残余应力超声波测量方法研究

论文摘要

焊接结构的安全使用和可靠运行与残余应力之间存在着密切的关系。特别是随着焊接的应用日益广泛,焊接结构向着大型化、高强化方向发展,对焊接结构在服役条件下的残余应力的监测与评估提出了要求。工程中常用的应力检测方法有小孔法、X射线法、巴克豪森法、超声波法等,同其他方法相比,超声波应力检测法具有灵敏度高、准确性好及可操作性强等优点,从而成为一种公认的最有前途的无损检测方法。本文以声弹性理论为基础,选用临界折射纵波作为测量波形,设计建立了超声波残余应力测量系统;对平板对焊的纵向残余应力进行了测量;用其他方法对测量结果进行了验证。文章首先介绍了超声波应力检测的基本理论以及临界折射纵波的产生机理,并用理论计算和实验测量相结合的方法确定了低碳钢和铝合金的第一临界角。接着对声速—应力关系公式进行了简化计算,得到了适用于焊接残余应力测量的应力—声时关系公式。其次设计、建立了应力—声时差系数标定系统和超声波残余应力测量系统;使用虚拟仪器Lab VIEW语言编写了超声信号自动采集程序,实现了超声波声时差信号的自动采集,检测效率和检测精度大大提高。使用超声波残余应力测量系统系统对Q235低碳钢和铝合金平板对焊的残余应力进行了测量;分别用激光全息小孔法和切割释放法对超声波法的测量结果进行了对比验证。对比结果表明,超声法能够比较准确地检测出残余应力分布,其测量结果与其他两种方法的结果吻合良好。最后对固定距离声时法测量残余应力的可行性、超声波法测量结果的可靠性、测量精度以及引起测量结果误差的各种因素进行了分析。超声波法能够比较可靠地检测出残余应力的分布和大小,而且实现了无损、快速、实时的检测目标,为焊接结构残余应力的在役检测提供了依据,具有很大的工程应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 残余应力测量技术发展现状
• 1.2.1 机械测定法
• 1.2.2 物理测定法
• 1.3 超声波应力检测技术发展现状
• 1.3.1 声弹性理论发展
• 1.3.2 应力测量技术发展
• 1.3.3 技术应用现状
• 1.4 超声法残余应力技术关键
• 1.5 课题研究的主要内容
• 第2章 超声波法残余应力测量理论基础
• 2.1 声速—应力关系公式
• 2.2 残余应力测量波型选用
• 2.2.1 临界折射纵波产生机理
• 2.2.2 第一临界角的确定
• 2.3 焊接残余应力测量公式推导
• 2.4 固定距离声时测量法
• 2.5 本章小结
• 第3章 超声波法残余应力测量系统建立
• 3.1 应力—声时差系数标定系统
• 3.2 焊接残余应力测量系统
• 3.2.1 系统的搭建
• 3.2.2 测量的实现
• 3.3 声时差信号的自动采集
• 3.3.1 Lab VIEW软件简介
• 3.3.2 数据采集程序操作界面
• 3.3.3 数据自动采集步骤
• 3.4 本章小结
• 第4章 测量试验与结果验证
• 4.1 应力—声时差系数标定
• 4.1.1 实验准备
• 4.1.2 试验结果
• 4.2 Q253 平板对接焊缝残余应力测量
• 4.2.1 试件制备
• 4.2.2 实验准备
• 4.2.3 测量结果
• 4.2.4 小孔法验证
• 4.3 铝合金薄板对焊残余应力测量
• 4.3.1 试件制备
• 4.3.2 测量结果
• 4.3.3 切割释放法验证
• 4.4 试验分析
• 4.4.1 测量方法可行性分析
• 4.4.2 测量结果可靠性分析
• 4.4.3 测量精度分析
• 4.4.4 测量结果误差分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢