[发明专利]利用瑞雷波进行金属材料表面损伤的非线性超声评价方法

权利要求书

1.一种利用瑞雷波进行金属材料表面损伤的非线性超声评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)瑞雷波的激发和接收：将铌酸锂晶片换能器粘接在有机玻璃斜楔上，然后利用耦合剂将有机玻璃斜楔粘贴在镁合金试件表面；利用非线性超声测试系统主机产生超声信号，超声信号在铝镁合金试件表面激发瑞雷波；在试件的另一端，同样利用铌酸锂晶片换能器和倾角相同的有机玻璃斜楔接收瑞雷波，接收超声信号的铌酸锂晶片换能器中心频率为4MHz；

2)测试系统可靠性检测：在试件和传播距离相同的情况下，采用在不同输入电压的情况下来驱动压电传感器，并测量相应的瑞雷波信号，通过对不同驱动电压检测到的瑞雷波信号通过计算机进行快速傅立叶变换，得到不同驱动电压下瑞雷波的基频幅值A₁和倍频幅值A₂；通过拟合曲线可知，超声信号中的倍频幅值A₂与基频幅值的平方A₁²接近于正比关系，利用该非线性超声测试系统能够准确地测得试件的非线性系数；

3)试件表面存在不同程度损伤时的非线性系数测量：利用电子万能实验机将镁合金试件加载到特定的应力后，将试件从电子万能实验机上卸下，然后利用实验装置激发并接收瑞雷波；对接收到的瑞雷波信号进行信号处理，即对信号加汉宁窗、并进行快速傅里叶变换，得到所接收的瑞雷波超声信号中基频幅值A₁和倍频幅值A₂；完成上述测试后，再将试件拉伸到大于前一次加载的应力，并再次对从电子万能实验机上卸下的试件进行同样的非线性超声测试，得到试件在本次应力作用后的超声波基频和倍频幅值；重复上述步骤，直到试件出现颈缩现象，发生强度失效为止；定义并采用如下基于基频和倍频幅值的相对非线性系数：β_R＝A₂/A₁²；

根据式上式计算得到瑞雷波的相对非线性系数β_R，记试件未经应力加载时的相对非线性系数为β_R0，对试件加载不同应力后的相对非线性系数β_R除以β_R0进行正则化，得到基于基频、倍频的正则化相对非线性系数与应力间的关系曲线图；

4)试验的可重复性操作：将激发和接收瑞雷波的压电传感器和有机玻璃斜楔完全从试件卸下移开，清理干净耦合剂，然后完全重复步骤1)的工作，即将铌酸锂晶片换能器粘接在有机玻璃斜楔上，然后利用耦合剂将有机玻璃斜楔粘贴在金属板状试件表面，激发和接收一定强度的瑞雷表面波；接着再重复步骤3)中的工作，对同一试件在不同应力加载后进行瑞雷波信号的激发和接收，进行2-3次的重复测试，以保证测试结果的可靠和准确，即可得到存在不同程度表面损伤试件的非线性系数。

2.根据权利要求1所述的利用瑞雷波进行金属材料表面损伤的非线性超声评价方法，其特征在于，在步骤1)中：非线性超声测试系统主机产生的超声信号为10-16个周期、频率为2MHz的正弦脉冲串超声信号，该信号经过50欧姆终端进行阻抗匹配、衰减器和低通滤波器后，激励粘接在有机玻璃斜楔上的铌酸锂晶片换能器，超声信号在铝镁合金试件表面激发瑞雷波。

3.根据权利要求1所述的利用瑞雷波进行金属材料表面损伤的非线性超声评价方法，其特征在于，在步骤1)中：利用示波器对采集到的信号进行525次的平均，以提高瑞雷波信号的信噪比，并有效抑制测试过程中随机因素的影响；对多次平均后的瑞雷波信号应用汉宁窗函数，消除仪器设备暂态过程对测量结果的影响。