监控

为了减少焊接件的残余应力测量时间,基于声弹性效应,采用对应力最为敏感的临界折射纵波,建立了焊接残余应力超声波测量系统,可以准确的检测出焊接结构的内部应力.用该测量系统对随焊旋转挤压法、随焊冲击碾压法、电磁冲击法、预置应力法等一系列降低焊接残余应力的控制方法进行了监控,试验结果给出了各控制方法的残余应力降低程度,确认了工艺参数的合理性.该试验过程无损快速克服了传统切割释放测量方法的耗时费力,加快了控制方法的研制进程.     

插入式超声波温度计设计

基于超声波在棒状固体介质中传播速度与温度的关系,运用高速高分辨率的硬件电路和软件细分插补算法,精确地测量超声波的回波时间,从而精确地测量超声波的传播时间并计算出对应的温度值.根据在固体介质中传播时间和温度的关系建立数学模型,通过已测得的传播时间求出对应的温度值.设计的温度计结构简单,能够实时地测量液体温度的变化,并且能在各种高温环境中广泛应用.     

流体多参数超声波测量仪设计

针对目前流体测量仪测量参数单一的问题,提出了一种用超声波技术测量流体多参数的方法。当传播距离不变时,利用超声波在流体中的传播速度间接得到流体的体积流量、密度、质量流量。由于流体流量、密度等参数均受温度影响,故设计过程中以温度作为参考信号,为所求参数就行实时补偿。同时,测量仪以FPGA为控制核心,实现高速信号采集与处理,以软件插补算法实现超声波传播时间的精密计算,使测量结果更加稳定可靠。     

基于KRG代理模型的超声悬浮夹具设计

在超精密制造领域,如晶圆、硅片的制造与运输,需要在非接触、超净化条件下进行。为提高非接触式夹具的夹持稳定性,分析了无侧向约束力的超声悬浮夹具存在的不足,设计了一种有侧向约束力的新型超声悬浮夹具。基于KRG代理模型技术,建立了新型超声悬浮夹具的设计模型,并用遗传算法优化了新型超声悬浮夹具的结构参数。为验证新型超声悬浮夹具非接触夹持效果,运用工业视觉测量技术,搭建了试验平台。试验结果表明,新型超声悬浮夹具能够稳定夹持工件。     

超声测厚仪的零点校准与温度变化对测量值的影响

在超声波测厚的场合,通常使用带延迟块的探头。由于延迟块的介入,使超声波传播的声时增加,而且延迟块材料的声速会随着温度的变化而变化,进而会影响厚度测量的准确性。设计超声测厚仪时要设计减除这多加的声时的电路,使最终结果为被测物的真实厚度。采用不同的技术路线来实现这个功能,会导致在不同的环境温度、不同的耦合状况、测量对象为不同材料等各种各样的应用环境下,产生不同的效果。针对超声测厚仪“校零”这一关键点加以论述,介绍温度对“零点”的影响,并介绍几种目前比较流行的“校零”的方法,指出各个方法的优缺点。     

Detection of shape deviations and measurement errors by a point cloud analysis

For the enhancement of technical workpiece surfaces with even larger dimensions, the application of microstructures on the surface is an appropriate way to improve the fitness for use without changing the properties of the basic material. Considering the extremely small dimensions of approximately 5–20 μm of the applied microstructure, the quality assurance faces new challenges related to the obtainment and evaluation of measurement data. This article presents an approach for the automated detection of shape deviations of a microstructure, as well as the detection of measurement errors during an optical or tactile measurement. The explained algorithm is based on the analysis of the measurement points within a point cloud by observing the distances between the single points. To illustrate the disturbance in the measurement point cloud every point is evaluated by an adaptive weighting function. The weighting of each measurement point can then be visualized by plotting the whole point cloud according to a corresponding color scale. The suitability of the point cloud analysis is demonstrated by the examples of a shape deviation (artificial groove) and a measurement error, occurred by measurement via confocal microscopy.     

射线测量涡轮叶片大曲率处壁厚尺寸的方法

采用射线方法测量了某航空发动机涡轮叶片大曲率处的壁厚,制作了专用的叶片定位工装,以保证射线束与叶片被测处的垂直度。对叶片表面曲率半径3 mm处的壁厚进行了射线测量,经与超声测厚和计量检测结果的分析对比,验证了射线测量结果的准确性和可靠性,证明了涡轮叶片大曲率处壁厚尺寸测量采用射线方法是可行的。     

输油管道自校正超声波在线监测系统

超声波测厚是维护管道安全性的重要无损检测技术,其测量原理是利用超声波脉冲反射法在线监测石油管道的厚度和腐蚀情况.超声波脉冲反射法测厚的精度主要依赖于声速,而声速受环境温度的影响较大,故对超声波在固体中的传播速度和温度关系进行了大量的试验,在这些研究的基础上,提出了温度与声速的神经网络误差补偿模型和线性回归误差补偿模型....     

A 2D model of ultrasonic wave propagation in an anisotropic weld

In order to enable ultrasonic measurement of anisotropy and the directivity of dendrites in a weld, a forward formulation is presented in this paper. It describes a model of an anisotropic weld, a probe model defined by consistent boundary conditions, together with a 2D ray tracing algorithm. The capability of this developed model is illustrated in numerical examples. This hybrid model of the forward formulation will later be applied to solve the inverse problem.     

两列超声波信号相位差实时估计算法对比研究

用超声波检测流体物理参数时常需要获取两列波的相位差。因超声波频率高,需要较高采样频率和较大的样本,才易获得较高分辨率和精度的相位差估计值。这样用于估计的数据量大,计算延时大。本文对相关分析法、希尔伯特变换法、李萨如图法进行了综合研究和对比分析,提出了数字化李萨如图法。并进行了仿真与实验对比,结果表明,数字化李萨如图法性能优于其它方法,并且在小样本时性能不变。本文为实时估计两列波相位差提供了新方法,在流体物理检测、深海采矿船升沉运动位移等的检测中具有良好的作用。     

基于超声无损检测的扩散连接界面缺陷尺寸评估

针对扩散连接界面缺陷的无损检测问题,开展了人工缺陷试样的水浸超声检测试验研究,提出了扩散连接界面缺陷超声响应模型,开发了一种通过超声检测评估界面缺陷厚向尺寸的检测手段. 首先利用扩散连接的方法制备了带有人工缺陷扩散连接试样,采用30 MHz的入射波频率,对试样进行水浸超声无损检测. 基于超声无损检测原理提出了未焊合缺陷的超声响应模型,引入扩散连接界面劲度系数K作为桥梁建立起超声反射波反射率与界面缺陷尺寸之间的联系. 通过特定检测位置的超声反射波数据和实际微观缺陷尺寸数据拟合确定超声响应模型常数,进而实现基于超声无损检测的界面缺陷厚向尺寸评估. 结果表明,传统超声C扫描一般只是定性地反映缺陷存在与否,而厚向尺寸评估方法的提出在一定程度上为超声C扫描做了补充,有助于缺陷尺寸的定量检测,实现缺陷危害等级的评估.