铝合金焊接接头疲劳损伤的非线性超声检测研究

摘要

6061铝合金因其优异的综合性能在各领域应用广泛,焊接技术是其在应用过程中不可替代的热加工技术,而铝合金结构的失效大多数是由疲劳引起的,并且疲劳往往起始于接头部位。因此,实现对铝合金及其焊接接头疲劳损伤的评价与早期预测具有重大的理论意义与实用价值。
　　目前,对疲劳损伤评价的方法有限,并且评价结果与实际相差较大。在无损检测领域,非线性超声检测技术对疲劳损伤的评价渐渐表现出比较明显的优势。本文运用非线性超声无损检测方法对铝合金母材及焊接接头的疲劳损伤过程进行检测,发现非线性参数与疲劳损伤过程存在一定的关系,可以通过非线性参数来表征疲劳损伤程度。具体内容包括:
　　通过设备性能测试与换能器选择,实现了对疲劳损伤的非线性超声检测,对非线性信号进行处理,获得了表征损伤的特征值—非线性参数。
　　采用三种不同角度的透射检测方式,获得非线性参数与疲劳损伤过程的关系曲线,比较三种结果的异同并给出了合理解释。同时发现,超声透射方向与载荷方向成一定角度时,能够检测出疲劳产生的闭合裂纹,角度呈直角时,检测结果最佳。
　　选择最佳的检测角度对焊接接头疲劳试样进行非线性超声检测,分析产生非线性效应的因素及其影响程度,获得了非线性参数与疲劳损伤过程的关系曲线,该曲线中的最大值可以作为一个参照值,用来评价结构疲劳到一定的损伤程度。
　　在信号处理方面,将脉冲反转技术与HHT变换分别用于非线性超声检测中去,脉冲反转法处理信号后的非线性效果更加明显,更有利于评价疲劳损伤过程。HHT变换提高了信号的时域分辨力,能够获得信号的局部特征;通过二次谐波瞬时幅值的变化,获得了瞬时幅值与疲劳损伤过程的关系曲线,该曲线反映了裂纹萌生前后瞬时幅值变化明显,可以初步判断裂纹的萌生时段。

目录

铝合金焊接接头疲劳损伤的非线性超声检测研究

NONLINEAR ULTRASONIC TESTING FOR FATIGUE DAMAGE OF ALUMINUM ALLOY WELDING JOINT

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 疲劳损伤评价现状

1.2.1 疲劳损伤评价的理论研究方法

1.2.2 疲劳损伤评价的试验研究方法

1.3 非线性超声无损检测研究现状

1.3.1 非线性超声无损检测技术简介

1.3.2 非线性超声检测的理论研究

1.3.3 非线性超声检测的试验研究

1.3.4 信号处理技术在非线性超声检测中的应用

1.4 本论文的主要研究内容

第2章 试验设备及疲劳试样制备

2.1 引言

2.2 非线性超声检测系统

2.2.1 非线性超声检测系统介绍

2.2.2 模块性能测试

2.2.3 探头选择

2.3 疲劳试样制备

2.3.1 试样材料

2.3.2 母材疲劳试样制备

2.3.3 焊接接头疲劳试样制备

2.4 本章小结

第3章 疲劳损伤的非线性超声分析方法

3.1 引言

3.2 非线性超声波动理论

3.3 疲劳损伤的非线性超声检测理论

3.3.1 位错非线性超声理论

3.3.2 闭合裂纹非线性超声理论

3.4 疲劳损伤过程的非线性响应分析

3.5 本章小结

第4章 母材疲劳损伤的非线性超声检测

4.1 引言

4.2 基波信号与二次谐波信号的提取

4.2.1 发射探头激励波形的选择

4.2.2 基波信号的提取

4.2.3 谐波信号的提取

4.3 三种非线性超声检测方式

4.3.1 垂直透射法及声场模拟

4.3.2 端面透射法及声场模拟

4.3.3 斜角透射法及声场模拟

4.4 垂直透射法非线性超声检测研究

4.4.1 疲劳损伤的非线性效应

4.4.2 非线性超声与线性超声检测结果比较

4.5 不同检测方式下非线性效应比较

4.5.1 端面透射法

4.5.2 斜角入射法

4.6 金相试验验证

4.7 本章小结

第5章 焊接接头疲劳损伤的非线性超声检测

5.1 引言

5.2 接头疲劳损伤的非线性效应

5.2.1 焊接接头组织引起的非线性超声效应

5.2.2 接头疲劳损伤引起的非线性超声效应

5.2.3 接头疲劳过程各因素引起的非线性效应比较

5.3 疲劳试样的线性超声检测试验

5.3.1 裂纹断面的超声C扫描

5.3.2 垂直裂纹断面方向的声衰减系数

5.3.3 试验结果分析

5.4 脉冲反转法

5.4.1 脉冲反转法的基本原理

5.4.2 基于脉冲反射技术的信号处理方法

5.5 Hilbert-Huang变换

5.5.1 HHT简介

5.5.2 HHT在非线性超声检测中的应用

5.6 破坏实验验证

5.6.1 拉伸实验

5.6.2 宏观金相实验

5.7 本章小结

结论

参考文献

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致 谢