金属构件疲劳损伤非线性超声性能检测方法研究

邓银舟，秦 健，江 帆，林镱琳

(深圳出入境检验检疫局工业品检测技术中心，广东 深圳 518067)



金属构件疲劳损伤非线性超声性能检测方法研究

邓银舟，秦 健，江 帆，林镱琳

(深圳出入境检验检疫局工业品检测技术中心，广东 深圳 518067)

金属构件疲劳损伤非线性超声波性能检测，结合现代科研技术手段在生产设备检验中的综合应用，这种检验方式通过声波图像的波动变化反映金属构件疲劳损伤的程度，直观的图像分析和精准的数据分析技术综合应用，推进我国设备维修技术实现科学化、专业化发展。

金属构件；疲劳损伤；非线性超声波检测

非线性超声波性能检验是相对于线性超声波检验而言的。线性超声波是指声音分贝变大或者变小过程中，声频与波形保持不变，声音频率上的运动源依旧保持稳定的状态；而非线性超声波则是音频与波形随着声音分贝的变化而变化，表现出不同的波形特征[1-2]。依据这一理论，对声波应用技术进一步深入研究，得出非线性超声波性能检测方法。利用声频和声波的非现象变化，对金属构件疲劳损伤后构件的性能、寿命、材质以及整体性进行分析[3]，促进生产技术应用水平的进一步深入探究。

1 检测理论

1.1超声波空间传输理论

金属构件疲劳损伤非线性超声波性能检测是现代工业生产中比较先进的一种检验措施。本文对这种研究技术进行分析主要从理论分析和实践分析两方面入手，其中第一种理论分析，超声波空间传输理论。超声波是传播分贝远远高于人的声音承受范围的声音传播系统，超声波的传播速度比声音的传播速度更快，传播形式更强。超声波在金属构件疲劳损伤非线性超声波性能检测中应用主要是声音传播空间性强，应用网络信息数据接收器进行无线金属超声波控制研究。超声波将金属疲劳损失强度进行综合划分，并且结合声音传播光纤传输技术，对超声波的声频传输信号和传输强度进行科学声波模型划分；另一方面，运用分析方程进行综合性线性分析，运用线性数据分析方程进行数据划分。如果数据划分结构中呈现单数耦合，则为低程度金属疲劳损伤；如果为双向构建耦合模型，则为高强度金属疲劳损伤模型。超声波的应用使非线性超声波性能检测理论的声波图形清晰程度进一步加强，金属构件疲劳损伤强度检测准确性提高。

1.2超声波信号检测理论

金属构件疲劳损伤的原因主要有两方面：一方面，机械设备无用功水平较高，导致设备金属构件磨损情况严重；另一方面，金属构件自身年龄使用寿命较短，材质性差，导致金属构件出现疲劳损伤。对生产设备中金属构件疲劳损伤进行综合检验中应用，非线性超声波性能检测，是将声波传输检验技术与雷法信号检测技术结合融合为一体的雷达监测技术。这种检测方式能够充分发挥非线性声波检验强度性特征，应用雷达监测信号对金属构件进行疲劳损伤表层损伤声波信号图反馈。非线性监测技术的应用也与红外线光波应用结合，当金属构件疲劳损伤严重时，非线性光波与红外线监测光波的变化曲线的明显程度较大；当金属构件疲劳损伤程度轻时，非线性光波与红外线监测光波的变化曲线的变化程度性较低。此外，超声波信号检测中同时应用非线性光波与红外线监测光波，进行信号检测，还能够提高金属构件疲劳损伤程度检测的准确性。

1.3雷达超声波波段分析理论

雷达超声波波段分析理论，是将进行金属构件检验过程中非线性超声波检验与无线电网络卫星信号检验技术相融合。一方面，非线性超声波应用声频和声波变化图将金属检测图像反映出来，为金属构件疲劳损伤提供了直观的视觉图形检测支持。另一方面，检验技术中应用网络数据检验技术，进行雷达光纤检验，无线网络监测技术又为非线性超声波性能检测在金属构件疲劳损伤提供了数据分析依据，最大限度的保障了数据分析的准确性。此外，为了保障对金属构件疲劳损伤准确性进一步加大，监测人员可以对检测数据进行双面检测。所谓双面检测，就是应用非线性超声波应用声频和声波变化图，与雷达光纤图像检测对同一金属构件进行综合性分析，应用两种检测形式进行同步检测，也为金属构件疲劳损伤非线性超声波性能检测提供了科学的理论支持。

1.4超声波网络体系理论

非线性超声波性能的基础理论是结合声频传播与声波传输对金属构件的疲劳损伤进行综合分析，将这种基础分析方法中进行创新组合，实现无线卫星传输技术与超声波图像传播同步应用。这种综合性图像检测技术能够在检测程序中构建其数字网络传输平台。随着程序逐步运转，金属构件疲劳损伤平台的构建程度越完善，从而超声波网络体系理论的传输强度进一步增强。例如：应用非线性超声波性能检测对铁金属构件疲劳损伤进行检验，随着对铁金属构件疲劳损伤程度的进一步加深，非线性超声波的数据传播图像逐步清晰。维修人员依据非线性超声波的检测图像分析出金属构件检测数据结构进行综合分析，确定金属构件疲劳损伤的理论原因，得出数据分析结果，应用分析报告指导对生产设备的维修与保护。

2 方法探究

2.1微裂痕非线性超声波性能检验

金属构件疲劳损伤检验中应用非线性超声波性能检验能够实现对生产设备全面精确化检验。金属微裂痕非线性超声波性能检验。超声波进行金属检验时首先对金属构件进行全方位扫描，金属表层的微裂痕能够对超声波的扫描声波段产生锯齿式波段。一方面，超声波变化过程中，金属表面的微裂痕随着声波变化一张一合，对超声波的正常传输造成影响，导致超声波声波段传输稳定性产生不同情况的波动；另一方面，如果金属构件微裂痕程度较小，当超声波在金属表面进行声波传输时，金属表层处于静止状态，不会对声波变化产生较大影响，检测人员可以通过这一特征对金属构件疲劳损伤进行初步检验。

2.2累积疲劳损伤检验

结合初步检验结结果对金属构件疲劳损伤进一层次进行检验。有些金属疲劳损伤的程度性中大多都属于微型裂痕损伤，但由于金属构件长时间使用造成金属元件上出现大量的微型裂痕，从而形成了累积式疲劳损伤。在传统的金属构件修理中，将这种损伤与微裂痕检测标准放在同样的标准中，使金属构件累积疲劳损伤检验，维修程度较低，不仅增加了检测次数，而且成为生产中长期存在的难题。应用非线性超声波性能检验可以通过超声波与红外线同步作用对金属构件累积疲劳损伤程度进行综合性检验，并结合无线网络、光纤数据分析对检验数据进行侦综合分析，能够实现对金属构件疲劳损伤的全面性检测，为提高生产设备应用率提供了保障。例如，某大型生产厂应用非线性超声波性能检验进行检验，检测技术的进一步科学化应用，使生产金属构件的疲劳损伤检验程度进一步提高，检验准确定得到提高，大大降低了该工厂金属元件维修费用，降低企业维修费用支出，节约生产成本。

2.3材质损伤检验

金属构件中的材质也会对金属构件疲劳损伤情况造成影响。例如，应用非线性超声波性能检测对铁、铜两种构件进行疲劳损伤检验。从两种不同材质构件的超声波声频和声波变化频率来看，铁构件的损耗程度比铜构件的波动变化更大。由此可见，铁构件的损耗程度比铜构件的损耗程度更大。由于铁的金属原子稳定性比铜弱，铁原子与空气中氧气发生化学反应，生成四氧化三铁或三氧化二铁。金属表面氧化物会增加生产设备运动中无用功的比重，从而使生产整体效率较低，对设备的整体应用造成影响。

2.4疲劳损伤整体性检验

金属构件疲劳损伤非线性超声波性能检测也能够对设备应用的整体性进行检验，超声波与非线性检验图像的结合应用可以对生产设备中有用功和无用功的使用情况进行分析。如果非线性超声波性能检测中微裂痕是金属构件疲劳损伤的主要原因，那么，生产设备运行时产生的摩擦力较大，无用功大于有用功；如果金属构件疲劳损伤的主要原因为大型裂痕，原因可能是生产运行出现程序问题或者构件老化，出现突然断裂。结合非线性超声波性能检测图像对金属构件疲劳损伤整体进行科学分析。

3 结 论

金属构件疲劳损伤非线性超声波性能检测中不仅保留了传统金属构件的检测方式，同时应用超声波声频声波分析技术、红外线分析技术、卫星光纤分析技术以及数据分析技术进行金属构件疲劳损伤分析。从理论和检验方式两方面进行分析，推进我国整体维修技术的创新发展。

[1] 吴斌, 颜丙生, 等. 金属构件疲劳损伤非线性超声性能检测初探[J]. 航空材料学报, 2014, 31(1): 87-92.

[2] 周正干, 刘斯明. 金属构件疲劳损伤非线性超声性能检测的现状与发展探究[J]. 机械工程学报, 2014, 47(8): 2-11.

[3] 颜丙生, 刘自然, 张跃春, 等. 金属构件疲劳损伤非线性超声性能检测方法研究[J]. 机械工程学报, 2013, 49(4): 20-24.

PerformanceTestMethodofNonlinearUltrasonicofMetalComponentinFatigueDamage

DENG Yinzhou, QING Jian, JIANG Fan LIN Yilin

(ShenzhenEntryExitInspectionandQuarantineBureauofIndustrialProductsInspectionandQuarantineTechnologyCenter,Shenzhen,Guangdong518067,China)

We think metal component in fatigue damage performance of nonlinear ultrasonic testing will be combined with modern scientific technology comprehensive application in production equipment inspection. The inspection way by sound wave of the image will reflect the degree of a fatigue damage of metal components in intuitive image analysis, as is an integrated application of precise data analysis technology with advance equipment maintenance technology to realize scientific and professional development in our country.

Metal components; Fatigue damage; Nonlinear ultrasonic test

2016-08-26

邓银舟(1974-)，男，广东清远人，工程师，研究方向：材料检测，手机：13823321588，E-mail:719617051@qq.com.

TG115.28

：Bdoi：10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2016.04.026