CN105628283B - 一种超声波残余应力测试设备 - Google Patents
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Abstract
一种超声波残余应力测试设备，包括超声换能器组、多通道超声卡、信号处理板卡和控制终端，所述超声换能器组包括临界折射纵波激发探头和临界折射纵波接收探头，所述超声换能器组还包括可向待测焊件的测试区域发射超声波纵波信号并接收纵波回波信号的纵波平探头；所述多通道超声卡包括：超声波信号激发模块和超声波信号采集模块；所述信号处理板卡包括纵波衰减度计算模块、数据库模块和残余应力计算模块，所述控制终端用于指令控制多通道超声卡和信号处理板卡中的每一个模块。该设备可修正由于待测焊件的焊缝区域、热影响区域以及母材区域微观组织差异对超声波残余应力测试的影响，显著提高超声波对焊接接头残余应力的测试精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种可修正微观组织差异影响的超声波残余应力测试设备，属于焊接残余应力的无损检测领域。
背景技术
焊接是工业生产中最重要的一种连接方式，焊接质量决定着焊接产品质量，由于焊接残余应力过大引起的焊接接头破坏是最主要的焊接破坏。焊接接头的残余应力无损检测对生产实践中优化焊接工艺具有非常重要的指导作用。残余应力的无损检测方法主要有中子衍射法、同步辐射法、磁粉法、X射线衍射法和超声波检测法。其中，中子衍射法、同步辐射法设备昂贵，测试成本高，难以用于生产实践中在线检测焊接残余应力；磁粉法残余应力测试只能用于磁性测量的测试，重复性较差；X射线对残余应力的测试只能测试几十个微米厚度，对待测样的表面质量要求较高，受到表面的质量状态影响较大。超声波法是近几年来发展最快的残余应力无损检测方法，具有可以测试深度方向的二维焊接残余应力、测试速度快、无辐射、设备轻便、成本较低等优点。
超声波法测量残余应力属于间接性测量，超声波在待测样中的传播速度与待测样中的残余应力存在着声弹性关系，即超声波的在待测样中的传播速度和待测样中的残余应力基本呈现线性关系。依据声弹性原理，若超声波收发换能器距离固定，测得超声波在零应力样(应力记为σ0)中的传播时间t0和超声波在待测样中的超声传播时间t，根据声时差可求出待测样的残余应力值σ，即：σ-σ0＝A(t－t0)，A与材料的自身性质以及收发探头距离决定，通过单向拉伸标定。
但是，不仅待测样中的残余应力会对影响超声波的传播速度，待测样中的微观组织也会对超声波的传播速度产生影响。由于焊接温度场不同，焊件上会形成焊缝区域(FZ)、热影响区域(HAZ)和母材区域(BM)，这些区域的微观组织存在较大差异。有些较大的微观组织差异对超声波传播速度的影响甚至与焊接残余应力对超声波传播速度的影响在同一个数量级，严重影响超声波残余应力测试方法的测试精度，限制了超声波残余应力测试法的发展。因此，如何在超声波残余应力测试法中将微观组织对超声波传播速度的影响和残余应力对超声波传播速度的影响分开，是一个亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种超声波残余应力测试设备。该设备可修正由于待测焊件的焊缝区域、热影响区域以及母材区域微观组织差异对超声波残余应力测试的影响，显著提高超声波对焊接接头残余应力的测试精度。
本发明实现发明目的所采取的技术方案是：一种超声波残余应力测试设备，包括超声换能器组、多通道超声卡、信号处理板卡和控制终端，所述超声换能器组包括临界折射纵波激发探头和临界折射纵波接收探头，其结构特点是：所述超声换能器组还包括可向待测焊件的测试区域发射超声波纵波信号并接收纵波回波信号的纵波平探头，用于对待测焊件的测试区域进行衰减度测试；
所述多通道超声卡包括：
超声波信号激发模块，与所述临界折射纵波激发探头和纵波平探头连接，用于激发临界折射纵波激发探头发射临界折射纵波，激发纵波平探头发射超声波纵波信号；
超声波信号采集模块，与所述临界折射纵波接收探头和纵波平探头连接，用于采集临界折射纵波接收探头接收的临界折射纵波和纵波平探头接收的纵波回波信号；
所述信号处理板卡包括：
纵波衰减度计算模块，用于根据纵波平探头发射的超声波纵波信号和接收的纵波回波信号计算出测试区域的纵波衰减度值；
数据库模块，包括材料的微观特性与纵波衰减度的关系数据库、材料的微观特性与临界折射纵波在所述材料的零应力样中传播时间的关系数据库和材料的微观特性与声弹性系数的关系数据库；
残余应力计算模块，用于处理临界折射纵波激发探头发射的临界折射纵波信号和临界折射纵波接收探头接收的临界折射纵波信号，并根据纵波衰减度计算模块得到的测试区域纵波衰减度值和数据库模块中的关系数据库，计算测试区域的残余应力值；
所述控制终端用于指令控制多通道超声卡和信号处理板卡中的每一个模块。
本发明的操作方法是：
一、首先，通过控制终端依次控制多通道超声卡的超声波信号激发模块激发纵波平探头发射超声波纵波信号，超声波信号采集模块采集纵波平探头接收的纵波回波信号。然后，通过控制终端控制信号处理板卡的纵波衰减度计算模块计算测试区域的纵波衰减度值，并将所述衰减度值传给残余应力计算模块。再次，通过控制终端依次控制多通道超声卡的超声波信号激发模块激发临界折射纵波激发探头发射临界折射纵波，超声波信号采集模块采集临界折射纵波接收探头接收的临界折射纵波，并将所述临界折射纵波激发探头发射的临界折射纵波信号和临界折射纵波接收探头接收的临界折射纵波信号传给残余应力计算模块。
二、所述残余应力计算模块的工作过程是：首先，处理对测试区域进行残余应力测试的临界折射纵波激发探头发射的临界折射纵波信号和临界折射纵波接收探头接收的临界折射纵波信号，并根据超声波收发换能器间的距离，得到临界折射纵波在测试区域的传播时间tc，再根据纵波衰减度计算模块得到的测试区域纵波衰减度值，调用数据库模块中材料的微观特性与纵波衰减度的关系数据库，得到测试区域材料的微观特性；然后调用数据库模块中材料的微观特性与临界折射纵波在所述材料的零应力样中传播时间的关系数据库和材料的微观特性与声弹性系数的关系数据库，得到测试区域的临界折射纵波在零应力拉伸样中传播时间tc0和测试区域的声弹性系数kc；最后，根据公式计算待测焊件测试区域的焊接残余应力σc。
本发明的工作原理是：
待测焊件的焊缝区域、热影响区域以及母材区域的微观特性存在较大差异，而材料的微观特性也会影响临界折射纵波在零应力样中的传播时间和声弹性系数，这样势必对焊接接头的残余应力产生巨大误差。本发明设备通过利用材料的纵波衰减度与微观特性之间的关系，在超声换能器组中增加纵波平探头，在进行残余应力测试之前，先通过纵波平探头确定测试区域的纵波衰减度，从而确定测试区域的微观特性。然后根据数据库模块中材料的微观特性与临界折射纵波在零应力样中的传播时间和声弹性系数的关系，得到测试区域的临界折射纵波在零应力样中的传播时间和声弹性系数，从而最终计算得到的残余应力值避免了微观组织差异的影响，更接近于真实值。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明设备可修正由于待测焊件的焊缝区域、热影响区域以及母材区域微观组织差异对超声波残余应力测试的影响，可分开临界折射纵波在焊接接头残余应力测试过程中微观组织和残余应力对超声波传播速度的影响，显著提高超声波对焊接接头残余应力的测试精度。在测试过程中，纵波平探头直接测试测试区域的纵波衰减度，通过数据库模块中的材料的微观特性与纵波衰减度的关系数据库，确定测试区域的微观特性，再根据材料的微观特性与临界折射纵波在所述材料的零应力样中传播时间的关系数据库和材料的微观特性与声弹性系数的关系数据库，确定测试区域的临界折射纵波在零应力拉伸样中传播时间和声弹性系数；再根据临界折射纵波探头所采集的临界折射纵波传播时间，对测试区域焊接残余应力实时在线修正计算，实现了对超声波残余应力测试结果的无损修正，便于测试现场使用。
进一步，本发明在所述数据库模块包括的关系数据库中，所述材料的微观特性包括材料的晶粒度。即所述数据库模块包括材料的晶粒度与纵波衰减度的关系数据库、材料的晶粒度与临界折射纵波在所述材料的零应力样中传播时间的关系数据库和材料的晶粒度与声弹性系数的关系数据库。
晶粒度是一种重要的材料的微观特性，对材料的声弹性系数和临界折射纵波在所述材料的零应力样中传播时间影响很大；在数据库模块中加入与晶粒度相关的关系数据库，可在测试过程中对晶粒度造成的误差进行修正，显著提高超声波对焊接接头残余应力的测试精度。
本发明中，上述材料的晶粒度与纵波衰减度的关系数据库、材料的晶粒度与临界折射纵波在所述材料的零应力样中传播时间的关系数据库和材料的晶粒度与声弹性系数的关系数据库的建立方法是：
A、准备晶粒度测试样
A1、平行材料轧制或挤压方向切取拉伸样n组，记为N1组，N2组…Nn-1组，Nn组，每组拉伸样包括相同拉伸样ra根；
A2、对N1组拉伸样不做任何处理，对N2-Nn组拉伸样进行不同条件热处理、同一组中的拉伸样热处理条件相同，具体的热处理条件是：N2组拉伸样在温度Ta℃保温ha小时，N3组拉伸样在温度Ta℃保温ha+Δha小时……Nn-1组拉伸样在温度Ta℃保温ha+Δha(n-1-2)小时，Nn组拉伸样在温度Ta℃保温ha+Δha(n-2)小时，即得到N1-Nn组晶粒度测试样，其中Δha为相邻两组拉伸样保温时间相差的小时数；N2-Nn组晶粒度测试样经过热处理，可认为是零应力状态；
A3、对N1-Nn组晶粒度测试样进行金相处理，通过显微镜或电子背散射衍射计算出经过金相处理的N1-Nn组各组中所有晶粒度测试样的晶粒度，并分别取N1-Nn组各组中所有晶粒度测试样的晶粒度平均值，分别记为U1，U2，U3……Un-1，Un；
B、建立晶粒度与纵波信号衰减度的关系数据库
B1、使用纵波平探头对N1-Nn组各组中所有晶粒度测试样分别进行衰减度测试，计算出N1-Nn组各组中所有晶粒度测试样的纵波信号衰减度平均值，分别记为M1，M2，M3……Mn-1，Mn；
B2、根据N2-Nn组各组晶粒度测试样的纵波信号的衰减度平均值(M2，M3……Mn-1，Mn)，与N2-Nn组各组晶粒度测试样的晶粒度平均值(U2，U3……Un-1，Un)，利用最小二乘法建立晶粒度U与纵波信号衰减度M的关系数据库，U＝f(M)；将N1组所有晶粒度测试样的纵波信号衰减度平均值M1带入U＝f(M)，算出N1组晶粒度测试样的晶粒度计算值U1’；将N1组晶粒度测试样的晶粒度计算值U1’与A13得到的N1组所有晶粒度测试样的晶粒度平均值U1进行对比，如果误差在δ1％以内，符合要求，所建立的晶粒度U与纵波信号衰减度M的关系数据库U＝f(M)有效；如果误差大于δ1％，重新按照A1-A3准备晶粒度测试样品，并按照B1-B2建立晶粒度U与纵波信号衰减度M的关系数据库，直到满足误差要求；
C、建立晶粒度与临界折射纵波在零应力样中传播时间的关系数据库
C1、分别对N1-Nn组各组中所有晶粒度测试样进行临界折射纵波速度采集，得到临界折射纵波在N1-Nn组各组晶粒度测试样的平均传播速度，记为V10，V20，V30……V(n-1)0，Vn0，并根据超声波收发换能器间的距离L，计算出临界折射纵波在N1-Nn组各组晶粒度测试样的平均传播时间，即为临界折射纵波在不同晶粒尺寸的零应力晶粒度测试样中的平均传播时间，记为T10，T20，T30……T(n-1)0，Tn0；
C2、根据临界折射纵波在N2-Nn组各组晶粒度测试样的平均传播时间(T20，T30……T(n-1)0，Tn0)，与N2-Nn组各组晶粒度测试样的晶粒度平均值(U2，U3……Un-1，Un)，利用最小二乘法建立晶粒度U与临界折射纵波在零应力样中传播时间t0的关系数据库，将N1组所有晶粒度测试样的晶粒度平均值U1带入算出临界折射纵波在N1组晶粒度测试样的传播时间计算值T10’；将临界折射纵波在N1组晶粒度测试样的传播时间计算值T10’与临界折射纵波在N1组晶粒度测试样的实际平均传播时间T10进行对比，如果误差在δ2％以内，符合要求，所建立的晶粒度U与临界折射纵波在零应力样中传播时间t0的关系数据库有效；如果误差大于δ2％，重新按照A1-A3准备晶粒度测试样品，并按照C1-C2建立晶粒度U与临界折射纵波在零应力样中传播时间t0的关系数据库，直到满足误差要求；
D、建立晶粒度与声弹性系数的关系数据库
D1、分别对N1-Nn组各组中所有晶粒度测试样进行声弹性系数拉伸标定，得到N1-Nn组各组晶粒度测试样的平均声弹性系数，记为K1，K2，K3……Kn-1，Kn；
D2、根据N2-Nn组各组晶粒度测试样的平均声弹性系数(K2，K3……Kn-1，Kn)，与N2-Nn组各组晶粒度测试样的晶粒度平均值(U2，U3……Un-1，Un)，利用最小二乘法建立晶粒度U与声弹性系数k的关系数据库，k＝α(U)，将N1组所有晶粒度测试样的晶粒度平均值U1带入k＝α(U)，算出N1组晶粒度测试样的声弹性系数计算值K1’，将N1组晶粒度测试样的声弹性系数计算值K1’与N1组晶粒度测试样的实际平均声弹性系数K1进行对比，如果误差在δ3％以内，符合要求，所建立的晶粒度U与声弹性系数k的关系数据库k＝α(U)有效；如果误差大于δ3％，重新按照A1-A3准备晶粒度测试样品，并按照D1-D2建立晶粒度U与声弹性系数k的关系数据库，直到满足误差要求。
更进一步，本发明在所述数据库模块包括的关系数据库中，所述材料的微观特性包括材料的析出相量。即所述数据库模块包括材料的析出相量与纵波衰减度的关系数据库、材料的析出相量与临界折射纵波在所述材料的零应力样中传播时间的关系数据库和材料的析出相量与声弹性系数的关系数据库。
析出相量是一种重要的材料的微观特性，对材料的声弹性系数和临界折射纵波在所述材料的零应力样中传播时间影响很大；在数据库模块中加入与析出相量相关的关系数据库，可在测试过程中对析出相量造成的误差进行修正，显著提高超声波对焊接接头残余应力的测试精度。
本发明中，上述材料的析出相量与纵波衰减度的关系数据库、材料的析出相量与临界折射纵波在所述材料的零应力样中传播时间的关系数据库和材料的析出相量与声弹性系数的关系数据库的建立方法是：
A、准备析出相测试样
A1、平行材料轧制或挤压方向切取拉伸样w组，记为W1组，W2组…Ww-1组，Ww组，每组拉伸样包括相同拉伸样rb根；
A2、对W1组拉伸样不做任何处理，对W2-Ww组拉伸样进行不同条件热处理、同一组中的拉伸样热处理条件相同，具体的热处理条件是：W2组拉伸样在温度Tb℃保温时间hb小时，W3组拉伸样在温度Tb℃保温时间hb+Δhb小时……Ww-1组拉伸样在温度Tb℃保温时间hb+Δhb(w-1-2)小时，Ww组拉伸样在温度Tb℃保温时间hb+Δhb(w-2)小时，即得到W1-Ww组析出相测试样，其中Δhb为相邻两组拉伸样保温时间相差的小时数；其中W2-Ww组析出相测试样经过热处理，可认为是零应力状态；
A3、对W1-Ww组析出相测试样进行金相处理，通过显微镜或电子背散射衍射计算出经过金相处理的W1-Ww组各组中所有析出相测试样的析出相量，并分别取W1-Ww组各组中所有析出相测试样的析出相量平均值，分别记为P1，P2，P3……Pw-1，Pw；
B、建立析出相量与纵波信号衰减度的关系数据库
B1、使用纵波平探头对W1-Ww组各组中所有析出相测试样分别进行衰减度测试，计算出W1-Ww组各组中所有析出相测试样的纵波信号衰减度平均值，分别记为m1，m2，m3……mw-1，mw；
B2、根据W2-Ww组各组析出相测试样的纵波信号的衰减度平均值(m2，m3……mw-1，mw)，与W2-Ww组各组析出相测试样的析出相量平均值(P2，P3……Pw-1，Pw)，利用最小二乘法建立析出相量P与纵波信号衰减度M的关系数据库，P＝g(M)；将W1组所有析出相测试样的纵波信号衰减度平均值m1带入P＝g(M)，算出W1组析出相测试样的析出相量计算值P1’；将W1组析出相测试样的析出相量计算值P1’与B13得到的W1组所有析出相测试样的析出相量平均值P1进行对比，如果误差在γ1％以内，符合要求，所建立的析出相量P与纵波信号衰减度M的关系数据库P＝g(M)有效；如果误差大于γ1％，重新按照A1-A3准备析出相测试样品，并按照B1-B2建立析出相量P与纵波信号衰减度M的关系数据库，直到满足误差要求；
C、建立析出相量与临界折射纵波在零应力样中传播时间的关系数据库
C1、分别对W1-Ww组各组中所有析出相测试样进行临界折射纵波速度采集，得到临界折射纵波在W1-Ww组各组析出相测试样的平均传播速度，记为v10，v20，v30……v(w-1)0，vw0，，并根据超声波收发换能器间的距离L，计算出临界折射纵波在W1-Ww组各组析出相测试样的平均传播时间，即为临界折射纵波在不同析出相量的零应力析出相测试样中的平均传播时间，记为t10，t20，t30……t(w-1)0，tw0；
C2、根据临界折射纵波在W2-Ww组各组析出相测试样的平均传播时间(t20，t30……t(w-1)0，tw0)，与W2-Ww组各组析出相测试样的析出相量平均值(P2，P3……Pw-1，Pw)，利用最小二乘法建立析出相量P与临界折射纵波在零应力样中传播时间t0的关系数据库，t0＝χ(P)；将W1组所有析出相测试样的析出相量平均值P1带入t0＝χ(P)，算出临界折射纵波在W1组析出相测试样的传播时间计算值t10’；将临界折射纵波在W1组析出相测试样的传播时间计算值t10’与临界折射纵波在W1组析出相测试样的实际平均传播时间t10进行对比，如果误差在γ2％以内，符合要求，所建立的析出相量P与临界折射纵波在零应力样中传播时间t0的关系数据库t0＝χ(P)有效；如果误差大于γ2％，重新按照A1-A3准备晶粒度测试样品，并按照C1-C2建立析出相量P与临界折射纵波在零应力样中传播时间t0的关系数据库，直到满足误差要求；
D、建立析出相量与声弹性系数的关系数据库
D1、分别对W1-Ww组各组中所有析出相测试样进行声弹性系数拉伸标定，得到W1-Ww组各组析出相测试样的平均声弹性系数，记为k1，k2，k3……kw-1，kw；
D2、根据W2-Ww组各组析出相测试样的平均声弹性系数(k2，k3……kw-1，kw)，与W2-Ww组各组析出相测试样的析出相平均值(P2，P3……Pw-1，Pw)，利用最小二乘法建立析出相量P与声弹性系数k的关系数据库，k＝β(P)，将W1组所有析出相测试样的析出相量平均值P1带入k＝β(P)，算出W1组析出相测试样的声弹性系数计算值k1’，将W1组析出相测试样的声弹性系数计算值k1’与W1组析出相测试样的实际平均声弹性系数k1进行对比，如果误差在γ3％以内，符合要求，所建立的析出相量P与声弹性系数k的关系数据库k＝β(P)有效；如果误差大于γ3％，重新按照A1-A3准备析出相测试样品，并按照D1-D2建立析出相量P与声弹性系数k的关系数据库，直到满足误差要求。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步描述。
附图说明
图1为本发明实施例一的整体结构示意图。
具体实施方式
实施例一
图1示出，本发明的一种具体实施方式是：一种超声波残余应力测试设备，包括超声换能器组、多通道超声卡2.0、信号处理板卡3.0和控制终端4.0，所述超声换能器组包括临界折射纵波激发探头1.1和临界折射纵波接收探头1.2，其结构特点是：所述超声换能器组还包括可向待测焊件的测试区域发射超声波纵波信号并接收纵波回波信号的纵波平探头1.3，用于对待测焊件的测试区域进行衰减度测试；
所述多通道超声卡2.0包括：
超声波信号激发模块2.1，与所述临界折射纵波激发探头1.1和纵波平探头1.3连接，用于激发临界折射纵波激发探头1.1发射临界折射纵波，激发纵波平探头1.3发射超声波纵波信号；
超声波信号采集模块2.2，与所述临界折射纵波接收探头1.2和纵波平探头1.3连接，用于采集临界折射纵波接收探头1.2接收的临界折射纵波和纵波平探头1.3接收的纵波回波信号；
所述信号处理板卡3.0包括：
纵波衰减度计算模块3.1，用于根据纵波平探头1.3发射的超声波纵波信号和接收的纵波回波信号计算出测试区域的纵波衰减度值；
数据库模块3.2，包括材料的微观特性与纵波衰减度的关系数据库、材料的微观特性与临界折射纵波在所述材料的零应力样中传播时间的关系数据库和材料的微观特性与声弹性系数的关系数据库；
残余应力计算模块3.3，用于处理临界折射纵波激发探头1.1发射的临界折射纵波信号和临界折射纵波接收探头1.2接收的临界折射纵波信号，并根据纵波衰减度计算模块3.1得到的测试区域纵波衰减度值和数据库模块3.2中的关系数据库，计算测试区域的残余应力值；
所述控制终端4.0用于指令控制多通道超声卡2.0和信号处理板卡3.0中的每一个模块。
图1中的阴影部分表示待测焊件的测试区域。
本例中，在所述数据库模块3.2包括的关系数据库中，所述材料的微观特性包括材料的晶粒度。即所述数据库模块3.2包括材料的晶粒度与纵波衰减度的关系数据库、材料的晶粒度与临界折射纵波在所述材料的零应力样中传播时间的关系数据库和材料的晶粒度与声弹性系数的关系数据库。
实施例二
一种超声波残余应力测试设备，包括超声换能器组、多通道超声卡2.0、信号处理板卡3.0和控制终端4.0，所述超声换能器组包括临界折射纵波激发探头1.1和临界折射纵波接收探头1.2，其结构特点是：所述超声换能器组还包括可向待测焊件的测试区域发射超声波纵波信号并接收纵波回波信号的纵波平探头1.3，用于对待测焊件的测试区域进行衰减度测试；
所述多通道超声卡2.0包括：
超声波信号激发模块2.1，与所述临界折射纵波激发探头1.1和纵波平探头1.3连接，用于激发临界折射纵波激发探头1.1发射临界折射纵波，激发纵波平探头1.3发射超声波纵波信号；
超声波信号采集模块2.2，与所述临界折射纵波接收探头1.2和纵波平探头1.3连接，用于采集临界折射纵波接收探头1.2接收的临界折射纵波和纵波平探头1.3接收的纵波回波信号；
所述信号处理板卡3.0包括：
纵波衰减度计算模块3.1，用于根据纵波平探头1.3发射的超声波纵波信号和接收的纵波回波信号计算出测试区域的纵波衰减度值；
数据库模块3.2，包括材料的微观特性与纵波衰减度的关系数据库、材料的微观特性与临界折射纵波在所述材料的零应力样中传播时间的关系数据库和材料的微观特性与声弹性系数的关系数据库；
残余应力计算模块3.3，用于处理临界折射纵波激发探头1.1发射的临界折射纵波信号和临界折射纵波接收探头1.2接收的临界折射纵波信号，并根据纵波衰减度计算模块3.1得到的测试区域纵波衰减度值和数据库模块3.2中的关系数据库，计算测试区域的残余应力值；
所述控制终端4.0用于指令控制多通道超声卡2.0和信号处理板卡3.0中的每一个模块。
本例中，在所述数据库模块3.2包括的关系数据库中，所述材料的微观特性包括材料的析出相量。即所述数据库模块3.2包括材料的析出相量与纵波衰减度的关系数据库、材料的析出相量与临界折射纵波在所述材料的零应力样中传播时间的关系数据库和材料的析出相量与声弹性系数的关系数据库。
实施例三
一种超声波残余应力测试设备，包括超声换能器组、多通道超声卡2.0、信号处理板卡3.0和控制终端4.0，所述超声换能器组包括临界折射纵波激发探头1.1和临界折射纵波接收探头1.2，其结构特点是：所述超声换能器组还包括可向待测焊件的测试区域发射超声波纵波信号并接收纵波回波信号的纵波平探头1.3，用于对待测焊件的测试区域进行衰减度测试；
所述多通道超声卡2.0包括：
超声波信号激发模块2.1，与所述临界折射纵波激发探头1.1和纵波平探头1.3连接，用于激发临界折射纵波激发探头1.1发射临界折射纵波，激发纵波平探头1.3发射超声波纵波信号；
超声波信号采集模块2.2，与所述临界折射纵波接收探头1.2和纵波平探头1.3连接，用于采集临界折射纵波接收探头1.2接收的临界折射纵波和纵波平探头1.3接收的纵波回波信号；
所述信号处理板卡3.0包括：
纵波衰减度计算模块3.1，用于根据纵波平探头1.3发射的超声波纵波信号和接收的纵波回波信号计算出测试区域的纵波衰减度值；
数据库模块3.2，包括材料的微观特性与纵波衰减度的关系数据库、材料的微观特性与临界折射纵波在所述材料的零应力样中传播时间的关系数据库和材料的微观特性与声弹性系数的关系数据库；
残余应力计算模块3.3，用于处理临界折射纵波激发探头1.1发射的临界折射纵波信号和临界折射纵波接收探头1.2接收的临界折射纵波信号，并根据纵波衰减度计算模块3.1得到的测试区域纵波衰减度值和数据库模块3.2中的关系数据库，计算测试区域的残余应力值；
所述控制终端4.0用于指令控制多通道超声卡2.0和信号处理板卡3.0中的每一个模块。
本例中，在所述数据库模块3.2包括的关系数据库中，所述材料的微观特性包括材料的晶粒度和材料的析出相量。即所述数据库模块3.2包括材料的晶粒度与纵波衰减度的关系数据库、材料的晶粒度与临界折射纵波在所述材料的零应力样中传播时间的关系数据库、材料的晶粒度与声弹性系数的关系数据库、材料的析出相量与纵波衰减度的关系数据库、材料的析出相量与临界折射纵波在所述材料的零应力样中传播时间的关系数据库和材料的析出相量与声弹性系数的关系数据库。
Claims (2)
1.一种超声波残余应力测试设备，包括超声换能器组、多通道超声卡(2.0)、信号处理板卡(3.0)和控制终端(4.0)，所述超声换能器组包括临界折射纵波激发探头(1.1)和临界折射纵波接收探头(1.2)，其特征在于：所述超声换能器组还包括可向待测焊件的测试区域发射超声波纵波信号并接收纵波回波信号的纵波平探头(1.3)，用于对待测焊件的测试区域进行衰减度测试；
所述多通道超声卡(2.0)包括：
超声波信号激发模块(2.1)，与所述临界折射纵波激发探头(1.1)和纵波平探头(1.3)连接，用于激发临界折射纵波激发探头(1.1)发射临界折射纵波，激发纵波平探头(1.3)发射超声波纵波信号；
超声波信号采集模块(2.2)，与所述临界折射纵波接收探头(1.2)和纵波平探头(1.3)连接，用于采集临界折射纵波接收探头(1.2)接收的临界折射纵波和纵波平探头(1.3)接收的纵波回波信号；
所述信号处理板卡(3.0)包括：
纵波衰减度计算模块(3.1)，用于根据纵波平探头(1.3)发射的超声波纵波信号和接收的纵波回波信号计算出测试区域的纵波衰减度值；
数据库模块(3.2)，包括材料的微观特性与纵波衰减度的关系数据库、材料的微观特性与临界折射纵波在所述材料的零应力样中传播时间的关系数据库和材料的微观特性与声弹性系数的关系数据库；所述材料的微观特性包括材料的析出相量；
残余应力计算模块(3.3)，用于处理临界折射纵波激发探头(1.1)发射的临界折射纵波信号和临界折射纵波接收探头(1.2)接收的临界折射纵波信号，并根据纵波衰减度计算模块(3.1)得到的测试区域纵波衰减度值和数据库模块(3.2)中的关系数据库，计算测试区域的残余应力值；
所述控制终端(4.0)用于指令控制多通道超声卡(2.0)和信号处理板卡(3.0)中的每一个模块。
2.根据权利要求1所述的一种超声波残余应力测试设备，其特征在于：在所述数据库模块(3.2)包括的关系数据库中，所述材料的微观特性包括材料的晶粒度。
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