CN205484211U - 一种超声波残余应力测试仪器 - Google Patents
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Abstract
一种超声波残余应力测试仪器，包括超声换能器组、多通道超声卡、信号处理板卡和控制终端，所述超声换能器组包括临界折射纵波激发探头和临界折射纵波接收探头，所述超声换能器组还包括可向待测焊件的测试区域发射超声波纵波信号并接收纵波回波信号的纵波平探头；所述多通道超声卡包括：超声波信号激发模块和超声波信号采集模块；所述信号处理板卡与所述多通道超声卡连接，用于计算测试区域的残余应力值；所述控制终端用于指令控制多通道超声卡和信号处理板卡中的每一个模块。该仪器可修正由于待测焊件的焊缝区域、热影响区域以及母材区域微观组织差异对超声波残余应力测试的影响，显著提高超声波对焊接接头残余应力的测试精度。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种可修正微观组织差异影响的超声波残余应力测试仪器，属于焊接残余应力的无损检测领域。
背景技术
焊接是工业生产中最重要的一种连接方式，焊接质量决定着焊接产品质量，由于焊接残余应力过大引起的焊接接头破坏是最主要的焊接破坏。焊接接头的残余应力无损检测对生产实践中优化焊接工艺具有非常重要的指导作用。残余应力的无损检测方法主要有中子衍射法、同步辐射法、磁粉法、X射线衍射法和超声波检测法。其中，中子衍射法、同步辐射法设备昂贵，测试成本高，难以用于生产实践中在线检测焊接残余应力；磁粉法残余应力测试只能用于磁性测量的测试，重复性较差；X射线对残余应力的测试只能测试几十个微米厚度，对待测样的表面质量要求较高，受到表面的质量状态影响较大。超声波法是近几年来发展最快的残余应力无损检测方法，具有可以测试深度方向的二维焊接残余应力、测试速度快、无辐射、设备轻便、成本较低等优点。
超声波法测量残余应力属于间接性测量，超声波在待测样中的传播速度与待测样中的残余应力存在着声弹性关系，即超声波的在待测样中的传播速度和待测样中的残余应力基本呈现线性关系。依据声弹性原理，若超声波收发换能器距离固定，测得超声波在零应力样(应力记为σ0)中的传播时间t0和超声波在待测样中的超声传播时间t，根据声时差可求出待测样的残余应力值σ，即：σ-σ0＝A(t－t0)，A与材料的自身性质以及收发探头距离决定，通过单向拉伸标定。
但是，不仅待测样中的残余应力会对影响超声波的传播速度，待测样中的微观组织也会对超声波的传播速度产生影响。由于焊接温度场不同，焊件上会形成焊缝区域(FZ)、热影响区域(HAZ)和母材区域(BM)，这些区域的微观组织存在较大差异。有些较大的微观组织差异对超声波传播速度的影响甚至与焊接残余应力对超声波传播速度的影响在同一个数量级，严重影响超声波残余应力测试方法的测试精度，限制了超声波残余应力测试法的发展。
因此，如何在超声波残余应力测试法中将微观组织对超声波传播速度的影响和残余应力对超声波传播速度的影响分开，是一个亟需解决的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种超声波残余应力测试仪器。该仪器可修正由于待测焊件的焊缝区域、热影响区域以及母材区域微观组织差异对超声波残余应力测试的影响，显著提高超声波对焊接接头残余应力的测试精度。
本实用新型实现其发明目的所采取的技术方案是：一种超声波残余应力测试仪器，包括超声换能器组、多通道超声卡、信号处理板卡和控制终端，所述超声换能器组包括临界折射纵波激发探头和临界折射纵波接收探头，其结构特点是：所述超声换能器组还包括可向待测焊件的测试区域发射超声波纵波信号并接收纵波回波信号的纵波平探头，用于对待测焊件的测试区域进行衰减度测试；
所述多通道超声卡包括：
超声波信号激发模块，与所述临界折射纵波激发探头和纵波平探头连接，用于激发临界折射纵波激发探头发射临界折射纵波，激发纵波平探头发射超声波纵波信号；
超声波信号采集模块，与所述临界折射纵波接收探头和纵波平探头连接，用于采集临界折射纵波接收探头接收的临界折射纵波和纵波平探头接收的纵波回波信号；
所述信号处理板卡与所述多通道超声卡连接，用于处理超声波信号激发模块激发的超声波信号和超声波信号采集模块采集的超声波信号，并计算测试区域的残余应力值；
所述控制终端用于控制信号处理板卡和多通道超声卡中的每一个模块工作。
本实用新型的工作原理是：
待测焊件的焊缝区域、热影响区域以及母材区域的微观特性存在较大差异，而材料的微观特性也会影响临界折射纵波在零应力样中的传播时间和声弹性系数，这样势必对焊接接头的残余应力产生巨大误差。本实用新型仪器通过利用材料的纵波衰减度与微观特性之间的关系，在超声换能器组中增加纵波平探头，在进行残余应力测试之前，先通过纵波平探头确定测试区域的纵波衰减度，从而确定测试区域的微观特性。然后根据材料的微观特性与临界折射纵波在零应力样中的传播时间和声弹性系数的关系，得到测试区域的临界折射纵波在零应力样中的传播时间和声弹性系数，从而最终计算得到的残余应力值避免了微观组织差异的影响，更接近于真实值。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型仪器可修正由于待测焊件的焊缝区域、热影响区域以及母材区域微观组织差异对超声波残余应力测试的影响，可分开临界折射纵波在焊接接头残余应力测试过程中微观组织和残余应力对超声波传播速度的影响，显著提高超声波对焊接接头残余应力的测试精度。在测试过程中，纵波平探头直接测试测试区域的纵波衰减度，通过材料的微观特性与纵波衰减度的关系，确定测试区域的微观特性，再根据材料的微观特性与临界折射纵波在所述材料的零应力样中传播时间的关系和材料的微观特性与声弹性系数的关系，确定测试区域的临界折射纵波在零应力拉伸样中传播时间和声弹性系数；再根
据临界折射纵波探头所采集的临界折射纵波传播时间，对测试区域焊接残余应力实时在线修正计算，实现了对超声波残余应力测试结果的无损修正，便于测试现场使用。
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步描述。
附图说明
图1为本实用新型实施例一的整体结构示意图。
具体实施方式
实施例
图1示出，本实用新型的一种具体实施方式是：一种超声波残余应力测试仪器，包括超声换能器组、多通道超声卡2.0、信号处理板卡3.0和控制终端4.0，所述超声换能器组包括临界折射纵波激发探头1.1和临界折射纵波接收探头1.2，其结构特点是：所述超声换能器组还包括可向待测焊件的测试区域发射超声波纵波信号并接收纵波回波信号的纵波平探头1.3，用于对待测焊件的测试区域进行衰减度测试；
所述多通道超声卡2.0包括：
超声波信号激发模块2.1，与所述临界折射纵波激发探头1.1和纵波平探头1.3连接，用于激发临界折射纵波激发探头1.1发射临界折射纵波，激发纵波平探头1.3发射超声波纵波信号；
超声波信号采集模块2.2，与所述临界折射纵波接收探头1.2和纵波平探头1.3连接，用于采集临界折射纵波接收探头1.2接收的临界折射纵波和纵波平探头1.3接收的纵波回波信号；
所述信号处理板卡3.0与所述多通道超声卡2.0连接，用于处理超声波信号激发模块2.1激发的超声波信号和超声波信号采集模块2.2采集的超声波信号，并计算测试区域的残余应力值；
所述控制终端4.0用于控制多通道超声卡2.0和信号处理板卡3.0中的每一个模块工作。
图1中的阴影部分表示待测焊件的测试区域。
Claims (1)
1.一种超声波残余应力测试仪器，包括超声换能器组、多通道超声卡(2.0)、信号处理板卡(3.0)和控制终端(4.0)，所述超声换能器组包括临界折射纵波激发探头(1.1)和临界折射纵波接收探头(1.2)，其特征在于：所述超声换能器组还包括可向待测焊件的测试区域发射超声波纵波信号并接收纵波回波信号的纵波平探头(1.3)，用于对待测焊件的测试区域进行衰减度测试；
所述多通道超声卡(2.0)包括：
超声波信号激发模块(2.1)，与所述临界折射纵波激发探头(1.1)和纵波平探头(1.3)连接，用于激发临界折射纵波激发探头(1.1)发射临界折射纵波，激发纵波平探头(1.3)发射超声波纵波信号；
超声波信号采集模块(2.2)，与所述临界折射纵波接收探头(1.2)和纵波平探头(1.3)连接，用于采集临界折射纵波接收探头(1.2)接收的临界折射纵波和纵波平探头(1.3)接收的纵波回波信号；
所述信号处理板卡(3.0)与所述多通道超声卡(2.0)连接，用于处理超声波信号激发模块(2.1)激发的超声波信号和超声波信号采集模块(2.2)采集的超声波信号，并计算测试区域的残余应力值；
所述控制终端(4.0)用于控制信号处理板卡(3.0)和多通道超声卡(2.0)中的每一个模块工作。
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