[发明专利]一种金属材料平面各向异性超声检测方法

摘要

本发明一种金属材料平面各项异性超声检测方法属于超声检测技术领域，涉及一种金属材料平面各项异性超声检测方法。该方法首先引入了平面各项异性表征因子，定义了平面各向异性表征因子。在金属材料平面内测量N个待测方向上的声时差，检测N个待测方向的超声波速，反求计算出平面各向异性表征因子。该方法充分考虑了超声波传播过程中偏振方向发生改变和声双折射现象，实现接触式超声自动可靠测量，测量误差小，提升了测量的稳定性与可靠性。且操作方便，成本低，适用范围广。该方法也可以用于机床主轴检测，实现接触式超声自动可靠测量，提高测量精度与检测效率。

主权项

1.一种金属材料平面各项异性超声检测方法，其特征是，该方法首先引入了平面各项异性表征因子，定义了平面各向异性表征因子K22和K12；在金属材料平面内测量N个待测方向上的声时差，检测N个待测方向的超声波速，反求计算出平面各向异性表征因子；方法的具体步骤如下：第一步，安装试件及超声探头金属试件(1)固定于测量平台上，确定金属试件(1)上待测点O处的N个测量方向，N＝1,2,3，...n,在N个方向上分别进行测量，即第一测量方向b1、第二测量方向b2...,第n测量方向bn；超声波接收器(3)和超声波发射器(4)构成超声探头(2)，将超声探头(2)置于金属试件(1)上待测点O处，保证超声探头(2)与被测表面可靠接触，并且，使得超声探头(2)中心与待测点O重合，超声探头(2)的中轴线与第一测量方向b1重合；第二步，引入了平面各项异性表征因子，定量刻画平面各项异性；定义材料平面各向异性的两个表征因子，金属平面正交各向异性参数K22和金属平面耦合各向异性参数K12，其中，c11、c12、c22及c66为Voigt表示法中的材料弹性常数、ρ为待测材料密度；金属平面正交各向异性参数K22，用于表征同样大小的应变分别施加于试件平面的两个正交主方向时，对应方向产生的应力之间的差别程度；金属平面耦合各向异性参数K12，用于表征应变作用于材料平面某一主方向时，各向异性材料在平面另一主方向上产生的应力相对于各向同性材料的应力增量；第三步，检测平面内的超声波速首先，确定待测点O处的待测量方向，取N＝1,2,3，即第一测量方向b1、第二测量方向b2和第三测量方向b3；然后，将超声探头(2)置于待测点O，使得超声探头(2)中心与待测点O重合，以及超声探头(2)的中轴线与第一测量方向b1重合，并保证超声探头(2)与被测表面可靠接触；接着，在信号调控系统的控制下，超声波发射器(4)发出的超声脉冲激励信号，在金属试件(1)表面传播一定距离L后，被超声波接收器(3)接收；将超声波发射器(4)发出的超声脉冲激励信号与超声波接收器(3)接收到的接收信号按照公式(2)进行互相关计算，取两个互相关序列最大值所在位置之差，计算获得第一测量方向b1的声时差t1，其中，X1为超声脉冲激励信号，X2为超声接收信号，Ts为采样周期，t1为声时差，t为超声脉冲激励信号X1与超声接收信号X2相位差；以待测点O为中心，将超声探头(2)逆时针增量旋转θ角，使得超声探头(2)的中轴线与第二测量方向b2重合，按照第一测量方向b1的操作步骤，获得第二测量方向b2的声时差t2；在此基础上，将超声探头(2)再次逆时针增量旋转θ角，使得超声探头(2)的中轴线与第三测量方向b3重合，按照第一测量方向b1的操作步骤，获得第三测量方向b3的声时差t3；按公式(3)计算待测点O处三个测量方向的纵波波速，其中，v1为第一测量方向b1的纵波波速、v2为第二测量方向b2的纵波波速、v3为第三测量方向b3的纵波波速，L为超声波发射器(4)与超声波接收器(3)之间的距离；第三步，计算平面各项异性表征因子将第一测量方向b1的纵波波速v1、第二测量方向b2的纵波波速v2和第三测量方向b3的纵波波速v3代入公式(4)，计算得出金属平面正交各向异性参数K22和金属平面耦合各向异性参数K12，至此，检测计算出金属试件的平面各向异性参数。