鄧銀舟，秦 健，江 帆，林鐿琳

(深圳出入境檢驗檢疫局工業(yè)品檢測技術中心，廣東 深圳 518067)

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金屬構(gòu)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(yè)品檢測技術中心，廣東 深圳 518067)

金屬構(gòu)件疲勞損傷非線性超聲波性能檢測，結(jié)合現(xiàn)代科研技術手段在生產(chǎn)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(gòu)件疲勞損傷的程度，直觀的圖像分析和精準的數(shù)據(jù)分析技術綜合應用，推進我國設備維修技術實現(xiàn)科學化、專業(yè)化發(fā)展。

金屬構(gòu)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(wěn)定的狀態(tài)；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(xiàn)出不同的波形特征[1-2]。依據(jù)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(xiàn)象變化，對金屬構(gòu)件疲勞損傷后構(gòu)件的性能、壽命、材質(zhì)以及整體性進行分析[3]，促進生產(chǎn)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(gòu)件疲勞損傷非線性超聲波性能檢測是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)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(tǒng)，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(gòu)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(wǎng)絡信息數(shù)據(jù)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(jié)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(shù)據(jù)分析方程進行數(shù)據(jù)劃分。如果數(shù)據(jù)劃分結(jié)構(gòu)中呈現(xiàn)單數(shù)耦合，則為低程度金屬疲勞損傷；如果為雙向構(gòu)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(gòu)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(gòu)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(gòu)件磨損情況嚴重；另一方面，金屬構(gòu)件自身年齡使用壽命較短，材質(zhì)性差，導致金屬構(gòu)件出現(xiàn)疲勞損傷。對生產(chǎn)設備中金屬構(gòu)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(jié)合融合為一體的雷達監(jiān)測技術。這種檢測方式能夠充分發(fā)揮非線性聲波檢驗強度性特征，應用雷達監(jiān)測信號對金屬構(gòu)件進行疲勞損傷表層損傷聲波信號圖反饋。非線性監(jiān)測技術的應用也與紅外線光波應用結(jié)合，當金屬構(gòu)件疲勞損傷嚴重時，非線性光波與紅外線監(jiān)測光波的變化曲線的明顯程度較大；當金屬構(gòu)件疲勞損傷程度輕時，非線性光波與紅外線監(jiān)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(jiān)測光波，進行信號檢測，還能夠提高金屬構(gòu)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(gòu)件檢驗過程中非線性超聲波檢驗與無線電網(wǎng)絡衛(wèi)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(gòu)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(wǎng)絡數(shù)據(jù)檢驗技術，進行雷達光纖檢驗，無線網(wǎng)絡監(jiān)測技術又為非線性超聲波性能檢測在金屬構(gòu)件疲勞損傷提供了數(shù)據(jù)分析依據(jù)，最大限度的保障了數(shù)據(jù)分析的準確性。此外，為了保障對金屬構(gòu)件疲勞損傷準確性進一步加大，監(jiān)測人員可以對檢測數(shù)據(jù)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(gòu)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(gòu)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(wǎng)絡體系理論

非線性超聲波性能的基礎理論是結(jié)合聲頻傳播與聲波傳輸對金屬構(gòu)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(chuàng)新組合，實現(xiàn)無線衛(wèi)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(gòu)建其數(shù)字網(wǎng)絡傳輸平臺。隨著程序逐步運轉(zhuǎn)，金屬構(gòu)件疲勞損傷平臺的構(gòu)建程度越完善，從而超聲波網(wǎng)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(gòu)件疲勞損傷進行檢驗，隨著對鐵金屬構(gòu)件疲勞損傷程度的進一步加深，非線性超聲波的數(shù)據(jù)傳播圖像逐步清晰。維修人員依據(jù)非線性超聲波的檢測圖像分析出金屬構(gòu)件檢測數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行綜合分析，確定金屬構(gòu)件疲勞損傷的理論原因，得出數(shù)據(jù)分析結(jié)果，應用分析報告指導對生產(chǎn)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(gòu)件疲勞損傷檢驗中應用非線性超聲波性能檢驗能夠?qū)崿F(xiàn)對生產(chǎn)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(gòu)件進行全方位掃描，金屬表層的微裂痕能夠?qū)Τ暡ǖ膾呙杪暡ǘ萎a(chǎn)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(wěn)定性產(chǎn)生不同情況的波動；另一方面，如果金屬構(gòu)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(tài)，不會對聲波變化產(chǎn)生較大影響，檢測人員可以通過這一特征對金屬構(gòu)件疲勞損傷進行初步檢驗。

2.2累積疲勞損傷檢驗

結(jié)合初步檢驗結(jié)結(jié)果對金屬構(gòu)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(gòu)件長時間使用造成金屬元件上出現(xiàn)大量的微型裂痕，從而形成了累積式疲勞損傷。在傳統(tǒng)的金屬構(gòu)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(gòu)件累積疲勞損傷檢驗，維修程度較低，不僅增加了檢測次數(shù)，而且成為生產(chǎn)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(gòu)件累積疲勞損傷程度進行綜合性檢驗，并結(jié)合無線網(wǎng)絡、光纖數(shù)據(jù)分析對檢驗數(shù)據(jù)進行偵綜合分析，能夠?qū)崿F(xiàn)對金屬構(gòu)件疲勞損傷的全面性檢測，為提高生產(chǎn)設備應用率提供了保障。例如，某大型生產(chǎn)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(chǎn)金屬構(gòu)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(yè)維修費用支出，節(jié)約生產(chǎn)成本。

2.3材質(zhì)損傷檢驗

金屬構(gòu)件中的材質(zhì)也會對金屬構(gòu)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(gòu)件進行疲勞損傷檢驗。從兩種不同材質(zhì)構(gòu)件的超聲波聲頻和聲波變化頻率來看，鐵構(gòu)件的損耗程度比銅構(gòu)件的波動變化更大。由此可見，鐵構(gòu)件的損耗程度比銅構(gòu)件的損耗程度更大。由于鐵的金屬原子穩(wěn)定性比銅弱，鐵原子與空氣中氧氣發(fā)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(chǎn)設備運動中無用功的比重，從而使生產(chǎn)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(gòu)件疲勞損傷非線性超聲波性能檢測也能夠?qū)υO備應用的整體性進行檢驗，超聲波與非線性檢驗圖像的結(jié)合應用可以對生產(chǎn)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(gòu)件疲勞損傷的主要原因，那么，生產(chǎn)設備運行時產(chǎn)生的摩擦力較大，無用功大于有用功；如果金屬構(gòu)件疲勞損傷的主要原因為大型裂痕，原因可能是生產(chǎn)運行出現(xiàn)程序問題或者構(gòu)件老化，出現(xiàn)突然斷裂。結(jié)合非線性超聲波性能檢測圖像對金屬構(gòu)件疲勞損傷整體進行科學分析。

3 結(jié) 論

金屬構(gòu)件疲勞損傷非線性超聲波性能檢測中不僅保留了傳統(tǒng)金屬構(gòu)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(wèi)星光纖分析技術以及數(shù)據(jù)分析技術進行金屬構(gòu)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(chuàng)新發(fā)展。

[1] 吳斌, 顏丙生, 等. 金屬構(gòu)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(gòu)件疲勞損傷非線性超聲性能檢測的現(xiàn)狀與發(fā)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(gòu)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