超声小角度纵波灵敏检测疲劳小裂纹-西北大学.PDF

维普资讯 西北大学学报 (自然科学版) 2004年 2月，第34卷第 1期，Feb．，2004，Vo1．34，No．1 JournalofNo~hwestUniversity(NaturalScienceEdition) 超声小角度纵波灵敏检测疲劳小裂纹 莫润阳 (陕西师范大学 应用声学研究所 ，陕西 西安 710062) 摘要：目的 研究一种适合于无负载条件下灵敏检测疲劳构件中闭合裂纹的超声技术。方法 采 用入射角度不同的超声纵波，对30CrMsi钢试样表面上 1．5—8mm范围的开口及闭合裂纹进行检 测实验。通过入射角与底面回波幅度、回波曲线形状、裂纹尺寸间的关系获得对裂纹具有灵敏反应 的超声波最佳入射角。结果 小角度入射纵波较垂直入射或大角度入射纵波均具有较高的灵敏 度；尤其当入射角在2。附近，具有最高检测灵敏度。结论 采用小角度纵波技术，可提高超声对疲 劳小裂纹的反应。只要入射角度合适，检 出卸载后构件中的闭合裂纹也是可能的，但对闭合裂纹的 定量仍有 困难。 关 键 词：小角度 ；纵波；开口裂纹；闭合裂纹；灵敏度 中图分类号：0426．9 文献标识码 ：A 文章编号：1000—274X(2004)01-0039-05 缺陷特性与结构连续性评价和含有缺陷结构的 究一种适合于无负载条件下闭合裂纹的检测定量技 使用寿命的预测有着紧密联系。随着断裂力学的发 术。 展，要求能够检出某一确定尺寸的缺陷，以保证估计 关于闭合裂纹的定量，Saka等人依据裂纹周围 构件剩余寿命和强度 的准确性 。超声技术以其独特 材料弹塑性形变 回引起超声波速的变化 ，对样品表 性 ，多用于评价平面型缺陷，如结构中的裂纹。 面产生的疲劳裂纹，用横波在垂直和平行裂纹方向 通常用体波、纵波、表面瑞利波 、背散射共振和 极化裂纹表面 ，并用第 1次和第 2次背面回波代替 模式转换等裂纹尖端反射技术对裂纹尺寸进行测 削弱的裂尖 回波测量渡越时间。因塑性形变各相异 量 。实际上 ，经常要对没有开ISl的裂纹进行无损 性，所 以横波通过塑性区的传播速度依赖于极化强 检测 ，但裂纹关闭时断裂表面不匹配导致点接触 ，使 度。若归一化的渡越时间为(t．一t∥)／t．，研究发 声波几乎能穿透裂纹 ，于是在外部卸载时，超声检测 现在裂纹部位，其值随裂纹深度与样品厚度的比按 的可靠性产生问题 ，甚至可能导致检测失效。另外 ， 比例减小 ，且此关系依赖于裂纹的加载过程 ，已被成 检测定量完全开 口的裂纹 ，常采用降低6dB法。然 功地应用于评价疲劳裂纹深度检测LlJ。应用裂纹 而，若是闭合裂纹，反射声波在穿过闭合裂纹表面时 周围产生塑性变形时引起超声波速变化评价闭合裂 将被削弱 ，如果仍用分 贝降低法 ，就必须考虑裂纹表 纹 ，被 Saka和 Fukuda进一步发展 ，亦可用纵波进 面反射 回波能量的降低，故当一个裂纹是 闭合裂纹 行 ，但这尚在实验室阶段。 时，通常评价结果比实际尺寸要小。再次，由于噪声 定量无损评价小的闭合裂纹之所 以很 困难 。原 信号按不同路径传播时的影响，使裂尖信号难 以检 因主要有两个 ：一个是尺寸太小；二是闭合太紧 ，声 测 。总之 ，确定该类裂纹尺寸是很 困难的。 波对裂纹反应不敏感 。为 了提高超声对裂纹的反 很多专家认为，可用静态或动态加载方式打开 应，在此主要采用小角度 (入射声波角度范围低于 闭合裂纹 ，再利用超声对其定量 ，这很有必要 ，但加 第一临界角)纵波技术，并用简单、传统的仪器分别 载却不易实现。因为对在役零部件，无损检测的实 对几个尺寸在 1．5—8mm范 围的开 口及闭合裂纹 施一般是在结构部件停止运行时进行，故有必要研