一種主動(dòng)檢測金屬薄壁結(jié)構(gòu)件中缺陷的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是金屬薄壁結(jié)構(gòu)件無損檢測領(lǐng)域，具體涉及一種利用差頻超聲蘭姆 波信號主動(dòng)檢測金屬薄壁結(jié)構(gòu)中缺陷的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 厚度在6_以下的薄壁結(jié)構(gòu)件是在航空航天工業(yè)、汽車工業(yè)、船舶工業(yè)方面均有 廣泛的應(yīng)用。但是由于薄壁結(jié)構(gòu)件在加工或乳制成型過程中所帶入的缺陷如裂紋缺陷等， 都會對產(chǎn)品的制造和使用的安全性造成威脅。同時(shí)由于外部加載以及使用環(huán)境的變化，都 可能引起由于薄壁結(jié)構(gòu)件內(nèi)部細(xì)小缺陷源的擴(kuò)展，進(jìn)而造成破壞事故，除了嚴(yán)格的工藝保 證盡量少出現(xiàn)缺陷外，檢測就成了保證航空、航天及汽車行業(yè)中金屬薄壁結(jié)構(gòu)件可靠應(yīng)用 的重要手段。因此，對金屬薄壁結(jié)構(gòu)件進(jìn)行檢測識別十分必要的。
[0003] 超聲蘭姆波檢測以檢測靈敏度高、聲束指向性好、對裂紋等危害性缺陷檢出率較 高、適用性廣泛等優(yōu)點(diǎn)在薄壁結(jié)構(gòu)件無損檢測領(lǐng)域中占有重要的地位，而且超聲蘭姆波檢 測方法，是通過對蘭姆波與缺陷作用產(chǎn)生的信號直接分析和判斷缺陷的存在和性質(zhì)，屬于 主動(dòng)檢測方法，主動(dòng)檢測系統(tǒng)比被動(dòng)檢測所需時(shí)間短，而且不需要連續(xù)檢測，對于實(shí)際檢測 應(yīng)用非常方便，所以超聲蘭姆波檢測方法更具研究價(jià)值在金屬薄壁結(jié)構(gòu)件檢測技術(shù)中。
[0004] 蘭姆波檢測中很重要的一個(gè)方面在于精確的信號解釋，然而蘭姆波在任意給定的 激發(fā)頻率下，至少存在兩種模式，而各模式的相速度又隨著激發(fā)頻率的改變而發(fā)生變化即 頻散，這一特點(diǎn)給蘭姆波檢測信號的精確解釋和分析帶來很大的困難，這也限制了超聲蘭 姆波主動(dòng)檢測金屬薄壁結(jié)構(gòu)件中缺陷尤其是微小缺陷的應(yīng)用，使得提取超聲蘭姆波特征參 數(shù)非常困難，造成對被測介質(zhì)中微小缺陷檢測精度不高，不能滿足當(dāng)前工業(yè)發(fā)展的要求。因 此，發(fā)展一種準(zhǔn)確、快速的蘭姆波信號主動(dòng)檢測金屬薄壁結(jié)構(gòu)件的方法十分必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種利用差頻超聲蘭姆波信號的金屬薄壁結(jié)構(gòu)件缺陷的主 動(dòng)檢測方法，目的在于解決現(xiàn)有金屬薄壁結(jié)構(gòu)件中的微小缺陷識別能力不高，同時(shí)避免了 蘭姆波在金屬薄壁結(jié)構(gòu)件中傳播時(shí)的復(fù)雜特性所帶來的應(yīng)用局限性，簡化了超聲蘭姆波特 征參數(shù)提取方法。利用同時(shí)激發(fā)不同頻率的超聲蘭姆波信號，實(shí)現(xiàn)金屬薄壁結(jié)構(gòu)件中的缺 陷的精準(zhǔn)識別。
[0006] 一種主動(dòng)檢測金屬薄壁結(jié)構(gòu)件中缺陷的方法測試系統(tǒng)包括任意波形發(fā)生器、兩個(gè) 發(fā)射換能器、非接觸式激光測振儀、數(shù)字信號示波器、計(jì)算機(jī)、五根同軸數(shù)據(jù)傳輸線和被測 薄壁結(jié)構(gòu)件，所述的非接觸式激光測振儀信號輸出端通過同軸數(shù)據(jù)傳輸線與數(shù)字示波器信 號輸入端電氣連接，數(shù)字信號示波器可以實(shí)時(shí)接收并存儲非接觸激光測振儀采集的信號， 數(shù)字信號示波器的信號輸出端通過同軸數(shù)據(jù)傳輸線與計(jì)算機(jī)的信號輸入端電氣連接，計(jì)算 機(jī)的控制信號輸出端通過同軸數(shù)據(jù)傳輸線與任意波形發(fā)生器的控制信號輸入端電氣連接， 通過計(jì)算機(jī)控制任意波形發(fā)生器輸出信號的波形和頻率，任意波形發(fā)生器的信號輸出端即 第一個(gè)輸出通道通過同軸數(shù)據(jù)傳輸線與第一個(gè)發(fā)射換能器的信號輸入端電氣連接，第二個(gè) 輸出通道通過同軸數(shù)據(jù)傳輸線與第二個(gè)發(fā)射換能器的信號輸入端電氣連接，兩個(gè)發(fā)射換能 器與被測薄壁結(jié)構(gòu)件相連接。
[0007] 兩個(gè)發(fā)射換能器為同型號同材質(zhì)的壓電晶體，所述的發(fā)射換能器諧振頻率為 1MHz.，通過環(huán)氧樹脂與被測薄壁結(jié)構(gòu)件垂直耦合。
[0008] 任意波形發(fā)生器的通道包括輸入通道和輸出通道，所述的輸入通道是可以通過計(jì) 算機(jī)把波形信號下載到任意波形發(fā)生器中；所述的輸出通道為四個(gè)獨(dú)立通道，可以同時(shí)選 擇不同頻率的發(fā)射信號，本發(fā)明僅用輸出通道其中的第一輸出通道和第二輸出通道。
[0009] -種主動(dòng)檢測金屬薄壁結(jié)構(gòu)件中缺陷的方法包括以下步驟： 步驟一、將計(jì)算機(jī)中程序編寫的兩列蘭姆波信號下載到任意波形發(fā)生器中，兩列蘭姆 波信號的中心頻率分別為170kHz和260kHz，波形均設(shè)為猝發(fā)蘭姆波； 步驟二、計(jì)算機(jī)通過第五同軸數(shù)據(jù)傳輸線向任意波形發(fā)生器發(fā)出控制信號，啟動(dòng)任意 波形發(fā)生器； 步驟三、任意波形發(fā)生器第一個(gè)輸出通道發(fā)出170kHz的蘭姆波，通過第一同軸數(shù)據(jù)傳 輸線加載到第一發(fā)射換能器上；同時(shí)第二個(gè)輸出通道發(fā)出260kHz的蘭姆波，通過第二同軸 數(shù)據(jù)傳輸線加載第二發(fā)射換能器上； 步驟四、利用非接觸式激光測振儀接收被測薄壁結(jié)構(gòu)件中的波形信號，并通過第三同 軸數(shù)據(jù)傳輸線同步傳給數(shù)字信號示波器進(jìn)行顯示和存儲，該信號同時(shí)通過數(shù)字示波器信號 輸出端的第四同軸數(shù)據(jù)傳輸線發(fā)送給計(jì)算機(jī)，進(jìn)行分析處理； 步驟五、計(jì)算機(jī)對接收的信號進(jìn)行存儲和分析，找出蘭姆波與缺陷相關(guān)的特征參數(shù)，對 缺陷進(jìn)行識別。
[0010] 有益效果：利用不同頻率的兩列超聲蘭姆波同時(shí)激勵(lì)薄壁結(jié)構(gòu)件，不同頻率的蘭 姆波信號在薄壁結(jié)構(gòu)件傳輸過程中相互作用，引起波形信號的畸變，采用時(shí)頻聯(lián)合分析的 方法可知，在時(shí)域上表現(xiàn)為波形相互疊加，在頻域上表現(xiàn)為調(diào)制現(xiàn)象即滋生新的頻率成分， 產(chǎn)生差頻頻率(兩列激勵(lì)聲波頻率之差）與和頻頻率(兩頻率之和)，這種畸變源自于晶體缺 陷、微觀結(jié)構(gòu)的變化(缺陷)，出現(xiàn)了調(diào)制頻譜即可認(rèn)定薄壁結(jié)構(gòu)中缺陷的存在，而當(dāng)被測薄 壁結(jié)構(gòu)件中在沒有缺陷或損傷的區(qū)域，兩列聲波傳播過程中的主要受原子間非線性畸變影 響，產(chǎn)生調(diào)制頻率的能量幅度較低可忽略，這使得有缺陷的薄壁結(jié)構(gòu)件中蘭姆波聲學(xué)特征 更易被測量。利用差頻超聲蘭姆波信號聲學(xué)特征來識別缺陷尤其是對微小缺陷的識別將大 大優(yōu)于蘭姆波線性聲學(xué)方法，而且避免解析蘭姆波聲學(xué)波型轉(zhuǎn)換方程的復(fù)雜性，簡化了蘭 姆波特征參數(shù)提取方法。
【附圖說明】
[0011] 圖1為【具體實(shí)施方式】一所述的一種主動(dòng)檢測金屬薄壁結(jié)構(gòu)件中缺陷的方法測試 系統(tǒng)示意圖。
[0012] 圖2是差頻超聲蘭姆波信號時(shí)頻聯(lián)合分析圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]
【具體實(shí)施方式】一、結(jié)合圖1說明本【具體實(shí)施方式】，本【具體實(shí)施方式】所述的一種主 動(dòng)檢測金屬薄壁結(jié)構(gòu)件中缺陷的方法測試系包括任意波形發(fā)生器1、第一發(fā)射換能器2、第 二發(fā)射換能器3、非接觸式激光測振儀4、數(shù)字信號示波器5、計(jì)算機(jī)6、被測薄壁結(jié)構(gòu)件7、第 一同軸數(shù)據(jù)傳輸線8、第二同軸數(shù)據(jù)傳輸線9、第三同軸數(shù)據(jù)傳輸線10、第四同軸數(shù)據(jù)傳輸 線11和第五同軸數(shù)據(jù)傳輸線12,所述的非接觸式激光測振儀4信號輸出端通過同軸數(shù)據(jù)傳 輸線10與數(shù)字示波器5信號輸入端電氣連接，數(shù)字示波器5可以實(shí)時(shí)接收并存儲非接觸激 光測振儀4采集的信號，數(shù)字示波器5的信號輸出端通過同軸數(shù)據(jù)傳輸線11與計(jì)算機(jī)6的 信號輸入端電氣連接，計(jì)算機(jī)6的控制信號輸出端通過同軸數(shù)據(jù)傳輸線12與任意波形發(fā)生 器1的控制信號輸入端電氣連接，通過計(jì)算機(jī)6控制任意波形發(fā)生器1輸出信號的波形和 頻率，任意波形發(fā)生器1的信號輸出端即第一個(gè)輸出通道通過同軸數(shù)據(jù)傳輸線8與第一個(gè) 發(fā)射換能器2的信號輸入端相連接，第二個(gè)輸出通道通過同軸數(shù)據(jù)傳輸線9與第二個(gè)發(fā)射 換能器3的信號輸入端相連接，發(fā)射換能器2和發(fā)射換能器3與被測薄壁結(jié)構(gòu)件7連接。
【具體實(shí)施方式】 [0014] 二、本與一所述的一種主動(dòng)檢測金屬薄 壁結(jié)構(gòu)件中缺陷的方法的區(qū)別在于，第一發(fā)射換能器2、第二發(fā)射換能器3為同型號同材質(zhì) 的壓電晶體，所述的第一發(fā)射換能器2和第二發(fā)射換能器3諧振頻率為1MHz.，通過環(huán)氧樹 脂與被測薄壁結(jié)構(gòu)件7垂直耦合。
【具體實(shí)施方式】 [0015] 三、本與一所述的一種主動(dòng)檢測金屬薄 壁結(jié)構(gòu)件中缺陷的方法的區(qū)別在于，任意波形發(fā)生器1的通道包括輸入通道和輸出通道， 所述的輸入通道是可以通過計(jì)算機(jī)6把波形信號下載到任意波形發(fā)生器1中，所述的輸出 通道為四個(gè)獨(dú)立通道，可以同時(shí)選擇不同頻率的發(fā)射信號，本發(fā)明僅用輸出通道其中的第 一輸出通道和第二輸出通道。
【具體實(shí)施方式】 [0016] 四、本與一所述的一種主動(dòng)檢測金屬 薄壁結(jié)構(gòu)件中缺陷的方法的區(qū)別在于，任意波形發(fā)生器1同時(shí)發(fā)出的超聲波信號分別為 170kHz和260kHz猝發(fā)蘭姆波。
[0017] 本實(shí)施方式中，利用不同頻率的兩列超聲蘭姆波