复杂结构焊缝的非线性超声检测方法_刘斌
复杂薄壁结构钎焊接头的超声Lamb检测
收 稿 日期 ： ００— ８— １ ２ １ ０ ０
ｍ ｍ长度 分别 为 ｌｍ ２ ｍ ３ｍｍ， ｍ， ｍ， ４ｍｍ的 通槽 ， 来模
拟钎 焊过程 中 的未钎透缺 陷 。
Ｉ
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１
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频 厚 积 ／ ＭＨ ・ ｌ （ ｚ ｍｉ ） １
图 ３ 相 速 度 频 散 曲线 图 （ Ｃ ｌＮ９ ｉ １ ｒ８ ｉ ） Ｔ
图 １ 槽 类 缺 陷模 拟 试 块 不 意 图
在焊 接缺 陷试 件 设 计 加 工 缺 陷 过 程 中 ， 用 在 预 采 置缺陷位 置加 工和缺 陷 尺寸 相 同的 槽 。在槽 内涂抹 阻
同类 型 的 Ｌ ｍ ａ ｂ波 ， 有 不 同 的阶次 ， 常用 ． ， Ｓ 还 通 ｓ Ｓ ， 。
… …
用 … 。但 是 ， 未钎 透等焊 接缺 陷降低 焊 件 的气 密性 、 水
密性 以及接 头 的强 度 ， 焊件 的使 用 安全 造 成 很 大 的 对 威胁 。如何 准确有效 地检测 出焊接 接头 的缺 陷成 为保 障航 天器 、 电设备 安全运行 的关键 所在 。 核 由于检测 盲 区 的存 在 ， 规 的 横 波 和纵 波 检 测 很 常 难 实现对薄板 的检测 ， Ｌ ｍ 而 ａ ｂ波可 以实 现厚度 同激励 波长 相 同数量 级 的板 材 的检测 。同 时 Ｌ ｍ ａ ｂ波 本 质 上
关键词 ： Ｌ ｍｂ波 ａ
薄壁结构
钎焊结构
模态选择
非线性超声检测技术
非线性超声检测技术非线性超声检测评估技术1、非线性超声复合材料检测技术概述复合材料具有密度小、强度高、耐摩擦、抗烧蚀、高温性能良等优点，广泛应用于航天航空等高科技领域。
对于复合材料界面粘接强度的准确评价，直接影响复合材料的有效使用。
超声是最为广泛的无损检测技之一，对于粘接层脱粘，采用的特征参数主要有回波幅值、反射回波时间等，但是对于高衰减材料、脱粘面较小等无法得到回波幅值、反射时间的情况，利用超声反射则无法对缺陷定量。
可喜的是，经过最近若干年的努力，力学、声学和材料学领域的一些研究进展使得人们发现，通过对材料粘接层的弹性模量、声衰减和厚度等物理量测量，能够反映出材料的粘接强度。
而上述测量，运用超声非线性的方法有着明显优于传统方法。
2、非线性超声检测方法非线性检测方法称声-超声技术，又称应力波因子技术，与常规无损检测方法不同，非线性技术主要用于检测和研究材料中分布的细微裂纹群及其粘接强度。
属于材料完整性评估。
非线性检测的原理为，采用超声波技术在材料（复合材料或各向同性）表面激发脉冲应力波，应力波在内部与材料的微结构(包括纤维增强层合板中的纤维基体，各种内在的或外部环境作用产生的缺陷和损伤区)相互作用，并经过界面的多次反射与波型转换后到达置于结构同一或另一表面的接收传感器，然后对接收到的波形信号进行分析，提取一个能反映材料(结构)力学性能(粘接强度和刚度)的参量，称为应力波因子。
3、存在问题与解决方法综上所述，非线性技术（应力波因子技术），对于复合材料常规不能检测的缺陷，如检测细微缺陷（孔隙、基体裂纹、纤维裂断、富胶、固化不足等），能达到良好的检出效果。
是一种材料完整性检测和评估的手段。
但是如何激发损伤信号、损伤信号与噪声信号较难区别使该技术的发展受到了影响。
美国RITEC RAM-5000 SNAP非线性高能超声测试系统是世界上第一套专门用于材料无损评估时的非线性效应研究的超声测试系统，堪称世界一流。
钢结构焊缝超声波能力验证检测方案
附件2：钢结构检测技术人员现场操作考核一次性规定一、考核项目和检验方法考核项目：钢结构焊缝超声波探伤检测。
检测标准：GB/T 11345-1989《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》。
二、试板规格试板厚度为16-30mm，长度（焊缝）：250-300mm;V型坡口，材质：Q235三、考核前的实施过程及仪器准备每个参加考核的各检测机构人员进行现场检测时需自行准备以下仪器设备：1、超声波探伤仪1台，应满足GB/T 11345-1989第5条要求的A型显示脉冲反射式探伤仪，仪器检定合格且处于有效期内（数字机、模拟机均可）。
2、根据试板厚度准备适合的探头，钢直尺或钢卷尺1把。
3、提前根据GB/T 11345-1989制作好各探头的距离-波幅曲线，并满足30mm板厚的直射法及一次反射法检测要求，表面补偿值统一设定为4dB。
四、检测准备本次能力比对采用GB/T11345-1989标准B级检验，合格级别为Ⅲ级，现场备有标中的CKS-ⅠB、RB-3试块提供使用，检测时间30分钟，报告时间15分钟，可以带该次检测使用的标准,可事先依据标准制作好距离-波幅曲线。
各位检测人员须分别携带需要的文具。
五、检测实施1、本次现场操作考核的试板共25件，板厚16mm-30mm, 焊缝长度250-300mm,每人在检测前随机抽取试板；2、考生应独立进行检测和报告编写；3、本次考试主要了解各检测实验人员的现场检测的实际能力，对于缺陷定量、定位要准确。
表1：试件编号焊缝4、依据GB∕T11345-1989和超声波检测操作细则对试样采用单面双侧进行检验，每块焊缝试样的检测时间不得超过30分钟；每个盲样1到3个缺陷不等。
5、试板焊缝缺陷的记录要求：需在示意图中标明缺陷的基本情况:0为焊缝的起始位置，X （X1，X2....）为0点至缺陷起点距离，L （L1，L2....）为缺陷长度,精确到1mm 。
表2： 试件编号焊缝缺陷X L XL 缺陷原始记录中需要记录每处缺陷距离焊缝边界的起始位置X （mm ）、缺陷长度L （mm ）、缺陷最大深度H （mm ）、缺陷最大反射波幅（dB ）。
建筑钢结构焊缝超声波检测技术探析
建筑钢结构焊缝超声波检测技术探析首先，建筑钢结构焊缝超声波检测技术的原理是利用超声波在声导体中传播的特性。
超声波在焊缝中的传播速度取决于材料的密度和弹性模量。
当超声波遇到缺陷时，会发生多次反射和散射，从而影响超声波的传播路径和能量。
通过检测超声波传播的时间和能量的变化，可以确定焊缝中的缺陷位置和尺寸。
其次，建筑钢结构焊缝超声波检测技术的具体步骤如下。
首先，需要选择合适的超声波传感器和检测仪器，并调整超声波的频率和功率。
然后，将传感器放置在待测的焊缝表面，并施加适当的压力来确保传播的稳定性。
接下来，将超声波的传播时间和能量的变化记录下来，并与标准数据进行比较，以确定焊缝的质量。
最后，建筑钢结构焊缝超声波检测技术具有一些优点和应用前景。
首先，该技术可以非破坏性地检测焊缝的缺陷和质量，避免了因拆除焊缝而引发的额外损失。
其次，该技术对焊缝中的各种缺陷，如气孔、夹渣和裂纹等，都有很高的检测精度。
此外，该技术还可以实时监测焊缝的质量变化，并及时采取补救措施。
然而，建筑钢结构焊缝超声波检测技术也存在一些局限性。
首先，该技术对焊缝的厚度和尺寸有一定的限制，较粗和较大的焊缝往往会影响超声波的传播和接收效果。
其次，该技术在对离焊缝较远的深层缺陷进行检测时存在一定的困难，这需要采用更复杂的检测装置和方法。
综上所述，建筑钢结构焊缝超声波检测技术是一种常用的非破坏性检测方法，通过利用超声波的传播和反射特性来检测焊缝的缺陷和质量。
这种技术具有检测精度高、操作方便等优点，但也存在一定的局限性。
随着科技的不断进步和应用经验的积累，建筑钢结构焊缝超声波检测技术将会在建筑工程领域得到更广泛的应用。
焊缝质量检测中的超声波检测与成像技术研究
焊缝质量检测中的超声波检测与成像技术研究摘要：焊缝质量检测中的超声波检测与成像技术是一项非常重要和广泛研究的领域。
通过不断的研究和创新，这项技术在提高焊接接头质量和完整性方面发挥了关键作用。
超声波检测与成像技术通过发送和接收超声波信号来评估焊缝的结构和存在的缺陷。
基于信号处理和分析，可以实现对焊接接头的缺陷识别、定位和评估。
同时，超声波成像技术提供了可视化的图像，使检测结果更直观。
本文主要分析焊缝质量检测中的超声波检测与成像技术研究。
关键词：焊缝质量检测；超声波检测；超声波成像；非破坏性检测；焊接结构引言超声波检测与成像技术作为一种常用的非破坏性检测方法，在焊缝质量检测中发挥着重要的作用。
它具有高灵敏度、高分辨率、可定位性强等特点，能够快速、准确地检测焊缝中的各种缺陷和不良现象，如气孔、裂纹、夹杂物等。
因此，深入研究超声波检测与成像技术在焊缝质量检测中的应用，对于提高焊接质量，降低事故发生风险具有重要的现实意义和应用价值。
1、超声波检测原理超声波检测是基于声学原理的一种非破坏性检测方法，通过发送超声波脉冲并接收反射回来的信号来评估被测试材料的内部结构和缺陷。
超声波是一种高频（超过人耳听觉范围）机械波，它在不同材料中的传播速度与材料的密度、弹性模量和声波速度有关。
在超声波检测中，通常使用的是纵波（P波）或剪切波（S 波）。
超声波通过特定的装置（称为超声发射器/探头）产生，并通过它们在被测材料中传播。
当超声波遇到材料的界面、缺陷或不均匀性时，一部分能量会反射回来，被相同或不同的装置（称为超声接收器/接收探头）接收。
接收到的超声信号通常是一个复杂的波形，它包含了来自不同界面、缺陷或散射点的多次反射波。
这些信号经过放大、滤波和幅度调制等处理，以便进行后续的分析和解释。
在实际应用中，超声波可以用于生成材料内部的图像。
通过将超声波以不同的方向扫描材料，并记录反射回来的信号，可以形成二维或三维的超声图像。
这些图像显示了材料内部的结构、缺陷的位置、形状和尺寸等信息。
GH4169高温合金疲劳寿命非线性超声检测研究
GH4169高温合金疲劳寿命非线性超声检测研究阎红娟;刘峰斌;潘勤学【摘要】基于超声无损检测理论,研究金属板材弯曲疲劳引起的超声非线性波动规律,建立相对非线性超声系数β′、δ′与基波、谐波幅值定量关系.利用位错模型解释了金属材料存在晶格微缺陷或应力时,超声二阶与三阶非线性系数β、δ的变化趋势.建立非线性超声检测系统,测量GH4169高温合金板材疲劳弯曲试验过程中超声相对非线性系数β′、δ′的变化趋势.实验结果表明:随着疲劳寿命的增加,相对非线性系数单调增加.二阶与三阶相对非线性系数与疲劳寿命关系转折点分别出现在疲劳寿命80％左右和60％左右.在第一阶段相对非线性系数随着疲劳寿命单调增大,在第二阶段相对非线性系数随着疲劳寿命增加出现波动或保持不变,甚至出现下降现象.对于二阶相对非线性系数,实验曲线与位错综合模型预测数据具有较好的一致性.对于三阶相对非线性系数,实验曲线与位错偶模型预测数据具有较好的一致性.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2019(000)002【总页数】4页(P127-130)【关键词】非线性超声;位错综合模型;位错偶模型;相对非线性系数;疲劳寿命【作者】阎红娟;刘峰斌;潘勤学【作者单位】北方工业大学机械与材料工程学院,北京 100144;北京理工大学机械与车辆学院,北京 100081;北方工业大学机械与材料工程学院,北京 100144;北京理工大学机械与车辆学院,北京 100081【正文语种】中文【中图分类】TH16;TB5531 引言金属构件在循环载荷作用下，逐渐产生永久性累积损伤，使其在应力值没有超过材料的强度极限时甚至比弹性极限还低的情况下，出现了裂纹或突然断裂，引发灾难性的事故。
目前国际上还没有有效方法对金属疲劳状态进行无损检测和表征，研究金属材料早期疲劳状态的现场无损检测与表征机理和方法的意义非常重大。
金属构件的疲劳寿命通常经过早期的位错产生和晶格变形阶段（材料特性退化阶段）、微裂纹形成与积累阶段和最后的断裂失效阶段等3个阶段[1]。
复杂焊接结构焊缝强度评估方法及应用
复杂焊接结构焊缝强度评估方法及应用摘要：作为大中型安装施工项目的重要工作，电焊焊接的质量与效率直接影响项目的安全运行和生产建设期。
在复杂的电焊焊接结构的生产和制造中，由于在此阶段进行的焊接工艺而获得的焊接质量不够可靠。
因此，为了保证复杂的电焊焊接预制构件的质量，有必要进行焊接质量评估，以确保焊接达到要求的技术标准和结构的安全适用性。
关键词：复杂焊接结构；焊缝强度评估；方法应用引言：进行必要的焊缝强度评估是确保电焊质量的关键措施。
因此，在焊接之后，应根据产品技术标准对焊接进行相对评估，不符合技术标准的缺陷应立即修复。
电焊质量的评估包括三个级别：外观检查，无损检测和物理性能实验。
这三个相互填充，无损探伤评估占主导地位。
一、焊缝强度物理评估方法（一）外观检查评估外观检查通常以肉眼观察为主，有时使用5-20倍的高倍放大镜。
根据外观检查，可以发现焊接表面的缺陷，例如错位，焊痕，表面裂纹，通气孔，焊道和焊缝熔深。
焊接尺寸也可以使用焊接评估器或原型精确测量。
（二）外观检测评估使用高倍放大镜或人眼观察焊接表面是否有未对准，焊缝凸起，通风孔，裂纹等缺点。
使用电焊焊接规精确地测量焊接误差，焊接痕迹，凹痕，误差等。
评估焊接零件是否变形。
例如：大中型圆柱储罐电焊焊接外观评定规定，对接焊缝深度错开，不大小于0.5毫米；交错的连续长度不应超过100毫米；焊缝两侧的错位总长度不得超过焊缝长度的10％；为了深入检查交错部分，确保将焊接评估尺连接到焊缝的一侧，检查焊缝是否牢固。
二、焊缝无损评估方法（一）射线探伤方法（RT）.在此阶段，最常用的射线探伤评估方法是使用（X，7）来自辐射源的穿透射线对焊接后的膜进行光敏，并且焊接中的缺陷图像会在射线照相中显示信息解决后的电影。
在上侧，焊接中会发现诸如排气孔，焊缝隆起，裂纹和不完全熔深的缺陷。
（二）超声波探伤（UT）使用压电超声换能器，由瞬时电激励引起单脉冲振动，并且借助于声耦合物质在金属材料中产生超声波。
机械焊接结构的无损探伤检测技术
机械焊接结构的无损探伤检测技术作者：刘彬李胤张金玲来源：《科学导报·学术》2020年第19期摘 ;要：近些年来我国在机械化工业发展领域的发展前进步伐也在进一步加大。
对机械工业的发展影响因素有多个方面，其中机械焊接技术的作用是首当其冲的。
在高水准的机械焊接技术下可以生产出高质量的机械焊接结构。
它的质量和后期对其的高科技检测水准的结果会直接影响到工业机械的日常工作运转情况，保证安全性。
但是机械焊接结构中而往往会出现一些结构缺陷，无损伤检测技术主要针对焊接中的一些问题而对其进行的一种检测。
本文我们将重点来讨論这种检测技术方法和主要应用。
关键词：机械焊接;无损探伤;检测技术一、对于焊接结构的无损伤检测的方法（一）利用X射线的检测方法在焊接结构中主要的对象是金属物质，所以就充分体现出来了X射线的优势[2]。
在对于一些大型的机械设备的内部的焊接缝隙的检测中，可以利用光线的穿透性能好的特点对其很好的进行照射，这样就可以很清楚的让技术人员通过X射线照出来的底片来快速的了解到结构内部的具体情况，如裂缝的位置大小和数量的多少，从而快速的提出相应的解决措施，保证焊接机械的正常使用和延长它的使用寿命。
（二）利用超声波的检测方法超声波是频率高于20000赫兹的一种声波，它具有方向性好和具有特别强的反射力的特点，并且在水中的传播距离比空气中还远。
它的用途也是十分广泛的，可以用于医院的病情检测中，军事领域的武器开发应用中，还有工业农业等多方面。
当然，也可以用于焊接结构的无损伤检测中。
（三）利用磁粉的检测方法由于是对金属焊接结构的检测，绝大多数金属都具有磁性，所以就可以利用磁粉来对结构进行无损伤的检测。
当处于一个强磁场中，具有铁磁性的金属焊接结构表面一旦有裂缝等损坏现象的产生就会发生漏磁场的想象，从而吸收铁粉，通过吸收铁粉的质量和范围大小就可以判断出焊接结构的缺陷程度[3]。
这种方法成本的控制低并且简单容易操作，使用范围广，并且检测的效果还好，是一种值得推广的应用于焊接结构无损伤检测的方法之一。
NEW P91钢焊缝蠕变的非线性超声检测_原可义
原可义
0
序
言
脉冲信号进行激励， 检测信号具有一定频谱宽度， 在 此条件下的超声非线性特征更为复杂 ． 文中讨论了 使用通用的超声检测设备， 脉冲激励条件下， 应用超 声非线性特征对 P91 钢及其焊缝的蠕变情况进行评 价的方法． 此方法利用超声衰减与频率的关系对蠕 变引起的声衰减进行修正， 并以“超声非线性体现 了能量从低频向高频 转 移 的 特 性 ” 这一特点为前 提， 以超声检测信号高频段与低频段的能量比率为 检测参数， 实现了对不同蠕变状态的检测 ． 文中利用该方法对 P91 钢及其焊缝的蠕变状态 进行了评价． 结果表明， 该方法可以区分不同蠕变 状态的 P91 钢及其焊缝． 该方法使用的检测参数可 以作为金属蠕变非线性超声检测的敏感参数 ．
检测位置 2 93． 75 126． 09 143． 30 3 91． 34 128． 49 212． 45
Nonlinear pulse ultrasonic testing results of P91 steel creep
蠕变时间 t / h 非线性参数
3
如前文所述， 高温设备的蠕变失效多发生于焊 缝位置， 因此焊缝为蠕变超声检测的重点位置 ． P91 钢的焊缝结构通常可划分为 3 部分， 即母材区、 热影 响区和焊缝区． 其中， 热影响区为母材和焊缝间的 过渡结构， 是蠕变破坏的危险位置， 因此选择的检测 点位于热影响区， 如图 3 所示， 沿厚度方向上中下位 置各取一点作为检测点． 图 3 所示即为超声检测的 检测面， 超声波平行于焊缝入射， 图 3 中所标检测点 即为超声探头的耦合位置， 为保证耦合条件， 两个检 测面均进行了加工． 试验使用 3 个 P91 钢焊缝蠕变 试块作为检测对象， 其蠕变时间分别为 0 h， 120 h 和
焊缝无损检测检测方案
焊缝无损检测检测方案焊缝无损检测是用于评估焊接质量的一种重要方法，它可以在不破坏试件的情况下，通过检测焊缝中的内部缺陷来判断焊缝的可靠性和安全性。
本文将介绍一种常用的焊缝无损检测方法——超声波检测，并提出一个相关的检测方案。
超声波检测是一种利用超声波在材料中传播的特性来检测焊缝缺陷的方法。
首先，利用超声波发射器将超声波引入被测焊缝，然后通过超声波传感器接收反射回来的超声波信号。
根据信号的差异来分析焊缝的质量和存在的缺陷。
本方案的具体步骤如下：1. 确定检测目标：首先需要确定需要检测的焊缝位置和范围。
根据实际需求，选择需要进行焊缝无损检测的部位。
2. 准备设备和材料：准备超声波检测设备，包括超声波发射器、超声波传感器以及相应的连接线等。
此外，还需要准备焊接试样和相关文件。
3. 进行校准：在进行正式检测之前，需要进行设备的校准。
校准步骤包括超声波传感器的灵敏度校准和焊缝缺陷的定位校准。
通过校准，可以使得检测结果更加准确可靠。
4. 进行无损检测：将超声波发射器和传感器固定在焊缝上，启动超声波发射器，发射超声波信号。
然后通过传感器接收反射回来的超声波信号。
根据信号的差异来判断焊缝中是否存在缺陷。
5. 分析结果和记录数据：根据接收到的超声波信号，对焊缝进行分析和评估。
根据实际情况，对检测结果进行判断，记录相关数据和信息。
6. 缺陷评估和建议：对检测结果进行评估和分析，判断焊缝的可靠性和安全性。
在发现问题时，给出相应的建议和改进措施。
总结：本方案基于超声波检测方法，可实现焊缝的无损检测。
通过校准设备、进行检测和分析结果，可以评估焊缝的质量和存在的缺陷，并提出相应的改进建议。
通过这一方案，可以提高焊接工艺的可靠性和安全性，减少事故的发生。
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焊
接
学
报
Vol． 3 6 March
No． 3 2015
TＲANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION
复杂结构焊缝的非线性超声检测方法
刘
摘
斌， 刚
铁， 万楚豪， 罗志伟
（ 哈尔滨工业大学 先进焊接与连接国家重点实验室，哈尔滨 150001 ） 要： 振动声调制技术是一种新出现非线性超声无损检测方法 ． 文中简要介绍了此技术的检测原理， 并对其在
41
大， 检测时选择此激励频率可有效评价结构状态 ； 其 它范围内二者差别并不明显． 某些频率下 （ 如 130 kHz） ， 参考试样也表现出较强的调制效应， 这可能 是由于试样中也含有少量的缺陷所致． 图 4b 为试 样在固定状态下检测结果， 在大多数高频激励频率 下， 缺陷试样与参考试样调制强度差别并不明显 ， 仅 当频率选择 130 kHz 左右时， 缺陷试样调制效应明 显增加， 与参考试样的差别最显著．
在航天、 核工业、 压力容器结构中经常出现管座 角焊缝， 即一段直径较小的接管插入或安装到直径 较大的主管或箱体等结构上形成的角焊缝． 由于此 种形式焊缝受力状况复杂、 焊接条件差， 焊接时易出
［1 ， 2 ］ ； 而服役运行期间也容易 现裂纹、 未熔合等缺陷 萌发疲劳裂纹， 产生重大安全隐患， 因此必须对此类
［7 ］ 存在缺陷． Ekimov 等人 则通过在金属杆内窄槽插 入金属薄片的方式模拟接触性缺陷 ， 试验发现， 此模 ［8 ］ 拟缺陷可产生明显的调制效应． Jaques 等人 则发
图1 Fig. 1
振动声调制技术原理
Principle of vibroacoustic modulation technique
图4 Fig. 4
振动声调制单频激励测试结果
Test results of VAM with sine w 分别是扫频激励下幅度和相位解调结果，
此时工件处于固定状态． 文 以时频图的形式表示， 中调制效应表现为图 5 中对应高频（ x 轴） 和低频 （ y 轴） 坐标处的解调所得能量强弱 （ z 轴 ） ． 由于检测 中低频激励频率保持不变， 因此试验结果中， 调制信 息分布应与横轴平行． 由图 5 可知， 缺陷试样中调 制效应强于参考试样， 而调制能量强度受激励高频 影响， 表现为调制强度沿高频分布不均匀． 综合幅 度解调和相位解调的结果， 在 120 ～ 140 kHz 激励下 调制效应最明显， 与单频激励结果一致． 2． 3 超声 C 扫描检测结果 将管板焊接试样翻转立于水槽中， 利用水浸聚 焦探头对焊缝区域进行 C 扫描检测． 图 6 为其检测
焊缝质量进行控制
［3 ］
．
1
1． 1
试验原理及方法
振动声调制技术原理
振动声调制技术是一种新出现的非线性超声无 它利用低频振动对高频信号的调制作 损检测方法， 用， 可以对被测结构中的裂纹、 分层、 脱粘等接触性 ［4 ， 5 ］ ． Zagrai 缺陷进行检测， 且不受工件形状的限制 等人 利用此方法对核电管道中的管管角焊缝进行 检测， 通过分析调制边频的幅度， 可判断工件中是否
0
序
言
现振动声调制技术可用于螺栓松动的检测 ． 焊缝中常出现的未熔合也可认为是一种接触性 缺陷， 在实际焊接结构中， 此类缺陷危险性与裂纹相 近． 文中即针对管座角焊缝中的未熔合缺陷， 检测 并分析不同高频激励方式下工件中的调制效应， 并 与常规超声 C 扫描技术对比， 研究振动声调制技术 对此类结构进行质量评价的可行性 ．
图6 Fig. 6
超声 C 扫描测试结果
Liu Fujun，Tang Ping，Ling Zhangwei，et al． Study on security analysis method for tube filled weld on power boiler set box［J］． Transactions of the China Welding Institution ， 2013 ， 34 （ 10 ） ： 83 － 86． ［ 4］ Donskoy D， Sutin A， Ekimov A． Nonlinear acoustic interaction on contact interfaces and its use for nondestructive testing［J］． NDT ＆ E International， 2001 ， 34 （ 4 ） ： 231 － 238． ［ 5］ Van denAbeele K，Johnson P A，Sutin A． Nonlinear elastic wave spectroscopy （ NEWS ） techniques to discern material damage， part Ⅰ： nonlinear wave modulation spectroscopy （ NWMS） ［J］． Ｒesearch in Nondestructive Evaluation ， 2000 ， 12 （ 1 ） ： 17 － 30． ［ 6］ Zagrai A， Donskoy D， Lottiaux J L． NScan ： new vibromodulation system for crack detection ， monitoring and characterization ［ C］∥ 30th Annual Ｒeview of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation， Green Bay， Wisconsin， USA， 2004 ： 1414 － 1421． ［ 7］ Ekimov A E，Didenkulov I N，Kazakov V V． Modulation of torsional waves in a rod with a crack［ J］ ． The Journal of the Acoustical Society of America， 1999 ， 106 （ 3 ） ： 1289 － 1292． ［ 8］ Jaques J L，Adams D E，Doyle D，et al． Experimental study of impact modulation for quantifying loose bolt torque in ondemand satellites［C］∥ Proceedings of the ASME Conference on Smart Materials， Adaptive Structures and Intelligent Systems， New York， 2010 ： 727 － 734． ［ 9］ Yoder N C， Adams D E． Vibroacoustic modulation utilizing a swept probing signal for robust crack detection［ J］ ． Structural Health MonitoringAn International Journal， 2010 ， 9 （ 3 ） ： 257 － 267．
图 3 试样制作及测试条件 Fig. 3 Samples and test conditions
得到系统在 100 ～ 200 kHz 范围内的 激励的情况下， 频响曲线， 然后施加低频振动， 将接收到信号中的高 频部分分离出来， 再利用希尔伯特解调法从中提取 幅度和相位调制信息． 由于调制效应强度与通过工 件的高频信号幅度成正比， 因此需要利用高频频响 曲线进行归一化处理， 最后对所得调制信息进行短 时傅里叶变换， 即可对检测结果进行分析．
Fig. 5
图 5 振动声调制扫频激励测试结果 Test results of VAM with swept probing excitation
若焊接良好， 则反射 结果， 中间圆形区域为焊缝区， 回波低， 图像上呈白色， 最中心区域为孔洞， 无发射 回波， 故也应为白色； 若焊缝中存在未熔合或裂纹缺 陷， 则将出现较高幅度的反射回波， 图 6 中显示为灰 色． 焊缝面积可通过外部测量计算得到， 因此可大 致估计缺陷试样中未熔合区占焊缝面积的 30% ， 而
［6 ］
振动声调制技术是将低频振动信号 f1 和高频超 若工件中存在裂纹等 声信号 f0 同时施加在工件上， 接触性缺陷， 则高频信号将受到低频振动的调制作 用， 接收信号频谱中含有调制边频 f0 ± nf1 成分； 否 则 f0 与 f1 无相互作用， 接收信号频谱与输入相同 （ 图 1 ） ． 监测并分析接收信号中的调制边频成分， ［4 ， 5 ］ ． 即可对在检工件的质量进行评价
2
2． 1
检测结果与分析
单频激励检测结果 图 4a 为试样在自由状态下单频激励检测结果 ，
其中横轴为高频激励频率， 纵轴为对应高频激励下 的调制强度． 由图 4a 可知， 在一定频率范围内 （ 130 ～ 180 kHz） ， 缺陷试样和参考试样调制强度差别较
第3 期
刘
斌， 等： 复杂结构焊缝的非线性超声检测方法
复杂结构焊缝质量检测中的应用进行了初步研究 ． 制作了小径管座角焊缝试样， 分别在单频激励和扫频激励条件 下进行检测． 结果表明， 缺陷试样的调制强度均高于参考试样， 且在特定高频频率范围内， 二者差别显著， 更有利于 焊缝质量判别． 而采用扫频技术可快速得到合适的高频频率范围， 提高检测效率． 与超声 C 扫描检测结果相比， 采 用振动声调制技术对小径管座角焊缝进行检测是可行的， 但缺陷的定位定量分析等问题还需要进一步研究 ． 关键词： 振动声调制； 管座角焊缝； 非线性超声； 无损检测 TG 444 中图分类号： TG 115． 28， 文献标识码： A 文章编号： 0253 － 360X（ 2015） 03 － 0039 － 04