摘要：超声无损检测技术是目前十分先进的检测技术，其所具有的环境适应能力、穿透能力以及分辨率和灵敏度等方面的优势，被广泛应用于工业检测。本文在对现阶段金属材料焊接工艺的研究中，对金属材料焊接作业时所选用的超声无损检测技术进行了应用分析，通过声表面波测量、二阶弹性以及三阶弹性的测定来判断金属材料焊接工艺中的残存应力，效果显著。
关键词：超声无损检测技术；金属材料焊接工艺；残存应力检测；波形计算
前言
现代常用的超声无损检测技术主要分为直接接触检测和油浸检测。其中，直接接触检测是利用纵波脉冲反射的手机，借助耦合介质将探头与被检测材料进行表面接触，从而收集到检测信号，在金属材料的实际检测中被广泛使用。本文在进行金属材料焊接所存有的剩余应力检测也是利用这种方法。在以往检测中，由于探头和被测材料之间存有空气，易发生疏漏，本文在检测时加装耦合剂进行空气排出，用以保证检测数据准确性。
一、金属焊接结构表面波速测量
在金属材料进行焊接的过程中，由于焊接热量的不均匀，焊缝极易受到温度场的影响出现分布不均的现象，最终形成了残存应力。而随着焊件的使用，残存应力在其工作应力中则以所受载荷的形式逐渐增加，容易造成结构疲劳，抗脆断能力变低等问题，影响使用安全，因此在完成焊接之后需要进行表面波波速的检测判断是否存在局部热量不均。
（一）检测器材设置
在直接检测方法中超声无损检测的探头数据搜集主要依靠ptz传感器来完成。通过计算，金属材料焊接工艺中表面激光光源的输出波长约为1064纳米，脉宽则为1.5纳秒。选用650μ焦耳的脉冲激光器yag可以使激光在通过分光镜时，实现小部分能量反射，并在示波器中以广电而激光的形式出发型号。柱面凹透镜和三棱镜焦距为10cm，经过光束的汇聚，线状光会形成长1cm宽300μm的光斑作用于材料表明，再利用精密步进电机，对光源进行扫描，再传输到pzt传感器探测头中，形成对声表面波的检测数据，以电信号的形式传输到计算机中，利用程序开展应力的分布分析。
（二）检测实验方法
整个检测实验的开展是根据声弹性原理来完成的，一般来说，金属材料在完成焊接后，残存的应力会沿着金属表面根据焊缝的方向形成分布。Y轴的应力较小，不会产生对相对强大的X轴的影响[1]。因此在声表面波的传播方向测试时，可以只考虑X轴方向的波速度变化，采用间接测量的方法对无应力状态下的金属材料的传播速度和有应力状态下的传播速度进行分别统计，最终完成对X轴的判断。首先，需要在无焊接应力区域进行固定探测，完成对无应力状态材料传播速度测定，再利用激发线光源，沿着X轴进行平行移动，最终得到的检测数据为声表面波的波形序列，再根据计算方法将相邻连个声表面波的传输时间差计算求得，运用线性关系，对两组数据进行拟合，最终求得的拟合直线斜率。
二、金属材料焊接的二阶弹性常数检测
在金属材料中，能够反映金属弹性和应力情况等力学性能的，除了表面波的波速之外，还有二阶弹性常数。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在以往的测试当中，超声无损测试所测定的纵波和横波速度由于材料所具有的弹性，容易出现较大的误差，因此还需要进行专门的二阶弹性测试，才能够使界定结果更加准确。
（一）检测器材设置
与前文关于表面波波速的测量器材相同，同样选用pzt传感器作为超声无损探测的探头，对材料表面进行探测，通过光板的变化来确定材料表面的压电性，通过电信号变化规律通过放大器实现放大射频输出，随后在世博显示器上输出信号内容，输入电脑。计算机为了保证扫描激发的精度符合标准，还需要利用GPIB总线接口进行与示波器信号的同步，再利用RS232端口，完成检测系统的自动化，对激光器进行控制。因而，计算机程序就能够完成激光激发、激光扫描以及信号探测、信号处理等步骤，完成自动化探测。
（二）检测实验方法
在完成了器材的设置后，首先需要将脉冲激光器所发出的短波脉冲激光进行控制，利用其在柱面透镜当中的聚焦完成对声表面波激发源的激发。次数电脑端的控制程序需要指示控制步进电机进行激光线源的移动，移动方向与徐州保持遗址。在X轴中，激光每次到达Xi时都需要发生超声波（Xi（i=1，2，3，……，n）），并使pzt传感器能够在线源的中轴线当中，完成对压电换能器方向的固定，从而探测到不同位置所激发出的声表面信号[2]。示波器将所获取到的探测信号转换成为数字信号传输到电脑当中，电脑端利用程序对激光超声波和探测距离进行计算。从而获得纵波和横波的传输方向性。当pzt传感器到达探测点XN时，探测漾濞拥有最大信噪比纵波脉冲信号，则可以记录到达时间tL，从而获得到达时间和光源移动距离d之间的比例关系，完成对二阶弹性常数的计算。
三、金属材料焊接三阶弹性常数检测
三阶弹性常数是固态金属检测中超声无损测量的轴向应力加载数据，主要内容为声速和弹性常数之间的声弹性的关系模拟。
（一）实验器材设置
在检测器材中，三阶弹性常数与二阶弹性常数的设置相一致，同为pzt传感器和计算机GPIB总线。不过，在进行超声无损测试时，三阶弹性测试需要将金属材料样品放置在恒温的浴锅水当中，利用接近100℃的恒温水进行热膨胀，最终形成热传导，模拟样品处于静水压力作用下的正常状态。
（二）检测实验方法
在开展检测时，需要控制水温和室温的恒定，并利用pzt传感器对初始位置和声波传播距离L进行检测，最终获取声表面波的声速。在根据探测位置的信噪比计算出横波信号和纵波信号，利用计算机系统完成对三阶弹性常数的计算。
结论：综上所述，在金属材料的焊接过程中，焊接时所面对的环境温度不均匀容易产生沿焊缝的残余应力，为了避免应力损害，工程人员选用超声无损检测方法对残余应力大小进行检测。与一般检测方法不同，超声无损检验通过声表面波的计算获取金属材料弹性值，检测效果精准，同时不会对材料造成破坏。
参考文献：
[1]庞聪.试论金属材料焊接中超声无损检测技术的应用[J].世界有色金属，2017，（11）：258-259.
[2]杨璐.行波管典型焊接缺陷检测及评价技术研究[D].华南理工大学，2016.
论文作者:杨志元
论文发表刊物:《电力设备》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/10
标签：应力论文; 表面波论文; 金属材料论文; 弹性论文; 超声论文; 常数论文; 波速论文; 《电力设备》2017年第34期论文;