金屬構件疲勞損傷非線性超聲性能檢測方法研究

鄧銀舟，秦 健，江 帆，林鐿琳

(深圳出入境檢驗檢疫局工業品檢測技術中心，廣東 深圳 518067)

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金屬構件疲勞損傷非線性超聲性能檢測方法研究

鄧銀舟，秦 健，江 帆，林鐿琳

(深圳出入境檢驗檢疫局工業品檢測技術中心，廣東 深圳 518067)

金屬構件疲勞損傷非線性超聲波性能檢測，結合現代科研技術手段在生產設備檢驗中的綜合應用，這種檢驗方式通過聲波圖像的波動變化反映金屬構件疲勞損傷的程度，直觀的圖像分析和精準的數據分析技術綜合應用，推進我國設備維修技術實現科學化、專業化發展。

金屬構件；疲勞損傷；非線性超聲波檢測

非線性超聲波性能檢驗是相對于線性超聲波檢驗而言的。線性超聲波是指聲音分貝變大或者變小過程中，聲頻與波形保持不變，聲音頻率上的運動源依舊保持穩定的狀態；而非線性超聲波則是音頻與波形隨著聲音分貝的變化而變化，表現出不同的波形特征[1-2]。依據這一理論，對聲波應用技術進一步深入研究，得出非線性超聲波性能檢測方法。利用聲頻和聲波的非現象變化，對金屬構件疲勞損傷后構件的性能、壽命、材質以及整體性進行分析[3]，促進生產技術應用水平的進一步深入探究。

1 檢測理論

1.1超聲波空間傳輸理論

金屬構件疲勞損傷非線性超聲波性能檢測是現代工業生產中比較先進的一種檢驗措施。本文對這種研究技術進行分析主要從理論分析和實踐分析兩方面入手，其中第一種理論分析，超聲波空間傳輸理論。超聲波是傳播分貝遠遠高于人的聲音承受范圍的聲音傳播系統，超聲波的傳播速度比聲音的傳播速度更快，傳播形式更強。超聲波在金屬構件疲勞損傷非線性超聲波性能檢測中應用主要是聲音傳播空間性強，應用網絡信息數據接收器進行無線金屬超聲波控制研究。超聲波將金屬疲勞損失強度進行綜合劃分，并且結合聲音傳播光纖傳輸技術，對超聲波的聲頻傳輸信號和傳輸強度進行科學聲波模型劃分；另一方面，運用分析方程進行綜合性線性分析，運用線性數據分析方程進行數據劃分。如果數據劃分結構中呈現單數耦合，則為低程度金屬疲勞損傷；如果為雙向構建耦合模型，則為高強度金屬疲勞損傷模型。超聲波的應用使非線性超聲波性能檢測理論的聲波圖形清晰程度進一步加強，金屬構件疲勞損傷強度檢測準確性提高。

1.2超聲波信號檢測理論

金屬構件疲勞損傷的原因主要有兩方面：一方面，機械設備無用功水平較高，導致設備金屬構件磨損情況嚴重；另一方面，金屬構件自身年齡使用壽命較短，材質性差，導致金屬構件出現疲勞損傷。對生產設備中金屬構件疲勞損傷進行綜合檢驗中應用，非線性超聲波性能檢測，是將聲波傳輸檢驗技術與雷法信號檢測技術結合融合為一體的雷達監測技術。這種檢測方式能夠充分發揮非線性聲波檢驗強度性特征，應用雷達監測信號對金屬構件進行疲勞損傷表層損傷聲波信號圖反饋。非線性監測技術的應用也與紅外線光波應用結合，當金屬構件疲勞損傷嚴重時，非線性光波與紅外線監測光波的變化曲線的明顯程度較大；當金屬構件疲勞損傷程度輕時，非線性光波與紅外線監測光波的變化曲線的變化程度性較低。此外，超聲波信號檢測中同時應用非線性光波與紅外線監測光波，進行信號檢測，還能夠提高金屬構件疲勞損傷程度檢測的準確性。

1.3雷達超聲波波段分析理論

雷達超聲波波段分析理論，是將進行金屬構件檢驗過程中非線性超聲波檢驗與無線電網絡衛星信號檢驗技術相融合。一方面，非線性超聲波應用聲頻和聲波變化圖將金屬檢測圖像反映出來，為金屬構件疲勞損傷提供了直觀的視覺圖形檢測支持。另一方面，檢驗技術中應用網絡數據檢驗技術，進行雷達光纖檢驗，無線網絡監測技術又為非線性超聲波性能檢測在金屬構件疲勞損傷提供了數據分析依據，最大限度的保障了數據分析的準確性。此外，為了保障對金屬構件疲勞損傷準確性進一步加大，監測人員可以對檢測數據進行雙面檢測。所謂雙面檢測，就是應用非線性超聲波應用聲頻和聲波變化圖，與雷達光纖圖像檢測對同一金屬構件進行綜合性分析，應用兩種檢測形式進行同步檢測，也為金屬構件疲勞損傷非線性超聲波性能檢測提供了科學的理論支持。

1.4超聲波網絡體系理論

非線性超聲波性能的基礎理論是結合聲頻傳播與聲波傳輸對金屬構件的疲勞損傷進行綜合分析，將這種基礎分析方法中進行創新組合，實現無線衛星傳輸技術與超聲波圖像傳播同步應用。這種綜合性圖像檢測技術能夠在檢測程序中構建其數字網絡傳輸平臺。隨著程序逐步運轉，金屬構件疲勞損傷平臺的構建程度越完善，從而超聲波網絡體系理論的傳輸強度進一步增強。例如：應用非線性超聲波性能檢測對鐵金屬構件疲勞損傷進行檢驗，隨著對鐵金屬構件疲勞損傷程度的進一步加深，非線性超聲波的數據傳播圖像逐步清晰。維修人員依據非線性超聲波的檢測圖像分析出金屬構件檢測數據結構進行綜合分析，確定金屬構件疲勞損傷的理論原因，得出數據分析結果，應用分析報告指導對生產設備的維修與保護。

2 方法探究

2.1微裂痕非線性超聲波性能檢驗

金屬構件疲勞損傷檢驗中應用非線性超聲波性能檢驗能夠實現對生產設備全面精確化檢驗。金屬微裂痕非線性超聲波性能檢驗。超聲波進行金屬檢驗時首先對金屬構件進行全方位掃描，金屬表層的微裂痕能夠對超聲波的掃描聲波段產生鋸齒式波段。一方面，超聲波變化過程中，金屬表面的微裂痕隨著聲波變化一張一合，對超聲波的正常傳輸造成影響，導致超聲波聲波段傳輸穩定性產生不同情況的波動；另一方面，如果金屬構件微裂痕程度較小，當超聲波在金屬表面進行聲波傳輸時，金屬表層處于靜止狀態，不會對聲波變化產生較大影響，檢測人員可以通過這一特征對金屬構件疲勞損傷進行初步檢驗。

2.2累積疲勞損傷檢驗

結合初步檢驗結結果對金屬構件疲勞損傷進一層次進行檢驗。有些金屬疲勞損傷的程度性中大多都屬于微型裂痕損傷，但由于金屬構件長時間使用造成金屬元件上出現大量的微型裂痕，從而形成了累積式疲勞損傷。在傳統的金屬構件修理中，將這種損傷與微裂痕檢測標準放在同樣的標準中，使金屬構件累積疲勞損傷檢驗，維修程度較低，不僅增加了檢測次數，而且成為生產中長期存在的難題。應用非線性超聲波性能檢驗可以通過超聲波與紅外線同步作用對金屬構件累積疲勞損傷程度進行綜合性檢驗，并結合無線網絡、光纖數據分析對檢驗數據進行偵綜合分析，能夠實現對金屬構件疲勞損傷的全面性檢測，為提高生產設備應用率提供了保障。例如，某大型生產廠應用非線性超聲波性能檢驗進行檢驗，檢測技術的進一步科學化應用，使生產金屬構件的疲勞損傷檢驗程度進一步提高，檢驗準確定得到提高，大大降低了該工廠金屬元件維修費用，降低企業維修費用支出，節約生產成本。

2.3材質損傷檢驗

金屬構件中的材質也會對金屬構件疲勞損傷情況造成影響。例如，應用非線性超聲波性能檢測對鐵、銅兩種構件進行疲勞損傷檢驗。從兩種不同材質構件的超聲波聲頻和聲波變化頻率來看，鐵構件的損耗程度比銅構件的波動變化更大。由此可見，鐵構件的損耗程度比銅構件的損耗程度更大。由于鐵的金屬原子穩定性比銅弱，鐵原子與空氣中氧氣發生化學反應，生成四氧化三鐵或三氧化二鐵。金屬表面氧化物會增加生產設備運動中無用功的比重，從而使生產整體效率較低，對設備的整體應用造成影響。

2.4疲勞損傷整體性檢驗

金屬構件疲勞損傷非線性超聲波性能檢測也能夠對設備應用的整體性進行檢驗，超聲波與非線性檢驗圖像的結合應用可以對生產設備中有用功和無用功的使用情況進行分析。如果非線性超聲波性能檢測中微裂痕是金屬構件疲勞損傷的主要原因，那么，生產設備運行時產生的摩擦力較大，無用功大于有用功；如果金屬構件疲勞損傷的主要原因為大型裂痕，原因可能是生產運行出現程序問題或者構件老化，出現突然斷裂。結合非線性超聲波性能檢測圖像對金屬構件疲勞損傷整體進行科學分析。

3 結 論

金屬構件疲勞損傷非線性超聲波性能檢測中不僅保留了傳統金屬構件的檢測方式，同時應用超聲波聲頻聲波分析技術、紅外線分析技術、衛星光纖分析技術以及數據分析技術進行金屬構件疲勞損傷分析。從理論和檢驗方式兩方面進行分析，推進我國整體維修技術的創新發展。

[1] 吳斌, 顏丙生, 等. 金屬構件疲勞損傷非線性超聲性能檢測初探[J]. 航空材料學報, 2014, 31(1): 87-92.

[2] 周正干, 劉斯明. 金屬構件疲勞損傷非線性超聲性能檢測的現狀與發展探究[J]. 機械工程學報, 2014, 47(8): 2-11.

[3] 顏丙生, 劉自然, 張躍春, 等. 金屬構件疲勞損傷非線性超聲性能檢測方法研究[J]. 機械工程學報, 2013, 49(4): 20-24.

PerformanceTestMethodofNonlinearUltrasonicofMetalComponentinFatigueDamage

DENG Yinzhou, QING Jian, JIANG Fan LIN Yilin

(ShenzhenEntryExitInspectionandQuarantineBureauofIndustrialProductsInspectionandQuarantineTechnologyCenter,Shenzhen,Guangdong518067,China)

We think metal component in fatigue damage performance of nonlinear ultrasonic testing will be combined with modern scientific technology comprehensive application in production equipment inspection. The inspection way by sound wave of the image will reflect the degree of a fatigue damage of metal components in intuitive image analysis, as is an integrated application of precise data analysis technology with advance equipment maintenance technology to realize scientific and professional development in our country.

Metal components; Fatigue damage; Nonlinear ultrasonic test

2016-08-26

鄧銀舟(1974-)，男，廣東清遠人，工程師，研究方向：材料檢測，手機：13823321588，E-mail:719617051@qq.com.

TG115.28

：Bdoi：10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2016.04.026