[发明专利]一种残余应力非线性超声检测方法

说明书

本发明涉及一种残余应力非线性超声检测方法，适用于超声无损检测领域，利用超声二阶和三阶非线性系数与残余应力的对应关系，通过水耦或空气耦合可以非接触地检测构件内部残余应力，经过研究和试验验证发现，该方法具有正确的理论基础、可行的技术方案、有效的实施方法和可靠可重复的检测结果，从根本上解决了大型构件内部残余应力的快速无损检测的根本需求。

一、技术领域

本发明属于超声检测领域，涉及一种残余应力非线性超声检测方法，适用于对构件内部残余应力分布的快速扫查。

二、背景技术

构件的非线性超声检测机理是利用超声波在构件中传播时，与材料中的内部结构相互作用，使超声波波形发生畸变，产生高次谐波分量，利用非线性超声特征参数对材料微缺陷的敏感程度表征材料的非线性特性，从而实现对构件残余应力的检测。

在现有的残余应力检测方法中，按照其对被测构件损伤与否分为有损伤、半损伤和无损伤三大类，有损伤的方法有：切片法、轮廓法等，半损伤的方法有盲孔法、环芯法、深孔法等，有损和半损法都属于应力释放的范畴；无损的方法有X射线衍射法、磁性测定法和超声波法等。无损检测方法中，X射线的检测深度极浅，仅为10～35μm，对人体有一定辐射伤害，主要用于表面镀层、薄膜等金属材料表面残余应力的检测。磁性测定法检测结果受多种因素影响，可靠性和精度差，检测值标定困难，对材质较为敏感，而且仅能用于铁磁材料的检测。超声无损检测法是目前最有发展潜力的残余应力检测方法之一。超声检测残余应力的方法：声弹性理论和非线性超声检测理论。徐春广教授、潘勤学博士等对声弹性理论检测残余应力的理论进行了深入的研究，而非线性超声检测残余应力的研究较少。

通过在万方数据库(网址：http://new.wanfangdata.com.cn/)和国家知识产权局(网址：http://www.pss-system.gov.cn/)进行专利检索和论文查询，获得三个相关专利及论文：1)邓银舟等的论文.金属构件疲劳损伤非线性超声性能检测方法研究.中国锰业.doi:10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2016.04.026.阐述了金属构件疲劳损伤非线性超声波性能检测中不仅保留了传统金属构件的检测方式，同时应用超声波声频声波分析技术、红外线分析技术、卫星光纤分析技术以及数据分析技术进行金属构件疲劳损伤分析。该论文仅从理论和检验方式两方面进行分析，并没有提出具体应用方法。2)吴斌等的发明专利：金属材料疲劳早期损伤非线性超声在线检测方法，专利号CN201010119536.7，提供一种在非线性超声无损检测的基础上引入声发射技术检测金属材料早期疲劳损伤的方法，根据被测试件的厚度确定激励信号参数并输入任意函数发生器生成单一音频信号；根据空载时的噪声信号幅值确定声发射仪门槛值；给被测试件进行疲劳加载，由声发射传感器连续实时检测声发射信号，放大后输入声发射仪，当声发射信号幅值超过声发射仪预设的门槛值，声发射仪判定振铃；如果声发射仪没有显示振铃或连续振铃次数没有超过经验值，则等时间间隔检测非线性超声信号；如果显示连续振铃次数超过了经验值，表明有疲劳裂纹萌生和发展。该方法对于金属材料疲劳只是通过经验值进行判定，无法定量描述金属材料内部的应力状态及应力值。3)李海洋等的发明专利：一种非线性超声在线监测金属材料应变变化的方法，申请号：CN201710271586.9，提供一种非线性超声在线监测金属材料应变变化的方法，在待测试件的中间放置探头，将待测试件的两端固定，待测试件的中间悬挂一个重物，通过重物的重力对待测试件产生拉伸进行产生疲劳。在待测试件上制作在线监测应变的支撑架，支撑架内放置超声换能器。非线性声学检测设备的高能脉冲信号输出端通过50欧姆阻抗匹配、双工器后，与超声波换能器进行交互，经待测试件反射后接收反射的超声波信号。该方法虽然实现在在线监测金属材料应力变化，但需要对待测件的中间悬挂一个重物且仅能通过接收反射超声波信息号来监测，操作复杂，工况要求高，无法通过透射及有角度的超声波信号监测金属材料的应力变化。

上述研究成果并没有涉及到本发明所述的利用非线性超声方法来检测残余应力的具体内容，因此，本发明申请的权利点具有完全的创新性。