金屬結(jié)構(gòu)件殘余應(yīng)力超聲波測量技術(shù)

金屬結(jié)構(gòu)件殘余應(yīng)力的超聲波測量技術(shù)北京康坦科技有限公司BeijingConstantTechnology,Inc金屬結(jié)構(gòu)件的殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力測試方法有損法無損法（物理法）（機械法）原理：將具有殘余應(yīng)力的部件從構(gòu)件中分離或切割出來使應(yīng)力釋放，由測量其應(yīng)變的變化來求出殘余應(yīng)力。優(yōu)缺點：該方法會對工件造成一定的損傷或破壞，但其測量精度較高，技術(shù)較為成熟。典型應(yīng)用：包括鉆孔法、環(huán)芯法和剖分法（包括切條法、切槽法和剝層法），其中以淺盲孔法的破壞性最小，應(yīng)用最為廣泛。X射線衍射法基于彈性力學(xué)及X射線晶體學(xué)理論試樣表面殘余應(yīng)力磁性法鐵磁物質(zhì)的磁致伸縮效應(yīng)磁記憶檢測法、磁應(yīng)力法、巴克豪森效應(yīng)法和磁聲發(fā)射法等超聲波法聲彈性效應(yīng)可無損測定構(gòu)件的表面應(yīng)力和內(nèi)部應(yīng)力，且使用安全、無公害。測量樣品和實際焊接結(jié)構(gòu)件中單向及雙向應(yīng)用應(yīng)力和殘余應(yīng)力；測量銷和螺栓中的單向應(yīng)力與外力；測量研究材料的聲彈性特征參數(shù)；測量焊接結(jié)構(gòu)件熱處理后和服役過程中所引起的殘余應(yīng)力變化；測量零部件和結(jié)構(gòu)件的厚度；測量材料的楊氏模量和泊松比UltraMARSTM設(shè)備的應(yīng)用

便攜式、半自動超聲應(yīng)用應(yīng)力和殘余應(yīng)力測量裝置---UltraMARSTM是加拿大SINTEC公司專為樣品、零部件及焊接結(jié)構(gòu)件的沿均勻壁厚、表面及近表面的應(yīng)用應(yīng)力和殘余應(yīng)力的無損測量而設(shè)計。UltraMARSTM設(shè)備可以用于測量材料和結(jié)構(gòu)件的下列特征參數(shù)：UltraMARSTM設(shè)備的測量原理

機械應(yīng)力的超聲波測量原理是基于聲彈性效應(yīng)：超聲波在固體中的傳播速度取決于固體中的機械應(yīng)力。在材料性能已知的情況下，可以通過對縱向和剪切極化（在正交方向）傳播的超聲波速度的精確測定來完成機械應(yīng)力的測量。不同材料超聲縱波聲速（CL）和正交極化的剪切波聲速(CSX3；CSX2)隨機械應(yīng)力σ變化圖表：1、鋼A；2、鋼B；3、鋁合金；●-CSX3;○-CSX2;x-CL通過對材料里超聲波信號的循環(huán)頻率測量，來測量彈性波的傳播速度。材料里超聲波的發(fā)射和接收是通過壓電式縱波超聲波探頭（探頭XF1）和剪切波超聲波探頭(YF23)來執(zhí)行。采用一個固定器將探頭安裝和固定在樣品、部件或結(jié)構(gòu)件應(yīng)力測量的一個點上；該固定器可以采用夾具、永磁鐵或電磁鐵夾緊在試樣或部件上。試樣上每個點應(yīng)力測量結(jié)果都記錄存儲在UltraMARSTM設(shè)備微處理器的內(nèi)存里，這些數(shù)據(jù)用于計算和繪制殘余/外加應(yīng)用應(yīng)力在試樣上的分布。UltraMARSTM設(shè)備的技術(shù)參數(shù)體超聲波傳感器/接收器采用石英板測量從3×3mm到10×10mm，并通過特殊緊固帶和/或電磁鐵連接待測對象。超聲波穿過-厚度脈沖-回波測量方法示意圖

用于材料平均厚度方向殘余應(yīng)力/應(yīng)用應(yīng)力測量的超聲波計算機控制的綜合測量設(shè)施測量部件和結(jié)構(gòu)件表面殘余應(yīng)力或應(yīng)用應(yīng)力的探頭超聲波表面一發(fā)一收測量方法示意圖

用于材料表面和近表面殘余應(yīng)力/應(yīng)用應(yīng)力測量的超聲計算機控制的綜合測量設(shè)施低碳鋼經(jīng)局部熱處理后殘余應(yīng)力的分布殘余應(yīng)力測量數(shù)據(jù)分析軟件UltraMARSTM設(shè)備的測量方法及案例測量樣品（厚15mm）示意圖測量樣品（厚15mm）實物圖沿縱向連接件的應(yīng)力標(biāo)記為σ33垂直縱向連接件的應(yīng)力標(biāo)記為σ22試樣沿中心線1的初始殘余應(yīng)力分布試樣沿線2初始殘余應(yīng)力分布，L是到試樣左邊的距離試樣沿中心線殘余應(yīng)力的分布（有限元分析和實驗結(jié)果對比）實驗測量與數(shù)值模擬的對比焊接鋼板在循環(huán)載荷作用下殘余應(yīng)力的松弛焊接鋼板2010周次載荷前后沿線4的殘余應(yīng)力分布焊接鋼板2010周次載荷前后沿線5的殘余應(yīng)力分布沿線1和線2.1的殘余應(yīng)力分布靠近加勁肋端部的殘余應(yīng)力的分布焊接橋梁殘余應(yīng)力的測量潛艇耐壓殼焊接件的殘余應(yīng)力測量超聲殘余應(yīng)力優(yōu)化系統(tǒng)超聲殘余應(yīng)力優(yōu)化系統(tǒng)：通過特殊沖擊頭的高頻沖擊和超聲波振動，釋放有害的殘余拉應(yīng)力，并引入表面殘余壓應(yīng)力，減小焊接區(qū)的應(yīng)力集中，提高材料表層的力學(xué)性能，增加疲勞壽命。與現(xiàn)有的改進技術(shù)（磨、TIG熔修、噴丸處理、表面錘擊等）相比，UP（UltrasonicPeening）技術(shù)是提高疲勞壽命最有效的技術(shù)。優(yōu)化前后對接焊縫的變化30mm15mm優(yōu)化前后角焊縫的變化A2SteelHSLAMaterialNottreatedbyUPAfterUPtreatmentNottreatedbyUPAfterUPtreatmentUP處理對金屬腐蝕的影響UP技術(shù)的優(yōu)點效率高（最高）快速(每分鐘約處理0.5m焊縫)大大減少振動和噪音，操作簡單滲透更深

計算機控制機器人在線應(yīng)用與類似的磁致伸縮系統(tǒng)相比，更輕巧，無需強制水冷

UP已經(jīng)成功的應(yīng)用于提高焊接件疲勞壽命，抗腐蝕性，消除由于焊接和其他工藝引起的塑性變形，消除殘余應(yīng)力，增加材料表面硬度和表面納米化。主要應(yīng)用領(lǐng)域有：鐵路和高速公路橋，礦業(yè)，施工機械，船舶制造，汽車和航空航天。應(yīng)用案例高速公路鐵路橋梁焊接件：一個100mm長的焊縫，經(jīng)過UP處理，焊接件疲勞壽命顯著地增加，并且可以消除疲勞裂紋的產(chǎn)生。在修復(fù)整段俄亥俄河大橋高速公路橋的過程中，UP處理了大約500m長的焊縫，超過2000個疲勞關(guān)鍵點的焊接件。焊接橋梁上的應(yīng)用UPofFatigueCriticalWeldsofaGrindingMill修復(fù)采礦設(shè)備上的應(yīng)用UPofaWeldedReinforcementPlate修復(fù)沖壓設(shè)備上的應(yīng)用總結(jié)

超聲殘余應(yīng)力測量系統(tǒng)是基于聲彈性效應(yīng)，可以測量結(jié)構(gòu)件表面、近表面及厚度方向的殘余應(yīng)力和應(yīng)用應(yīng)力。

超聲殘余應(yīng)力測量系統(tǒng)可用于零部件和焊接件在制造、裝配過程中及服役期間殘余應(yīng)力和應(yīng)用應(yīng)力的無損在線測量。優(yōu)于機械測量法和其他無損測量方法。

超聲殘余應(yīng)力優(yōu)化系統(tǒng)通過特殊沖擊頭的高頻沖擊和超聲波振