激光超声在材料应力测量中的应用

 公司动态     |      2021-09-04 07:44
本文摘要:南京科技大学信息物理与工程系石亦菲、沈中华、陆健、倪小武,结合激光成像的高频、宽带、不可识别等优点,阐述了其在材料变形测量中应用的研究现状,明确提出了基于表面波声弹性效应的实验系统。1.在材料的生产、加工和处置过程中,塑性变形在材料内部局部区域分布不均匀,肯定不会造成解体变形。 严格来说,几乎没有解体变形的材料是不存在的。解体变形作为一种内应力,已经引起了更多的关注。

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南京科技大学信息物理与工程系石亦菲、沈中华、陆健、倪小武,结合激光成像的高频、宽带、不可识别等优点,阐述了其在材料变形测量中应用的研究现状,明确提出了基于表面波声弹性效应的实验系统。1.在材料的生产、加工和处置过程中,塑性变形在材料内部局部区域分布不均匀,肯定不会造成解体变形。

严格来说,几乎没有解体变形的材料是不存在的。解体变形作为一种内应力,已经引起了更多的关注。

例如,经过热处理和机械加工后,零件往往会有较大的尺寸变化,在磨削过程中经常会出现裂纹,光学零件的基体金属工件变形,导致零件无法使用,这些都与解体和变形有关。特别是对材料的疲劳性能有显著影响,从而严重降低构成工件的材料的结构强度和疲劳寿命。

因此,寻找一种能够准确测量坍塌变形的测试方法仍然是国内外的研究热点。本文在阐述解体变形常用测量方法的基础上,重点阐述了基于超声波法的变形测量的基本原理,并利用高功率脉冲激光作为新的成像光源测量材料表面和内部的变形,得出了双闭环表面波混响法实验装置的基本设计方案。

2.崩解变形的常用测量方法崩解变形测试方法的研究始于20世纪30年代,已经形成了几十种测试方法。这些测试方法大致可以分为机械测试方法和物理测试方法。

力学测试法的基本原理是通过一定的方法将材料发生坍塌变形的部分分离或切割,使坍塌变形局部释放,产生适当的应力。用各种方法测得此时的应力值,再用弹性计算坍塌变形。由于机械测试方法是基于形变释放的,因此对被测样品有一定的损伤,具有良好的实时性。

机械测试方法还包括钻孔法、取条法、托槽法和刨削法等。物理测试方法主要有X射线散射法[5,6],磁法[7],超声波法[8]。晶格上的x光散射再次发生干涉,计算出晶格所在平面之间的距离,确定了解体变形。

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它的优点是可以测量变形的绝对值;但是,这种方法对被测物体的表面状况有严重的排斥作用,所以我们在测量时要非常小心,否则可能会带来很小的测量误差。另外,有些材料的焊接金属小,很难找到散射面;测量内部变形时,需要剥离层,这对于大型工件来说是很困难的。

磁性方法利用磁性前端效应来测量变形。当形变发生变化时,磁路中的磁通量被物体前端改变,电感线圈的感应电流发生变化,从而可以测量形变的变化。其第二个唯一的特点是测量速度快,无测量意识,适用于现场,但测试结果不受多种因素影响,可靠性和精度差,难以标定值,对材料易碎,只能作为铁磁材料使用。磁法都需要外加激励磁场才能工作,这就带来了磁化分布不均匀、设备轻便、耗能、剩磁、磁污染等问题。

超声波法是测量塌陷变形的一种新方法。声学弹性波的理论和实验结果表明,超声波在各向同性弹性体中的传播速度不同于无变形情况。传播速度的差异与变形有关。

如果在没有变形或变形时,需要提供横波和纵波在弹性体中传播速度的变化,就可以得到变形的大小。超声方法的一种方案是基于图像的相关性 激光成像[9]利用高能激光束促使被检测物体的表面材料产生宽频带的超声波,利用光学方法进行检测。它具有分辨率高、不可识别、远距离观测等优点。

特别适用于一些危险的环境,如高温、腐蚀性、辐射、被测物体移动速度慢等。此外,激励光束和被检测物体的表面需要保持相同的角度关系,例如严格的横向,并且不需要简单的扫描机构。因此,激光成像特别容易构建慢速自动扫描检测。

该技术不仅具有成像检测定量和定性准确的特点,还具有不可识别的特点,可以构建准确、缓慢的可用部件检测。它已被应用于材料性能校准[10],表面和内部缺陷检测[11]等领域。

利用激光作为成像源观察塌陷变形,可以充分发挥激光扫描困难、空间分辨率低、远距离招引接管等优势。除了不具有超声波方法可用和可以测量给定深度的塌陷变形的优点之外。

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