[发明专利]一种用于金属板中残余应力检测的水浸式兰姆波共线混频检测系统及方法

说明书

本发明公开了一种用于金属板中残余应力检测的水浸式兰姆波共线混频检测系统及方法，属于无损检测领域。将被测金属板固定于水槽中，通过水浸式扫描系统控制激励与接收探头步进移动，使两基频信号在金属板上不同位置处发生混频相互作用，以此对金属板中残余应力进行扫查检测。计算各检测位置的混频非线性系数，通过非线性系数表征金属板中残余应力。本发明采用的水浸式检测系统，避免了人为因素与耦合不稳定带来的影响，检测结果可靠性更高；采用的兰姆波共线混频检测方法，对金属板结构中残余应力的大小变化较为敏感，可以通过非线性系数对残余应力进行较为准确的表征。

技术领域

本发明涉及一种用于金属板中残余应力检测的水浸式兰姆波共线混频检测系统及方法，适用于金属板中残余应力的表征，属于无损检测领域。

背景技术

金属板结构作为一种常见的结构形式，被广泛应用于各类重大基础设施中。金属板结构生产制造过程中的机械加工与强化工艺，会造成残余应力的产生。残余应力多数情况下是有害的，对金属结构的各种性能有很大影响，在不适当的处理或加工后，残余应力可能会引起金属结构的扭曲变形甚至开裂。因此，金属板结构中残余应力的检测对结构性能评估和失效预防十分重要。

非线性超声检测技术因其对材料形变以及材料性能退化造成的微结构变化十分敏感而被广泛关注。材料的微结构变化过程会伴随残余应力的产生，且残余应力大小与微结构变化程度呈线性关系，所以有望使用非线性超声检测技术实现结构中残余应力的检测。目前常用的非线性超声检测方法有谐波法与混频法。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.]使用表面波的二次谐波对不同强度喷丸处理后的铝板表面残余应力进行了检测，发现非线性系数随试件中残余应力的增大而增大。虽然谐波检测技术可以实现金属板中残余应力的检测，但检测结果受系统自身非线性影响较大。

与谐波检测技术相比，混频检测技术利用两列不同频率的基频信号混频产生的和频或差频波，对结构应力状况进行评估，避免了实验系统自身产生的谐波对检测结果的影响。焦敬品等[焦敬品,成全.一种用于金属薄板中应力分布测量的非线性Lamb波混频方法[P].北京市：CN110108402A,2019-08-09.]采用兰姆波共线混频方法，通过改变激励信号的激励时延，对试件不同位置进行扫查检测，实现了对金属板应力分布情况的测量。虽然兰姆波混频检测技术对金属板结构中的应力变化十分敏感，但目前常用的混频检测系统多为接触式系统，检测结果受耦合条件及人为因素影响较大。

与常规接触式检测系统相比，水浸式检测系统受人为因素影响小，探头位移与偏转角度可通过电机精确控制，且探头与试件间的耦合始终保持稳定。因此，使用水浸式检测系统获得的结果可靠性更高、可重复性更好。Jonathan等[Alston J,Croxford A,PotterJ,et al.Nonlinear non-collinear ultrasonic detection and characterisationofkissing bonds[J].NDTE International,2018,99:105-116.]利用一套水浸式体波混频实验系统进行了检测参数优选实验，并实现了对水平粘结层的水浸式混频检测。然而，该水浸式混频检测系统基于体波混频而设计，目前还鲜见适用于兰姆波混频的水浸式检测系统。

综上所述，鉴于混频检测技术对结构中残余应力变化的敏感性以及水浸式兰姆波混频检测系统的需求，本专利基于兰姆波共线混频技术，提出一种用于金属板中残余应力检测的水浸式兰姆波共线混频检测系统及方法。

发明内容