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基于超声横波的弹簧扁钢检测技术研究

廖童华  
【摘要】:弹簧扁钢是工业体系和人们日常生活中广泛应用的重要材料,弹簧扁钢性能的可靠性对保障生产安全运行及人们的生命财产安全都起着不容忽视的作用。由于弹簧扁钢生产工艺及生产流程存在微小的不可控因素影响,造成弹簧扁钢产品中有微小的缺陷,在服役环境下受到高频交变应力和大载荷会使弹簧扁钢中微小缺陷的周围产生应力集中,导致小缺陷扩展并造成弹簧扁钢力学性能的退化,直至破坏性断裂。因此,在弹簧扁钢服役前对微小缺陷进行无损检测是十分必要的工作。常规超声检测技术具有检测能量高、检测深度大、检测灵敏度高、检测精度高的特点,具体检测方法包括:透射法、脉冲反射法、衍射时差法等。相控阵超声检测技术是近些年新兴的超声检测技术,其基于相控阵原理综合应用了高速发展的材料技术、电子控制技术,数字信号处理技术,成为一项发展快速、前景良好的热门技术。为了开发一种更适合应用于弹簧扁钢工业生产的无损检测技术,本课题开展了基于常规超声检测技术及相控阵超声检测技术的弹簧扁钢缺陷快速无损检测方法研究。首先,为使超声多次反射横波能够通过一次发射检测尽量长的扁钢长度,从横波声束传播路径和声束扩散情况分析了斜入射弹簧扁钢横波声束宽度对检测信号的影响;根据理论公式推导频率对横波斜探头激发检测声束宽度的影响,并据此优化探头频率进行检测试验。此外,通过试验方法分析了探头斜率对弹簧扁钢中缺陷的检测效果的影响,并确定了探头斜率的选择方法。第二,为提高横波多次反射波的定位精度,根据斜入射弹簧扁钢横波传播至缺陷的路径及横波各传播跨距存在微小差值的情况,提出缺陷至探头入射点水平距离和缺陷深度的计算方法。根据所提出的缺陷定位计算方法及试验数据,计算缺陷至探头入射点的水平距离和缺陷深度,获得了较高的定位精度。为提高检测效率,测试了横波检测声束横向宽度,并提出可应用于自动化检测的弹簧扁钢高效的扫查方式。第三,开展弹簧扁钢中各类缺陷的横波扇扫成像试验,分析探头距缺陷不同距离时各扫描角度的缺陷回波幅度变化趋势;总结各类缺陷在各扫描线下的检测信号波幅变化特征,提出基于相控阵超声横波扇扫检测技术的弹簧扁钢内部缺陷与表面缺陷的识别方法。本研究提出的弹簧扁钢多次反射横波检测技术兼具高效性和可靠性的优势,为弹簧扁钢产品质量评价提供了行之有效的无损检测手段;将多次反射横波技术与相控阵超声检测技术相结合可对扁钢中缺陷进行检测和快速检测成像,为弹簧扁钢的质量控制及生产技术革新提供了重要的技术支撑。


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