金属材料表面缺陷及残余应力的无损检测研究
金属材料的缺陷检测与分析
金属材料的缺陷检测与分析第一章引言金属材料在各个领域都有广泛应用，其中包括航空、汽车、建筑、电力等行业。
然而，金属材料在生产过程中难免会产生缺陷，如裂纹、气孔、夹杂等，这些缺陷将会对产品的质量、性能以及寿命产生严重影响。
因此，金属材料的缺陷检测与分析非常重要。
第二章金属材料的缺陷检测方法2.1 目测法目测法是一种简单易行、成本低廉、快速有效的缺陷检测方法。
它适用于表面缺陷的检测，如裂纹、气孔等。
但是，对于隐蔽缺陷，如内部孔洞、异物等，目测法并不适用。
2.2 Z-向超声检测法Z-向超声检测法是一种常用的金属材料缺陷检测方法。
它适用于测量金属材料Z-向方向的裂纹、气孔等缺陷，具有高精度、高灵敏度、非破坏性等特点。
但是，对于X、Y向缺陷的检测，需要使用其他的检测方法。
2.3 钻探检测法钻探检测法是通过钻孔取样的方式对金属材料进行检测。
这种方法适用于隐蔽缺陷的检测，如内部孔洞、异物等。
但是，由于需要对材料进行钻孔，因此会对材料的形状、尺寸、性能产生影响。
2.4 射线检测法射线检测法是一种常用的金属材料缺陷检测方法。
这种方法适用于对金属材料的内部和外部缺陷进行检测。
它具有高精度、高可靠性、非破坏性等特点。
但是，由于射线的辐射性，会对人员和环境造成较大的影响，需要进行严格的安全控制。
第三章金属材料缺陷分析方法3.1 金相分析法金相分析法是一种基于显微镜的分析方法。
它可以对金属材料的组织结构进行观察和分析，进而对其缺陷进行判断。
这种方法具有高精度、高效率、非破坏性等特点，广泛应用于金属材料的缺陷分析。
3.2 X射线衍射分析法X射线衍射分析法是用于分析材料晶体结构和组织结构的一种方法。
它通过对X射线的散射进行分析，推断出材料的晶体结构和组织结构。
这种方法具有快速、准确等特点，可以用于对金属材料的缺陷分析。
3.3 电子显微镜分析法电子显微镜分析法是一种基于电子的分析方法。
它通过对材料的电子结构进行观察和分析，进而得出材料的组织结构和缺陷分析结果。
金属材料缺陷检测与无损评估方法研究
金属材料缺陷检测与无损评估方法研究近年来，金属材料作为工业生产中不可或缺的材料，在各个领域广泛应用。
然而，金属材料在使用过程中可能会出现各种缺陷，如裂纹、腐蚀、疲劳等，这些缺陷会对金属材料的性能和寿命产生严重影响，甚至会引发事故。
因此，对金属材料的缺陷进行准确的检测和无损评估就显得尤为重要。
一、金属材料缺陷检测方法1. 目测检测方法：目测检测方法是最简单、直观的检测方法之一，适用于一些表面缺陷的检测。
通过肉眼观察金属材料的外观，如表面颜色、形状等，来判断是否存在缺陷。
这种方法操作简单、成本低，但只适用于检测一些比较明显的缺陷。
2. 超声波检测方法：超声波检测是一种常用的无损检测方法，能够全面、有效地检测金属材料内部的缺陷。
在超声波检测中，通过超声波发射和接收器件，对金属材料进行扫描，根据超声波在材料内部的传播速度和反射强度来判断是否存在缺陷。
这种方法具有高灵敏度、高准确性的特点，可以检测到微小的缺陷。
3. 磁粉检测方法：磁粉检测是一种常用的金属材料缺陷检测方法，适用于检测表面和近表层存在的裂纹、焊接缺陷等。
在磁粉检测中，通过在金属材料表面施加磁场，再撒上带有磁粉的粉末，通过观察磁粉在缺陷处的分布情况，来判断是否存在缺陷。
这种方法操作简单、成本较低，但只适用于表面和近表层的缺陷检测。
二、金属材料缺陷无损评估方法1. 声发射检测方法：声发射检测是一种通过检测材料在受力后产生的声波信号来评估缺陷的方法。
在金属材料受力或变形时，缺陷会引起局部应力集中，从而产生声波信号。
通过对这些声波信号的分析，可以评估材料的缺陷性质、位置和严重程度。
与其他方法相比，声发射检测具有非接触、实时、高灵敏度等优点。
2. 磁记忆检测方法：磁记忆检测是一种通过检测材料的磁矩分布变化来评估缺陷的方法。
在金属材料中存在缺陷时，缺陷会引起磁矩分布的变化，通过在材料表面布置磁传感器，可以监测磁场的变化，从而评估缺陷的位置和严重程度。
这种方法具有快速、高效、无损伤的特点，适用于对金属材料进行在线无损评估。
表面残余应力测试技术研究及应用现状
表⾯残余应⼒测试技术研究及应⽤现状表⾯残余应⼒测试技术研究及应⽤现状摘要: 在⽣产、处理或加⼯材料的过程中，由于材料的局部区域的不均匀塑性变形，产⽣了残余应⼒。
残余应⼒对疲劳强度、抗蚀性、尺⼨稳定性、相变、硬度等均有影响; 提⾼表⾯塑变抗⼒，降低表层的有效拉应⼒，可以抑制疲劳裂纹的萌⽣和扩展，提⾼疲劳强度。
本⽂主要介绍⼀些常⽤的表⾯残余应⼒的测试技术以及应⽤现状。
关键词:表⾯残余应⼒;X －射线衍射; 测试参数⾦属材料在热处理、表⾯处理、表⾯改性、塑性变形加⼯等各种冷热加⼯之后或在切削、研磨、装配、铸造、焊接等加⼯⼯艺之后，材料的局部区域产⽣了不均匀的塑性变形，必然会产⽣内应⼒。
残余应⼒是⼀种弹性应⼒，它与材料中局部区域存在的残余弹性应变相联系，是材料中发⽣了不均匀的弹性形变或不均匀的弹塑性变形⽽引起的，或者说是材料的弹性各向异性或塑性各向异性的反映。
这种残余应⼒对疲劳强度、抗蚀性、尺⼨稳定性、相变、硬度等均有影响。
此外，绝⼤多数机件的疲劳破坏是从表⾯开始的。
由于残余应⼒⽽影响或导致的机械零件失效达50% 以上，这也是⼯程界越来越关注的产品失效问题。
下⾯就介绍⼏种表⾯残余应⼒的测定技术。
⽬前⼴泛应⽤的残余应⼒测试⽅法可分为两⼤类：物理⽅法和机械⽅法。
物理法有X 射线法、磁测法和超声波法等；机械法也称应⼒释放法如电侧（盲孔、切割、套孔及逐次去层）法及光弹贴⽚钻孔法。
此外, 近些年还出现了硬度测定法、压痕测定法、全息⼲涉法、错位散斑⼲涉法、脆性涂层法等。
⼀、测定法简单介绍X 射线测定法X 射线衍射技术来测定材料中的残余应⼒，其测定的基本原理是基于X 射线衍射理论。
当⼀束具有⼀定波长λ的X 射线照射到多晶体上时，会在⼀定的⾓度2θ上接收到反射的X 射线强度极⼤值( 即所谓衍射峰) ，这便是X 射线衍射现象( 如下图) 。
X 射线的波长λ、衍射晶⾯间距d 和衍射⾓2θ之间遵从著名的布拉格定律:2d sinθ= n λ( n = 1，2，3……)在已知X 射线波长λ的条件下，布拉格定律把宏观上可以测量的衍射⾓2θ与微观的晶⾯间距d 建⽴确定的关系。
应力对铁磁性材料缺陷及检测影响的研究论文
应力对铁磁性材料缺陷及检测影响的研究二零零二年研究生：侯维娜指导教师：储浚摘要随着各种铁磁性材料和器件的广泛应用，提高了对铁磁性材料检测的要求。
在役铁磁性构件必定处在一定的力学条件下，这会产生应力集中现象。
在应力的作用下，会对检测对象的电磁特性产生影响，特别是压磁效应对磁特性的影响，使磁导率不再是一个常数，而是随着内应力的分布而变化，这必然对涡流检测与漏磁检测产生影响。
本文主要研究存在应力集中的铁磁性材料中，由于应力集中的存在导致铁磁性材料电磁特性变化对漏磁场检测的影响。
首先根据Ｄ．Ｃ．Ｊｉｌｅｓ和Ｄ．Ｌ．Ａｔｈｅｒｔｏｎ理论确定应力与磁导率之间的对应关系，然后利用有限元计算方法，利用ＡＮＳＹＳ有限元计算软件，建立各种几何模型，求解在应力和外加磁场作用影响下，引起铁磁性材料磁特性变化，研究该变化对漏磁场的影响，并在此结果的基础上提出一种利用漏磁法检测应力的新方法。
在本文研究的模型中的计算表明：漏磁场的ｘ轴向分量Ｂ。
斜率变化的点判断应力集中区域沿ｘ轴方向上的边界；磁感应强度的Ｙ轴方向的分量口。
随应力的变化不大；磁感应强度的ｘ轴方向的分量Ｂ，的变化，随着应力集中区深度的增加而不断增加，随着外磁场的增加而不断的增加，在外磁场小于０．７特斯拉时，Ｂ。
随应力近似线性减小，在外磁场大于０．７特斯拉时，曰。
随应力近似分段线性增加。
因此，用漏磁场方法检测应力是可行的，并且当应力集中区深度增加时或提高外加磁场，应力分辨率会提高，检测会更容易进行。
关键词应力集中Ｄ．Ｃ．Ｊｉｌｅｓ和Ｄ．Ｌ．Ａｔｈｅｒｔｏｎ理论有限元方法ＡＮＳＹＳ计算软件漏磁场ＥｆｆｅｃｔｓｏｆＳｔｒｅｓｓＯｎｔｈｅｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌＤｅｆｅｃｔａｎｄＴｅｓｔｉｎｇＳｔｕｄｅｎｔ：ＨＯｌｌＷｅｉｎａＴｕｔｏｒ：ＣｈｕＪｕｎＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆａｐｐｌｉｅｄｐｈｙｓｉｃｓ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｅｔｒｏｌｕｍ，ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔＦｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌｈａｓｂｅｅｎａｐｐｌｉｅｄｗｉｄｅＨ，ａｎｄｉｔｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｔｅｓｔｉｎｇｏｎｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｍａｔｅｒｉａＬＴｈｅｒｅｍｕｓｔｈａｖｅｓｔｒｅｓｓｃｅｎｔｒａｌｉｚａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｍｐｏｎｅｎｔ，ａｎｄｍａｇｎｅｔｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｆｏｒｅｘａｍｐｌｅ，ｂｙｓｔｅｒｅｓｉｓｌｏｏｐｓ，ｃｏｅｒｃｉｖｅｆｉｅｌｄ，ｒｅｍｎａｎｔｍａｇｎｅ血ａｔｉｏｎ，ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙａｎｄｓｏｏｎ．ｗｉｌｌａｌｔｅｒｗｈｅｎｓｔｒｅｓｓｅｘｉｓｔｓ．Ｉｎｔｈｉｓｗｏｒｋ，ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｓｔｒｅｓｓｃｅｎｔｒａｌｉｚａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌｏｎｔｈｅｆｌｕｘ－ｌｅａｋａｇｅｔｅｓｔｉｎｇｈａｖｅｂｅｅｎｓｔｕｄｉｅｄ．ＴｈｅｆｉｒｓｔｗｏｒｋｉｓｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｏｆｓｔｒｅｓｓａｎｄｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆＤ．Ｃ．Ｊｉｌｅｓ．ＡｎｄＤ．Ｌ．Ａｔｈｅｒｔｏｎｔｈｅｏｒｙ．ＴｈｅｓｅｃｏｎｄｗｏｒｋｉｓｕｔｉｌｉｚｉｎｇＡＮＳＹＳ０ａｒｇｅ－ｓｃａｌｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｓｏｆｔｗａｒｅ）ｆｏｒｍｅｄｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｓ．Ａｎｄｔｈｅｎｓｏｌｕｔｉｏｎｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｎｔｈｅｆｉｕｘ－ｌｅａｋａｇｅｏｎｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｅｘｔｅｒｎａｌｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄａｎｄｓｔｒｅｓｓｃｅｎｔｒａｌｉｚａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｌａｓｔｗｏｒｋｉｓａｄｖａｎｃｉｎｇａｍｅｔｈｏｄｏｆｔｅｓｔｉｎｇｓｔｒｅｓｓｏｎｔｈｅｇｒｏｕｎｄｏｆｔｈｏｓｅｒｅｓｕｌｔｓ．Ｉｔｃａｎｃｏｎｃｌｕｄｅｓｏｍｅｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｉａｎｓ：（１）Ｊｕｄｇｅｔｈｅｂｏｕｎｄａｒｙｏｆｓｔｒｅｓｓｃｅｎｔｒａｌｉｚａｔｉｏｎｂｙｔｈｅｓｌｏｐｅｃｈａｎｇｅｏｆ最（ｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｉｎｄｕｃｔｉｏｎｉｎｔｅｎｓｉｏｎａｌｏｎｇＸａｘｉｓ）．（２）ＴｈｅｃｈａｎｇｅｏｆＢｙ（ｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｉｎｄｕｃｔｉｏｎｉｎｔｅｎｓｉｏｎａｌｏｎｇＹａｘｉｓ）ｉｓｖｅｒｙｓｍａｌｌ，ｗｈｅｎｓｔｒｅｓｓｃｈａｎｇｅ．（３）Ｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆ丑，ｗｉｌｌｉｎｃｒｅａｓｅ，ｗｈｅｎｔｈｅｄｅｐｔｈｏｆｓｔｒｅｓｓｃｅｎｔｒａｌｉｚａｔｉｏｎｉｓｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｏｒｔｈｅｅｘｔｅｒｎｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｉｓｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ．（４）ＴｈｅｃｈａｎｇｅｏｆＢｗｉｔｈｔｈｅｓｔｒｅｓｓｉｓｌｉｎｅａｒｉｔｙ，ｗｈｅｎＢ伸ａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄ）＜０７Ｔ，ｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆＥｗｉｔｈｔｈｅｓｔｒｅｓｓｉｓｓｕｂｓｅｃｔｉｏｎｌｉｎｅａｒｉｔｙ，ｗｈｅｎＢ＞ｎ７ＴａｎｄｔｈｅｃｈａｎｇｅｉｓｓｍａｌｌｗｈｅｎＢ＝０７ＴＫｅｙｗｏｒｄｓｔｒｅｓｓｃｅｎｔｒａｌｉｚａｔｉｏｎＤ．Ｃ．ＪｉｌｅｓａｎｄＤ．Ｌ．ＡｔｈｅｒｔｏｎｔｈｅｏｒｉｅｓｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄＡＮＳＹＳｃｏｍｐｕｔｅｓｏｆｔｗａｒｅｍａｇｎｅｔｉｃｌｅａｋａｇｅ独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
超声检测表面残余应力的研究与发展
超声检测表面残余应力的研究与发展[摘要] 金属表面与内部残余应力的存在对构件的力学性能有重大影响。
介绍了超声检测残余应力的研究现状和应用领域，从分析超声检测残余应力的原理、方法和特点着手，为开发能满足现场使用要求的检测系统，对几个关键技术进行了重点分析，并指出超声检测残余应力的发展方向和广阔的应用前景，为开展进一步研究提供借鉴与指导。
[关键词] 超声波；检测；残余应力0 引言金属表面残余应力是在构件不论是否承受外加载荷的状态下，仍以平衡状态存在于构件的应力。
当此应力平衡被破坏时，构件会产生宏观的尺寸变化。
残余应力的存在对材料的力学性能有重大影响，在焊接构件的制造和热处理过程中尤为明显。
存在残余应力，一方面会降低工件强度，使工件在制造时产生变形和开裂等工艺缺陷；另一方面又会在制造完成后的自然释放过程中使材料的疲劳强度、应力腐蚀等力学性能降低。
在工作温度、工作介质及残余应力的共同作用下，构件的抗疲劳强度、抗脆断能力、抗应力腐蚀开裂及高温蠕变开裂的能力都将大大下降，从而造成使用中的问题，许多灾难性事故常常由此引发。
因此，金属构件表面残余应力的检测对于热处理工艺、表面强化处理工艺、消除应力工艺的效果以及废品分析等均具有非常重要的意义。
1 超声检测残余应力的特点超声波法是利用材料的声弹效应(即施加在材料上的内应力变化引起超声波传播速度的变化，其大小取决于超声波的波型、传播方向、材料组织和应力状况等)，通过准确测定超声波在构件内传播速度的变化得出应力分布。
与其它一些方法相比，具有下列特点：1)超声波的方向性较好，具有光波一样良好的方向性，可以实行定向发射。
2)对于大多数介质而言，超声波的穿透能力较强。
在一些金属材料中，其穿透能力可达数米，故能无损测定实际构件表面和内部(包括载荷作用应力和残余应力)的应力分布。
3)采用新型电磁换能器，可以不接触实际构件进行应力测量，不会损伤构件表面，使用安全、无公害。
4)超声测量仪器方便携带到室外或现场使用，如果配上相应的换能器(探头)，还可用来探伤或测定弹性模量，可一机多用。
实验5 材料表面残余应力的测量
一、实验目的
1．了解金属材料残余应力的种类。
2．掌握 X 射线衍射法测量金属材料表面残余应力的原理和实验方法。
二、实验原理概述
零件或材料内部的应力状态对受力构件的使用寿命有重要影响和直接作用。所谓的残余
应力是，即使构件不受外力作院用，其内部仍然可能存在着不均匀而且在自身范围内平衡的应
中 四、实验步骤
与工
学
1．对样品作 2θ ＝90°－140°范围的全谱扫描。
料科
2．选择一个峰形较好，衍射强度较高的高角度衍射学峰材，分别取ψ＝0°，15°，30°和
45°用慢速度（1°/min）扫描，每次扫描的结果保南存大为不同的文件（设为 A，B，C，D）。
3．用 Jade 打开各个扫描文件，对衍射峰按中抛物线进行拟合，计算峰位。
科学 联动。在 2θ 处附近扫描得出指定的 HKL 衍射线的图谱。当 ψ≠0 时，将衍射仪测角台的 θ-2θ
材料 联动分开。先使样品顺时针转过一个规定的 ψ 角后，而探测器仍处于 0。然后联上 θ-2θ 联
学 动装置在 2θ 处附近进行扫描，得出同一条 HKL 衍射线的图谱。
院
南大 最后，作 2θ-sin2ψ的关系直线，最后按应力表达σ=K·∆2θ/∆sin2ψ= K程·M学求出应力值。
该曲线的斜率就是式 13 的程M学值了。最后，试样表面x方向分量就能按式 14 求出。
三、实验方法
与工
学
在使用衍射科仪测量应力时，试样与探测器 θ-2θ 关系联动，属于固定 ψ 法。通常 ψ 等于
料
院 0°、15°、学3材0°、45°测量数次。 与工程学 处中，南此当大时ψ入=0射时线，及与衍常射规线使相用对衍于射样仪品的表方面法法一线样呈，将对探称测放器射(配记置数。管然)放后在使理试论样算与出探的测衍器射按角θ-22θθ
残余应力无损检测方法
残余应力无损检测方法嘿，你知道不？残余应力那可是个大问题呢！无损检测方法就像个超级侦探，能在不破坏材料的情况下找出残余应力。
那咱就说说这神奇的无损检测方法吧！首先，X 射线衍射法就超厉害。
把材料放在那，X 射线一照，就像医生给病人拍片子似的，能看出材料内部的残余应力分布。
步骤嘛，就是调整好设备，让X 射线准确地照射到材料上，然后分析反射回来的X 射线信号。
这多牛啊！注意事项呢，可得小心操作设备，别让X 射线伤着自己。
那安全性咋样？放心吧，只要按规定操作，那是妥妥的安全。
稳定性也没得说，每次检测结果都挺靠谱。
这种方法适合检测各种金属材料，优势就是准确、快速。
比如说在航空航天领域，那飞机零件的残余应力检测可离不开它。
检测得准，飞机飞得才安心嘛！再说说超声检测法。
这就像用超声波给材料做体检。
把探头放在材料上，超声波在材料里传播，通过分析超声波的变化就能知道残余应力的情况。
步骤简单，放好探头，启动设备就行。
注意别把探头弄坏了。
安全性那是杠杠的，超声波又不会伤人。
稳定性也不错，检测结果比较稳定。
这种方法应用场景可广了，汽车制造、机械加工都能用。
优势就是方便、快捷，可以在生产线上直接检测。
这不就像有个随时待命的小助手嘛！还有磁测法呢！就像用魔法探测材料的残余应力。
通过测量材料的磁性变化来判断残余应力。
步骤不难，把仪器靠近材料就行。
注意别让磁场干扰其他设备。
安全性好得很，没啥危险。
稳定性也还行。
在钢结构检测中很管用。
优势就是可以快速检测大面积的材料。
哇塞，这多厉害！总之，残余应力无损检测方法那是超级棒！各种方法都有自己的优势和应用场景。
在实际生产中，根据不同的需求选择合适的方法，就能让我们的产品更安全、更可靠。
这难道不是超赞的事情吗？咱可一定要重视残余应力检测，让我们的生活更美好！。
金属无损检测方法的研究与应用
金属无损检测方法的研究与应用近年来，随着工业结构的变化和科技的不断发展，金属材料在工业生产中扮演着越来越重要的角色。
而对于金属材料的无损检测已成为现代工业生产中不可或缺的一个环节，因为它既能提高制造品质，又能保证生产安全。
本文将探讨金属无损检测方法的研究与应用。
一、金属无损检测方法的种类目前，金属无损检测方法主要有以下几种：1. 射线探伤检测：利用放射性同位素或X射线对金属材料进行扫描，通过对射线的吸收、散射或衍射现象进行分析，来判断材料内部的缺陷情况。
2. 超声波检测：利用超声波在材料内部传播时，与物体内部的缺陷交互反射的特性，对金属材料进行检测。
3. 磁粉检测：利用磁场对金属材料进行检测。
将铁磁性材料置于磁场中，通过观察被检测物体表面涂有磁粉时，磁粉的分布情况来判断材料内部的缺陷。
4. 涡流检测：利用交变电流在磁场中引起涡流的原理，对金属材料进行检测。
涡流所激发的磁场可以用来检测金属材料内部的缺陷。
5. 热波检测：利用辐射热的原理，将其辐射到被检测的物体上，通过观测物体的表面温度分布和变化，来分析金属材料的内部结构和缺陷情况。
二、金属无损检测方法的应用以上几种金属无损检测方法都有各自的特点和适用范围。
但总的来说，在现代工业生产中，其应用范围都非常广泛。
1. 射线探伤检测：射线探伤被广泛应用于机械、建筑、核电站、航空航天等领域。
如在航空航天工业中，射线探伤可用于飞机发动机的叶片、轴承等零部件的质量检测。
2. 超声波检测：超声波检测可用于金属材料的缺陷分析、质量控制等要求高精度的领域。
如在核电站中，超声波检测可用于核电站管道的内壁缺陷检测。
3. 磁粉检测：磁粉检测被广泛应用于钢铁、机械等行业中，如对于钢铁制品中的裂纹、焊接处的裂缝等缺陷进行检测。
4. 涡流检测：涡流检测可用于铜、铝、镍等导体材料中的缺陷检测。
5. 热波检测：热波检测可用于电子、金属、建筑、铸造等领域。
如在船舶修造领域，通过红外热成像检测船舶壳体表面上的缺陷，来保障船舶的结构安全。
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金属材料表面缺陷及残余应力的无损检测研究
摘要：新的时代不断的涌现出新的科技和工艺，引起人们的生产和生活的巨大
改善。
新材料的出现预示着新工艺的产生，对新材料的各种物理表征的监测都引
起了广大人们的重视。
传统的检测技术都会对材料进行损害，因此无损检测技术
的出现，更为满足现代人的生产需求。
无损检测技术就是指在不破坏检测材料的
基础上，对这些材料进行质量以及工艺性能、安全性能的检测。
关键词：激光超声；无损检测；金属材料；表面缺陷；残余应力
一、金属材料表面缺陷和残余应力检测概述
金属材料在加工过程中难免会出现材料变形，并且会在材料内部产生残余应力。
这部分残余应力会造成材料出现开裂以及变形的情况，与此同时也会严重影
响到材料疲劳性能，这在一定程度上会影响到材料的工艺性能与强度，所以，检
测金属材料残余应力一直以来都是学界研究的重点内容，同时也是金属质量以及
工艺标准的重要保证。
伴随着科学技术以及工业水平的持续发展，金属材料残余
应力无损检测手段也出现了多种类型，包括了电学法、X射线法、磁测法以及光
学法等，可是相较而言，利用激光超声技术检测金属材料的表面波是成本最低，
同时也是最为精确的一种检测手段。
通过激光与超声的有效结合，对声波渡越时
间进行测量，从而探测残料表面缺陷以及残余应力。
二、扫描线光源缺陷检测机制研究
超声表面波检测材料表面的缺陷已经在金属材料无损检测方面发挥了巨大的
作用，但是这种检测方法一般都是分析反射信号的脉冲回波或者是信号衍射的渡
越时间分析，具有一定的局限性。
利用利用激光源来激发超声波而不是利用压电
换能器，这样就具备了非接触式检测法以及远距离激发超声波的优点，而且激发
光源还可以自由的进行移动，奠定了对大面积的工件进行高效率无损害的检测的
坚实基础。
在早期的研究中，仅仅是利用了表面波的透射、折射、反射等依据，
并没有将激光声源的优势真正的发挥，然而提高激光声源的利用率是一个艰难的
研究。
21世纪以后，激光源得到了充分的利用，高效率的实现了无损检测，这就是扫描激光源技术。
扫描激光源技术就是对样品的表面利用激光源进行扫描检查，如图1所示，超声探测可以选择传统的接触式压电换能器，也可以选择光学检测法；对于超声探测的位置，可以固定，也可以随着光源一起移动，只要保持激光
源和探测位置的距离是固定的就可以，当激光源扫描到缺陷位置的时候，探测到
的材料表面波就会发生变化。
扫描激光源技术会出现以下三种特征的结果：图1扫描激光源法缺陷探测示意图
1.当检测样品的表面没有缺陷或者是激光源与缺陷的距离比较远的时候，探
测到的表面波的波幅几乎保持不变，如果出现缺陷，则反射回来的表面波的信号
就会减弱（样品表面有微小缺陷的情况下）；
2.当激光源扫描到样品上的缺陷时，探测到的声波信号会很明显的放大；
3.当激光源的扫描位置移动到缺陷位置的后面时，由于散射现象，到达探测
点的信号就会减小。
根据探测点收到的回波信号的时间和幅度，可以对材料表面
的缺陷位置和深度进行探测。
三、无损检测技术实际应用的过程中遇到的问题
在缺陷精准定量以及精准定性领域当中，现存的超声检测技术比方说 A 型脉
冲实际应用的过程当中，可以精准的将缺陷找寻出来，但是对缺陷的定量及定性
能力显得比较差，TOFD 检测技术在检测内部缺陷的过程当中，精准性比较强，
相控阵超声技术实际应用的过程当中，可以从多个角度上获取缺陷的二维图像，但是在对缺陷的三维形状进行测量的过程当中，展现出来的精准性并不是很强。
针对运行过程中的设备易接触位置腐蚀、裂缝的定时检测，有很多技术实际
应用的过程中都可以实现这个目标，但是当对高空以及地下等难以接触到的位置
进行检测的过程当中，大部分技术都难以正常的发挥作用，除此之外腐蚀和裂缝
问题其实是一个渐变性问题，因此在对处于运行状态的设备进行检测的过程当中，需要使用到长期在线定量监测方法，以便于可以实时动态的去对各种类型问题的
实际发展情况进行分析，并使用适应性比较强的措施解决问题。
在现代化工业发
展进程向前推进的过程中，大部分装备都逐渐向着高参数运行的方向发展，例如
电力行业致力于研发 700℃超临界锅炉技术措施，在此背景之下自然需要使用到
极端环境下检测技术。
在超声检测技术当中，高温压电传感器的正常工作温度往
往会在450℃之下，激光超声技术不方便在运行现场当中应用，一般情况下都会
在实验室当中得到应用，因此运行现场极端环境下的无损检测技术研发力度应当
得到大幅度提升。
四、金属材料表面缺陷及残余应力的探测
1.电学检测法。
根据是否与被测样品之间接触，电学检测法可以分成接触式
以及非接触式两种类型。
接触式主要利用压电换能器（PAT），利用压电晶体、
压电陶瓷以及压电薄膜等材料把超声信号转化成为电信号，为了能够显著提升能
量传递效率，换能器会和样品之间通过耦合剂的形式耦合。
这种方法在十九世纪
末期随着压电材料的兴起而形成，在超声探测当中被广泛使用。
非接触式检测方
法包含了电容换能器以及电磁—声换能器。
电学检测方法相对较为成熟，具有较
高的灵敏度，价格也比较适中，是当前工业生产中经常用到的一种无损检测手段，其缺点在于检测的时候需要和被测物体表面距离很近，或者相互接触，否则的话
难以遥测超声波。
2.光学检测法。
光学检测法包含了非干涉法以及干涉法。
非干涉法中使用到
的检测技术包含了光反射技术、光偏转技术以及光衍射技术。
干涉法则包含了外
差干涉仪以及共焦F-P干涉仪。
（1）干涉法。
干涉法测量主要是借助声波在金属表面传播或者是到达金属表面的时候声波会产生位移，从而导致光束频率以及相
位调制实现的。
干涉仪种类大体上可以分成两种类型，第一种是零拍干涉仪，其
原理是探测以及参考光束本身不是处在同一条光路上，是通过镜面反射的形式返
回的，所以这类干涉仪对于被测金属表面有着较高的要求。
如果被测金属的表面
是镜面，那么这种干涉仪所具备的光学灵敏度是最高的，但是实际的检测过程中，因为外界振动所产生的影响，难以确保干涉仪静态相位差始终保持为零，这会导
致干涉仪灵敏度降低，可以利用压电陶瓷掌控参考臂当中的反射镜，通过闭环掌
控参考臂长度，保持静态相位差为一个定值。
第二种是外差干涉仪。
外差干涉仪
能够很好地解决零拍干涉仪抗干扰能力差的弱点。
但是这两种方法都需要金属表
明必须是镜面发射。
这在一定程度上极大地限制了被检测对象的种类，难以在实际检测当中使用。
为了有效避免这种情况的限制，可以使用时延干涉仪、
F-P干涉仪等方法，他们对于物品表面的要求较低。
（2）非干涉法。
非干涉法就
是将超声波信号调制到光强信号当中，因此光电检测器能够直接对其检测，通常
使用超声到金属的表明或者在金属表面传播的过程中样品表面形状、反射率都会
改变，造成了反射光位置以及强度出现变化，借此来实现无损检测。
经常使用的
方法包括了光衍射技术以及光偏转技术。
结语
激光超声探测技术能够探测到金属材料表面的微小缺陷，但是很难探测到样品的某些特定位置，需要对激光的分布进行调整；激光超声技术需要激光的激发才能产生超声波，但激发激光需要的能量很大，为了提高探测的灵敏度，需要提高激光的激发效率。
这些问题都有待后期的研究和解决，这些问题的解决都会对激光超声技术的发展打下良好的基础。
参考文献：
［1］郝缓．基于激光超声检测金属材料表面缺陷的数值模拟［D］．镇江：江苏大学，2014．
［2］马涛．超声无损探测中光致声波的原理及应用［D］．成都：电子科技大学，2014．。