无损检测系列讲座 第三讲 磁无损检测和评估

1 前言磁粉探伤技术以及相应的商品仪器虽然早已通行,但是磁无损评估(MNDE)与超声或涡流等其它无损评估(NDE)方法比较,仍然是一种有待发展的新技术,正在开拓—些全新方法。目前有些重要检测问题,如钢材残余应力和疲劳损伤,用其它技术已突出地显现出局限性来,因此,磁法的应用前景,现在受到了人们的注意.     

非线性超声相控阵无损检测系统及实验研究

相控阵超声无损检测技术近年来在无损检测领域得到了越来越广泛的应用。但当前相控阵超声检测基于传统线性超声,对于材料或结构的微缺陷、微裂纹等缺陷不敏感。研究基于超声的非线性效应的非线性超声无损检测技术对于克服线性超声相控阵技术的不足具有积极的意义。本文设计和开发了基于非线性超声相控阵的无损检测系统,并利用超声检测的标准试件对该系统的性能进行了检验。对比测试了常规线性超声方法、基于滤波的非线性超声方法以及基于反相脉冲的非线性超声方法对于钨丝线靶、超声仿体以及碳钢试块的检测效果。测试结果表明,非线性超声相控阵无损检测技术与传统线性超声相控阵无损检测相比具有空间分辨力高、缺陷分辨力强等优点,而基于反相脉冲的非线性相控阵超声无损检测在空间分辨力上比基于滤波的非线性超声检测方法又有比较显著的提高。     

一种用于无损检测的数字剪切散斑干涉系统

剪切电子散斑干涉技术在工业无损检测领域有广阔的应用前景.本研究基于迈克耳逊干涉光路,设计了全动式的干涉剪切镜,研制了便携式的激光无损检测设备.采用相关算法生成剪切电子散斑条纹图,获得了高质量的物面缺陷检测条纹.同时采用了条纹的自适应滤波技术和相移技术,进一步提高了缺陷处条纹的清晰度和对比度.配合热流和负气压两种加载方式,该设备可应用在多种材料的无损检测中.实验表明,对于铝蜂窝夹层板,该设备可检测直径大于3mm的缺陷,且该设备具有使用方便的特点,可替代一些常规的检测方法.本文同时给出了该方法的其他实验例证.     

基于应力波传播机理的混凝土无损检测研究综述

混凝土结构在基础设施中应用广泛,但环境与荷载导致材料和结构的老化损伤问题,势必影响材料性能及耐久性和结构完整性及安全性.构建有效的混凝土材料性能评估和结构损伤识别体系是当前研究热点.现有研究因对应力波传播机理不深入理解、损伤定位定量模型理想化、损伤形式简化等问题仍存在局限性.因此,开发普适全面、稳定可靠的无损检测系统,对在建或既有混凝土结构服役状况进行长期、实时跟踪,具有重要学术意义和工程应用价值.本文结合混凝土无损检测领域的国内外研究现状及进展,从智能压电材料振动机理研究、混凝土无损检测方法发展、基于应力波的无损检测研究进展这三个逻辑层面,即按照研究手段到研究方法再到具体研究方案的顺序,循序渐进地对混凝土材料性能评估和结构损伤识别的研究进行了成果总结和方法提炼;基于此进一步概述了该领域所存在的瓶颈问题、研究重难点,最后提出了针对这些局限性的混凝土无损检测研究展望.     

电子错位散斑干涉术用于无损检测的探讨

本文叙述应用电子错位散斑干涉仪于各种缺陷的无损检测的装置原理、各种加载方式的特点.文中详细探讨了缺陷检测定量分析的理论依据,提出了对各种不同材料缺陷检测的限制并进行了实验验证;提出了提高条纹清晰度的方法.从而解决了电子错位散斑干涉术在无损检测实际应用中的各项具体问题.     

囊体布热合缺陷的锁相热成像无损检测技术研究

囊体布热合缺陷的无损检测是系留气球生产过程中急需解决的关键问题。本文通过对锁相热成像检测技术的理论与实验研究,设计了一套可现场应用的囊体布热合缺陷无损检测系统,实现了热合缺陷的自动识别与定位,甚至可以进一步区分热合缺陷的类型,具有较高的可靠度和较强的抗干扰能力。该系统不仅可用于囊体布的热合缺陷检测,还可广泛应用于相关材料或结构的无损缺陷检测中。     

基于红外热成像技术的电子封装缺陷无损检测方法

在电子器件封装制造和服役过程中,工艺及温度载荷容易引起器件内部界面分层等缺陷,严重影响产品良率和可靠性,及时发现这些内部缺陷十分重要.红外热成像检测技术由于非接触、实时记录、检测速度快、定量分析等特点,已逐渐成为无损检测等领域有效的检测手段.本文采用主动双面红外测量方法对塑封料和铜界面间的缺陷进行检测,得到了试样的表面温度分布与缺陷的尺寸和深度的对应关系.通过试验数据对缺陷深度理论计算方法进行了对比研究,实现了试样内部缺陷特征的定量化识别.     

板背部缺陷的单侧非接触式超声无损检测方法

随着板状结构在石化、航空航天和电力等工业领域中的广泛应用,急需发展相应的无损检测技术,对其结构完整性进行定期评估,以保证结构的安全运行。基于空气耦合换能器的Lamb波技术,可以非接触快速地对板状结构进行扫描,在结构安全检测领域有广阔的应用前景。本文采用基于势函数法的空气耦合板状结构声传播模型,通过理论求解得到其Lamb波临界角随频厚积的变化规律。实验中采取空气耦合换能器激发和接收Lamb波,采用傅里叶变换和信号滤波技术识别S0和A0模式,并通过与理论结果比较进行确认。最后,分别采用S0和A0模式对板背部半通孔缺陷进行定位,结果显示该单侧非接触式超声无损检测方法可用于板状结构背部缺陷的检测。     

热色液晶无损检测技术

本文介绍了热色液晶在无损检测技术中的应用研究，并获得了非常成功的结果。通过液晶显示出的缺陷周围温度分布的色彩奇异性，可以明显地指示出缺陷的位置。     

第一讲 超声无损检测

1 超声无损检测的物理基础 1.1检测用的波形机械振动在弹性介质中的传播称为机械波,声波、超声波都是机械波。振动频率高于20kHz的机械波称为超声波。超声检测中常用的频率是500kHz～20MHz。超声波的分类方法很多,在实际检测中是按质点的振动方向与波的传播方向不同来进行分类,可分为如下四类: 1)纵波介质中质点的振动方向与波的传播方向相同的波称为纵波。固体、液体和气体     

复合材料的光学方法

中国力学学会实验应力分析专业委员会与美国实验力学学会(SEM)初步联系,交流技术资料.最近收到该会寄来1986年秋季会议论文集一本.这次会议的主題是,复合材料的光学方法.论文集刊登43篇学术论文.文章的内容主要有以下几个方面:复合材料的无损检测,复合材料的光学方法,光学应用方面,应变计和传感器的应用等.     

材料力学性能退化的超声无损检测与评价

材料性能退化总是伴随着某种形式的材料非线性力学行为, 从而引起超声波传播的非线性, 即高频谐波的产生.基于此,材料和结构的超声无损检测与主人技术发展成起来.首先介绍固体介质内的非线性超声波动方程的基础, 并综述了利用超声波传播的非线性特性对结构材料和粘结面的力学性能退化进行无损检测与评价的研究进展.之后对材料在疲劳、拉伸以及蠕变载荷作用下, 其力学性能退化进行超声无损检测与评价的试验研究进行了介绍;综述了超声波传播非线性的机理研究, 以及利用超声波对粘结面的粘结强度及其力学性能退化评估所开展的研究. 最后指出了今后该领域需要进一步研究的问题.      

微小缺口/孔洞的激光衍射无损检测

基于裂纹和孔洞的小尺寸特征,提出了微小缺口/孔洞的激光衍射无损探测技术,给出了解析表达式.通过这一技术,对单向拉伸试件中所含单边缺口和中心孔洞在外载作用下的演化过程进行了实时原位检测,获得了缺口/孔洞孔径随载荷的变化曲线及模拟裂纹时裂纹的张开位移、裂纹开裂长度及应力强度因子等一系列断裂参数.     

应力波的激光产生和检测

应力波的激光产生和检测，是一个受到各领域专家关注的、在无损检测和应用力学等方面有着极大应用潜力和研究兴趣的新兴领域。针对其力学方面、实验技术和应用前景等，本文对有关原理、方法、技术和实用进行了简要的归纳与总结。     

聚焦换能器在SiCp／Al复合材料超声无损检测中的应用

本文扼要分析了聚焦换能器的声场特性及焦柱的直径和长度，并应用到超声C扫描成像系统中，提供了一种定量研究缺陷的无损检测方法．将聚焦换能器运用到SiCp／Al复合材料的无损检测中，能够判定缺陷的尺寸和形状；并根据缺陷形状和分布判定其性质，同时也分析了缺陷对SiCp／Al复合材料力学性能的影响和缺陷形成的原因．     

锚杆锚固质量无损检测的研究

本文介绍了一种无损检测锚杆锚固质量的新技术。通过模型试验,分析了声频应力波在锚固体系中的反射相位特征和能量衰减变化规律,探讨了测定锚固力的无损拉拔试验,并将结果成功应用于潘一矿巷道锚杆锚固工程的施工质量检测。     

应力波传播、材料动态响应及定量无损检测

在现代工程技术中,应力波的传播有着十分重大的意义,因为它提供了在不透明材料中无损检测缺陷和非均匀性的主要方法;并提供了研究在与冲击和爆炸有关的动态载荷条件下材料响应的唯一方法。象核反应堆安全、集成电路检测及装甲侵彻等各种技术的进展,强烈地取决于模拟应力波传播和改进表征材料动态响应特性等方面的进展.在包括油藏勘探、地震监测以及预测因地震和爆炸载荷而产生的地壳运动等岩土工程和地球物理学应用的广阔范围里,应力波起着主要的作用.固体中应为波的固有复杂性(即三个波速、各向异性及非均匀性),以及涉及强载荷应用中重要的非线性,使得模拟应力波现象方面的进展,决定性地取决于大规模的计算.日益增多的超巨型计算机,为模拟包括象各向异性、非均匀性、缺陷、非线性和滑移界面等复杂性质的三维现象,提供了取得进展的优越机会.为了进行这些计算,为了获得声学映象(这需要逆问题的算法.在这些间题中,缺陷的尺寸和形状,以及密度和弹性模量的变化,都是用超声波探测所关心的区域而得到的),必须研究精确而有效的算法。为了可靠地测定所需的几何特征和材料特性,改进超声源和接收器的性能表示法是不可或缺的.对材料的动态非弹性响应作进一步了解,是实现所形成的计算能力的全部好处的关键.应变率敏感度、剪切应变局部化、裂纹扩展、形成双晶以及相交,全都是必须在应用动态载荷的情况下加以模拟的若干力学响应问题.对材料行为的这些问题的基础实验,与实验的计算机模拟相结合,必将导致对基本机理了解的重大进展,并由之改进用于计算的模型.      

复合材料层板损伤区检测方法的实验研究

复合材料层板损伤区的检测方法是研究复合材料层板损伤破坏机理和演变规律的必不可少的手段。本文通过实验研究总结了渗透剂增强的X射线图象法、影象云纹法和揭层技术等无损或有损检测方法在损伤区检测中的使用工艺及应用范围,指出了渗透剂增强的X射线图象法可给出比较准确的损伤图象;影象云纹法最简便易行且可连续监控;而揭层技术作为一种有损检测方法可给出损伤区的全部细节(包括在层间的位置),是研究损伤破坏机理的有力工具,并可检验或标定其他无损检测方法。     

涡流无损检测温度影响研究

增材制造是一种先进的金属制备方法，能够极大满足个性化的制造需求。制造过程中由于工艺原因可能会出现裂纹等典型缺陷。涡流无损检测对于增材制造结构件的裂纹缺陷是一种潜在的有效评价手段。在增材制造过程中，构件残余热会影响检测效果，需要开发抑制温度影响的涡流信号处理方法。基于以上背景，本研究开展了以下工作：(1)对涡流检测信号受温度影响的机理进行了详细分析，包括涡流检测信号温漂的影响因素以及这些因素随温度的变化规律。(2)基于数值计算验证了涡流检测信号的温漂规律。(3)搭建了涡流检测实验平台，通过该平台进行实验发现，待测导体温度越高缺陷信号越小。(4)针对自激自检探头信号温漂难题，设计了双探头差动补偿形式，开发了涡流信号间接差分信号处理方法。(5)使用上述差动补偿形式和信号处理方法，达到了减弱涡流信号漂移、提高涡流信号信噪比的目的。     

有限单元法在超声导波检测技术中的应用

超声导波检测技术具有对波导结构中的缺陷进行远距离无损检测的能力,多年来一直是无损检测领域关注的热点之一.有限单元法具有对各种复杂动力学问题进行计算的能力,已成为超声导波检测技术研究的重要工具.本文结合超声导波检测技术研究领域中的热点问题,对相关的有限单元法进行了简要综述.介绍了有限单元法的发展及其在多物理场耦合机制下导波的激励与接收、线弹性和黏弹性结构中导波的传播特性、非线性超声导波等多个方面的应用研究情况. 最后,基于超声导波检测技术研究趋势展望了相关有限单元法的未来研究重点和发展方向.