[发明专利]一种直耦造波的表面残余应力超声检测方法

摘要

本发明一种直耦造波的表面残余应力超声检测方法属于超声检测技术领域，涉及一种直耦造波的表面残余应力超声检测方法。该方法采用了耦合剂直接耦合的造波方式，超声波经单一耦合剂介质，直接入射至被测材料，采用的直耦造波式超声探头为“一发双收”的应力测量模式。首先设计并组装直耦造波式超声探头，将组装后的直耦造波式超声探头放置到被测材料的表面，并保持测量基面与表面充分接触。耦合剂经由阀口被稳定注入到耦合剂空腔中，形成超声波直接传播通路，进行表面残余应力超声检测。该方法同时完成造波与耦合，超声波传播界面少，保证了接收信号质量，提高了信噪比。采用的应力测量模式，保证声时差计算精度，提高了测量空间分辨率。

主权项

1.一种直耦造波的表面残余应力超声检测方法，其特征是，该方法采用了耦合剂直接耦合的造波方式，超声波经单一耦合剂介质，直接入射至被测材料，采用的直耦造波式超声探头为“一发双收”的应力测量模式，有利于保证声时差计算精度；方法的具体步骤如下：第一步设计并组装直耦造波式超声探头直耦造波式超声探头的结构设计：在探头基体(5)上分别加工安装发射换能器(2)、第一接收换能器(3)和第二接收换能器(4)的圆孔和螺纹孔，应保证直耦造波式超声探头入射轴线(a)、第一接收轴线(b)和第二接收轴线(c)均与测量基面(s)的法向成第一临界角θ，且三个轴线设计在同一平面内；第一临界角θ需满足如下条件，式中，v₁为超声波在耦合剂中的传播声速，v₂为超声波在被测材料中的传播声速；入射轴线(a)与第一接收轴线(b)呈镜面对称；第一接收轴线(b)与第二接收轴线(c)平行，并保证第一接收轴线(b)与第二接收轴线(c)间的测量距离d，在探头基体(5)上分别加工有三个阀口(6)；组装：采用的直耦造波式超声探头为“一发双收”的结构形式，即“一发”为发射换能器(2)，“双收”由第一接收换能器(3)和第二接收换能器(4)完成；将发射换能器(2)、第一接收换能器(3)和第二接收换能器(4)分别沿入射轴线(a)、第一接收轴线(b)和第二接收轴线(c)嵌入安装到探头基体(5)中，并分别用螺栓组件(1)进行紧固，即完成直耦造波式超声探头组装；第二步注入耦合剂将组装后的直耦造波式超声探头放置到被测材料(7)的表面(f)，并保持测量基面(s)与表面(f)充分接触；采用的耦合剂直接耦合造波方式，在外部压力条件下，耦合剂经由阀口(6)被稳定注入到耦合剂空腔(e)，形成超声波直接传播通路；第三步采用直耦造波式超声探头进行表面残余应力超声检测，首先，发射换能器(2)按照一定频率发射脉冲式超声波(C)；在表面(f)形成临界折射纵波；同时，第一接收换能器(3)和第二接收换能器(4)分别采集获得具有一定时延的第一接收临界折射纵波(D)和第二接收临界折射纵波(E)；进行波形相关包络分析，计算获得第一接收临界折射纵波(D)和第二接收临界折射纵波(E)的声时差Δt；将声时差Δt带入如下公式，计算获得测量距离d间的表面残余应力σ＝B(Δt‑Δt₀)                     (2)式中，B为声弹性常数，Δt₀为测量距离d间的无应力状态声时差；实际测量时，声弹性常数B和无应力状态声时差Δt₀需经实验标定获得。