CN106198731A - 喷涂层下的基体疲劳裂纹识别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种喷涂层下的基体疲劳裂纹识别方法，该方法包括：向待检测体发射超声波，所述待检测体包括基体和形成在所述基体一面上的喷涂层；所述喷涂层面向所述超声波的发射源；根据在超声波发射过程中待检测体的喷涂层表面上每一单位点的温度变化情况，建立所述待检测体的喷涂层表面的热波幅值曲线图和热波相位曲线图；根据所述热波幅值曲线图和所述热波相位曲线图，查找发生相位偏移的单位点，并确定所述基体上与发生相位偏移的单位点相对应的位置存在裂纹。本发明根据待检测体在收到超声波激励时的热波幅值和热波相位，确定发生相位偏移的单位点，从而确定基体上存在裂纹的位置，识别过程不需要去除喷涂层，简单、方便。
Description
技术领域
本发明涉及裂纹检测技术领域，尤其是涉及一种喷涂层下的基体疲劳裂纹识别方法。
背景技术
目前，各种喷涂技术在现代工业中大量应用，各种金属和陶瓷的喷涂层可以对基体材料起到防腐、耐磨等保护作用。
对某些零件而言，基体在服役过程中容易产生疲劳裂纹，基体疲劳裂纹可能会导致喷涂层开裂。喷涂层的裂纹可以通过肉眼或者涡流等检测技术进行识别，目前还没有检测技术可以检测到喷涂层下的基体是否开裂。
发明内容
针对以上缺陷，本发明提供一种喷涂层下的基体疲劳裂纹识别方法，可以对喷涂层下的基体进行裂纹识别。
本发明提供的喷涂层下的基体疲劳裂纹识别方法，包括：
向待检测体发射超声波，所述待检测体包括基体和形成在所述基体一面上的喷涂层；所述喷涂层面向所述超声波的发射源；
根据在超声波发射过程中待检测体的喷涂层表面上每一单位点的温度变化情况，建立所述待检测体的喷涂层表面的热波幅值曲线图和热波相位曲线图；其中，所述热波幅值曲线图包括各个单位点的热波幅值的频域变化曲线；所述热波相位曲线图包括各个单位点的热波相位的频域变化曲线；
根据所述热波幅值曲线图和所述热波相位曲线图，查找发生相位偏移的单位点，并确定所述基体上与发生相位偏移的单位点相对应的位置存在裂纹。
可选的，所述超声波的频率为20KHZ。
可选的，所述根据在超声波发射过程中待检测体的喷涂层表面上每一单位点的温度变化情况，建立所述待检测体的喷涂层表面的热波幅值曲线图和热波相位曲线图，包括：
在超声波发射过程中，记录所述待检测体的喷涂层表面的温度变化情况，得到所述待检测体的表面热图；
根据所述表面热图，制作所述待检测体的喷涂层表面上每一单位点的热波温度的时域变化曲线；
对每一单位点的热波温度的时域变化曲线进行快速傅里叶变换，得到所述热波幅值曲线图和所述热波相位曲线图。
可选的，所述记录所述待检测体的喷涂层表面的温度变化情况，包括：
采用红外热像仪记录所述待检测体的喷涂层表面的温度变化情况。
可选的，所述红外热像仪的采样频率为60HZ，采样时间为0.75s。
可选的，在对每一单位点的热波温度的时域变化曲线进行快速傅里叶变换，之前，还包括：
对每一单位点的热波温度的时域变化曲线进行多项式拟合，得到热波温度的拟合曲线；
采用小波函数对所述拟合曲线进行小波分解，利用分解后得到的第二层小波细节系数对所述拟合曲线进行曲线重构，得到重构后的热波温度的时域变化曲线。
可选的，所述对每一单位点的热波温度的时域变化曲线进行多项式拟合，包括：
对每一单位点的热波温度的时域变化曲线进行四次多项式拟合。
本发明提供的喷涂层下的基体疲劳裂纹识别方法，根据待检测体在收到超声波激励时的热波幅值和热波相位，确定发生相位偏移的单位点，从而确定基体上存在裂纹的位置。本发明提供的识别方法可以在基体上存在喷涂层的情况下进行裂纹识别，不需要去除喷涂层，简单、方便。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。
图1示出了本发明一实施例中喷涂层下的基体疲劳裂纹识别方法的流程示意图；
图2示出了本发明一实施例中喷涂层的裂纹中心点、基体的裂纹中心点和非裂纹区的热波温度的时域变化曲线图；
图3示出了待检测体的基体和喷涂层上的裂纹受到超声波激励后的发热示意图；
图4示出了图3中A点的混合热波、喷涂层上A点的热波分量和基体上A点的热波分量的温度的时域曲线图；
图5示出了图3中A点的混合热波、喷涂层上A点的热波分量和基体上A点的热波分量的幅值的频域曲线图；
图6示出了图3中A点的混合热波、喷涂层上A点的热波分量和基体上A点的热波分量的相位的频域曲线图。
具体实施方式
下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
本发明提供一种喷涂层下的基体疲劳裂纹识别方法，如图1所示，该方法包括：
S101、向待检测体发射超声波，所述待检测体包括基体和形成在所述基体一面上的喷涂层；所述喷涂层面向所述超声波的发射源；
可理解的是，这里向待检测体发射超声波，将振动能量输入待检测体，在待检测体中开裂位置处的振动频率和相位不匹配，摩擦生热作用导致该处产生大量的热，使其表面温度迅速升高。因此，裂纹位置处的热波特征与非裂纹处的热波特征具有明显的差异。
实验证明，在基体存在裂纹和喷涂层也存在裂纹的待检测体施加低脉冲超声波激励，采集喷涂层和基体的热图，根据两者的热图可知得到基体在裂纹尖端附近某一点生热，呈现点热源特征，而喷涂层在整个裂纹中生热，呈现线热源特征。如图2所示，曲线21代表喷涂层的裂纹中心点的热波温度的时域变化曲线；22代表基体的裂纹中心点的热波温度的时域变化曲线；23代表非裂纹区的热波温度的时域变化曲线。从图2中可以看出，基体的裂纹中心点、喷涂层裂纹中心点和非裂纹区的温度变化趋势相同，逐渐上升，然后稳定在某一温度值。但是三者的升温速率不同，最高的稳定温度值也不同，其中，喷涂层的裂纹中心点的升温速度最大，最高稳定温度值也最大，其次是基体的裂纹中心点，最后是非裂纹区，非裂纹区的升温速率最低，最高的稳定温度值也最低。
在具体实施时，所述超声波的频率可根据实际需求设置，例如20KHZ，初始压力为200N。
S102、根据在超声波发射过程中待检测体的喷涂层表面上每一单位点的温度变化情况，建立所述待检测体的喷涂层表面的热波幅值曲线图和热波相位曲线图；
其中，所述热波幅值曲线图包括各个单位点的热波幅值的频域变化曲线；所述热波相位曲线图包括各个单位点的热波相位的频域变化曲线。
可理解的是，所谓的单位点的大小可根据具体情况设定，喷涂层表面由若干单位点组成。
可理解的是，根据现有研究成果和裂纹发热规律分析可知，如图3所示，当受到超声波激励后，基体301在裂纹的特定开口宽度位置开始生热，并沿着基体厚度方向产生纵向热线源，而喷涂层302在整个裂纹长度上产生横向热线源。这两种热线源在相交位置处即A点会产生热量叠加，在时间尺度上产生混合热波，即为喷涂层上相应位置处即A点的热波分量与基体上相应位置处即A点的热波分量的叠加。在喷涂层的裂纹上远离A点的位置选择两个点，B点和C点。对B点和C点的热波进行傅里叶变换，根据傅里叶变换的结果可知，来自同一热源的热波，其幅值和相位差异的规律相同，相位没有发生偏移。
图4为A点的混合热波、喷涂层上A点的热波分量和基体上A点的热波分量的温度示意图。其中，曲线41代表A点混合热波的温度的时域变化曲线，42代表喷涂层A点的温度的时域变化曲线；43代表基体A点的温度的时域变化曲线。对三者进行傅里叶变换，得到三者的复制频谱图(图5)和相位频谱图(图6)。其中，曲线51为A点混合热波的幅值的频域变化曲线，52代表喷涂层A点的温度的幅值的频域变化曲线，53代表基体A点的温度的频域变化曲线。标记6为图6中曲线的部分放大图，曲线61表示A点混合热波的相位的频域变化曲线，62表示喷涂层A点的温度的相位的频域变化曲线，63表示基体A点的温度的相位的频域变化曲线。通过对图5和图6进行对比分析可知，三种热波的幅值和相位差异最大的位置均为0～0.04HZ的低频区域，幅值由高到低依次为混合热波、喷涂层热波分量和基体热波分量，相位由高到低依次为喷涂层热波分量、混合热波和基体热波分量，可见混合热波的相位发生了偏移。
通过上述分析可知，对于喷涂层和基体同时存在裂纹的待检测体来说，当收到超声波激励时，基体和喷涂层的裂纹相交位置处的混合热波的幅值高于喷涂层的热波分量，但是相位低于喷涂层的热波分量，即相位发生偏移，依据这一点可以作为判定基体存在疲劳裂纹的依据。
S103、根据所述热波幅值曲线图和所述热波相位曲线图，查找发生相位偏移的单位点，并确定所述基体上与发生相位偏移的单位点相对应的位置存在裂纹。
在具体实施时，通过对热波幅值曲线图和热波相位曲线图进行对比，可以发现哪些单位点的相位发生偏移，发生偏移的点即是基体和喷涂层上裂纹相交位置，由此可以确定基体上与发生偏移的点对应的位置处存在裂纹。
本发明提供的喷涂层下的基体疲劳裂纹识别方法，根据待检测体在收到超声波激励时的热波幅值和热波相位，确定发生相位偏移的单位点，从而确定基体上存在裂纹的位置。本发明提供的识别方法可以在基体上存在喷涂层的情况下进行裂纹识别，不需要去除喷涂层，检测过程简单、方便。
在具体实施时，S102可以具体包括：在超声波发射过程中，记录所述待检测体的喷涂层表面的温度变化情况，得到所述待检测体的表面热图；
根据所述表面热图，制作所述待检测体的喷涂层表面上每一单位点的热波温度的时域变化曲线；
对每一单位点的热波温度的时域变化曲线进行快速傅里叶变换，得到所述热波幅值曲线图和所述热波相位曲线图。
这里，通过采用对热波温度的时域变化曲线进行傅里叶变换的方式得到热波幅值曲线图和热波相位曲线图，简单、方便。
在具体实施时，可以采用红外热像仪记录所述待检测体的喷涂层表面的温度变化情况。在采用红外热像仪进行记录的过程中，红外热像仪的采样频率和采样时间可以根据需要进行设置，例如采样频率为60HZ，采样时间为0.75s。
在具体实施时，由于混合热波的相位发生偏移，实际上是发生下移，这样的话很可能造成下移后的相位曲线与非裂纹区的相位曲线发生重叠，导致喷涂层噪声，对确定相位发生偏移的单位点造成困难。此时，可以在对时域变化曲线进行快速傅里叶变换之前：
对每一单位点的热波温度的时域变化曲线进行多项式拟合，得到热波温度的拟合曲线；
然后采用小波函数对所述拟合曲线进行小波分解，利用分解后得到的第二层小波细节系数对所述拟合曲线进行曲线重构，得到重构后的热波温度的时域变化曲线。
最后，对重构后的时域变化曲线进行快速傅里叶变换，从而消除噪声。
在实际中，例如采用厚度为5mm的45钢作为基体，采用缺口拉伸方法制备疲劳裂纹，之后在垂直于裂纹开口方向的一个表面制备喷涂层。喷涂层的制作方法可以为火焰喷涂，涂层材料为3Cr13合金涂层，涂层厚度50-100μm。超声波从喷涂层输入，初始压力200N，超声波频率20KHz。在激励过程中采集喷涂层的表面热图，在裂纹处选取7个点，编号1-7，对这7个点的温度时域变化曲线进行快速傅里叶变换，得到其幅值的频率变化曲线图和相位的频率变化曲线图。这七条相位曲线的变化规律并不明显，原因是采样频率过低，导致傅里叶变换后频率分辨率偏低。这里，在快速傅里叶变换之前对时域变化曲线进行多项式拟合，而多项式拟合是一种数据平滑方法，可以实现数据重新采样，提高采样率，进而提高快速傅里叶变换后的频率分辨率。
在具体实施时，可以采用如下公式作为多项式拟合公式：
T＝c1tn+c2tn-1+…+cnt+cn+1
其中，小波分解是一种自适应时频分析方法，通过不同系数实现频率分辨率或时间分辨率的放大，细节系数代表热波信号的高频部分。基于小波分解后的细节系数对曲线进行重构，得到的曲线中某些点(即混合热波所在的位置)的相位向上发生了偏移，从而将其与非裂纹处明显分离。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或者部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储在计算机可读取的存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤。
本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种喷涂层下的基体疲劳裂纹识别方法，其特征在于，包括：
向待检测体发射超声波，所述待检测体包括基体和形成在所述基体一面上的喷涂层；所述喷涂层面向所述超声波的发射源；
根据在超声波发射过程中待检测体的喷涂层表面上每一单位点的温度变化情况，建立所述待检测体的喷涂层表面的热波幅值曲线图和热波相位曲线图；其中，所述热波幅值曲线图包括各个单位点的热波幅值的频域变化曲线；所述热波相位曲线图包括各个单位点的热波相位的频域变化曲线；
根据所述热波幅值曲线图和所述热波相位曲线图，查找发生相位偏移的单位点，并确定所述基体上与发生相位偏移的单位点相对应的位置存在裂纹。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超声波的频率为20KHZ。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据在超声波发射过程中待检测体的喷涂层表面上每一单位点的温度变化情况，建立所述待检测体的喷涂层表面的热波幅值曲线图和热波相位曲线图，包括：
在超声波发射过程中，记录所述待检测体的喷涂层表面的温度变化情况，得到所述待检测体的表面热图；
根据所述表面热图，制作所述待检测体的喷涂层表面上每一单位点的热波温度的时域变化曲线；
对每一单位点的热波温度的时域变化曲线进行快速傅里叶变换，得到所述热波幅值曲线图和所述热波相位曲线图。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述记录所述待检测体的喷涂层表面的温度变化情况，包括：
采用红外热像仪记录所述待检测体的喷涂层表面的温度变化情况。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述红外热像仪的采样频率为60HZ，采样时间为0.75s。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在对每一单位点的热波温度的时域变化曲线进行快速傅里叶变换之前，还包括：
对每一单位点的热波温度的时域变化曲线进行多项式拟合，得到热波温度的拟合曲线；
采用小波函数对所述拟合曲线进行小波分解，利用分解后得到的第二层小波细节系数对所述拟合曲线进行曲线重构，得到重构后的热波温度的时域变化曲线。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述对每一单位点的热波温度的时域变化曲线进行多项式拟合，包括：
对每一单位点的热波温度的时域变化曲线进行四次多项式拟合。
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| CN108254410A (zh) * | 2017-12-27 | 2018-07-06 | 中国人民解放军陆军装甲兵学院 | 基于红外检测的喷涂层接触疲劳寿命预测方法及装置 |
| CN108254410B (zh) * | 2017-12-27 | 2020-04-03 | 中国人民解放军陆军装甲兵学院 | 基于红外检测的喷涂层接触疲劳寿命预测方法及装置 |
| CN108760546A (zh) * | 2018-08-14 | 2018-11-06 | 湖南大学 | 一种基于红外热像技术的疲劳裂纹扩展速率测量方法 |
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