專利名稱：一種金屬材料的電磁聲發(fā)射無損檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明的技術方案涉及利用聲波發(fā)射技術測試金屬材料中的裂紋型缺陷，具體地說是一種金屬材料的電磁聲發(fā)射無損檢測裝置。
背景技術：
隨著現(xiàn)代裝備制造業(yè)的迅速發(fā)展，不斷地提高金屬構件及裝備的承載應力水平，金屬構件及裝備的斷裂失效事故則經(jīng)常發(fā)生。對于航天、電力、化工、航海以及核能等重要工業(yè)領域，金屬構件及裝備的斷裂失效事故往往會帶來不可估量的嚴重后果。傳統(tǒng)的設備維護方法需要對金屬構件及裝備做定期的停產(chǎn)檢修，具有盲目性，給生產(chǎn)帶來很多不便。為了預防金屬構件及裝備的斷裂失效事故的產(chǎn)生，要求盡早發(fā)現(xiàn)金屬構件及裝備中的危險裂紋，聲發(fā)射技術以其高靈敏性和動態(tài)監(jiān)測特性成為金屬構件及裝備中的危險裂紋的重要檢測方法。
傳統(tǒng)聲發(fā)射檢測方法雖可實現(xiàn)對金屬材料的動態(tài)損傷進行檢測，但其缺點主要有二首先，檢測條件苛刻，必須對被測金屬施加整體機械載荷，缺陷處于活動狀態(tài)時才能激發(fā)出聲發(fā)射現(xiàn)象，進而實現(xiàn)檢測；其次，在外加機械載荷的作用下，金屬材料容易出現(xiàn)額外的附加損傷，使得檢測過程對被測結構造成二次損傷。這些方法和裝置極大地限制了聲發(fā)射檢測技術的應用范圍，不適于實際的工業(yè)應用。在保持聲發(fā)射技術檢測方法優(yōu)點的前提下，如何擴大其應用范圍和提高其識別效率，以適于實際的工業(yè)應用，成為聲發(fā)射技術一個重要發(fā)展方向。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種金屬材料的電磁聲發(fā)射無損檢測裝置，是基于脈沖大電流直接加載的方式，實現(xiàn)金屬材料裂紋型缺陷的無損探傷，克服了現(xiàn)有技術在金屬材料檢測過程中會對待測金屬材料結構造成二次損傷的缺點，擴大了聲發(fā)射技術應用范圍和提高其識別效率，并適于實際的工業(yè)應用。本發(fā)明解決該技術問題所采用的技術方案是一種金屬材料的電磁聲發(fā)射無損檢測裝置，其步驟是從脈沖大電流發(fā)生器的高壓電容的電極引出兩根導線分別用塑料夾持器將其固定于待測金屬材料的兩端，再將四個壓電換能器Si、S2、S3和S4按菱形的四個頂點位置安放于該待測金屬材料上，每個壓電換能器分別通過信號線連接到前置放大器，前置放大器再用導線連接到PC機；將脈沖大電流發(fā)生器接通220V的交流電并產(chǎn)生脈沖大電流，該脈沖大電流被加載到待測金屬材料上，若待測金屬材料存在裂紋，會被激發(fā)出聲發(fā)射信號，該聲發(fā)射信號被四個壓電傳感器Sp S2, S3和S4檢測并通過信號線輸入前置放大器，由該前置放大器放大聲發(fā)射信號并輸入PC機，該PC機根據(jù)所采集到的聲發(fā)射信號進行二維時差定位，從而定位檢測出該待測金屬材料存在的裂紋缺陷。上述一種金屬材料的電磁聲發(fā)射無損檢測裝置，所述PC機根據(jù)所采集到的聲發(fā)射信號進行二維時差定位，其計算步驟是首先確定相應金屬材料的波速V，以及計算壓電換能器S1的探頭和壓電換能器S3的探頭間距為a，壓電換能器S2的探頭和壓電換能器S4的探頭的間距為b，根據(jù)PC機采集到的聲發(fā)射信號先后順序，確定壓電換能器S1和壓電換能器S3間采集信號的時差Λ t1；以及壓電換能器S2和壓電換能器S4間采集信號的時差Λ t2，根據(jù)計算公式得到聲發(fā)射源，即裂紋尖端位置的坐標
^ X = ^-IdtlV+ 2J(x-a/2)2+y2](I)
2a L. < _
y = At2V + 2^(y - b/2 )2+χ2λ(2)。
L 2b L.本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明一種金屬材料的電磁聲發(fā)射無損檢測裝置的實質性特點是，將脈沖大電流加載到待測金屬材料上，受到待測金屬材料上的裂紋的影響，電流在裂紋尖端處形成明顯的集中效應，導致裂尖附近電流密度急劇增大。在磁場的作用下，裂紋尖端處產(chǎn)生洛倫茲力，且洛侖茲力的方向使得裂紋兩側分別向外擴展，進而激發(fā)出聲發(fā)射現(xiàn)象。利用壓電傳感器檢測聲發(fā)射信號并用PC機進行信號處理即可得到金屬材料上裂紋信息，從而實現(xiàn)對金屬材料裂紋型缺陷的無損檢測。本發(fā)明金屬材料的電磁聲發(fā)射無損檢測方法及其裝置的顯著進步是，①在待測金屬材料的靜態(tài)和無外加機械載荷的作用下進行檢測，對待測金屬材料的結構不造成二次損傷；②擴大了聲發(fā)射檢測方法的應用范圍，不受待測金屬材料的類型和形狀的限制；③本發(fā)明金屬材料的電磁聲發(fā)射無損檢測方法操作簡單，其裝置的組成部件結構簡單和價格低廉。


下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。圖I為本發(fā)明一種金屬材料的電磁聲發(fā)射無損檢測裝置的流程示意框圖。圖2為本發(fā)明一種金屬材料的電磁聲發(fā)射無損檢測裝置的構成示意圖。圖3為本發(fā)明一種金屬材料的電磁聲發(fā)射無損檢測裝置中的二維時差定位示意圖。圖4為本發(fā)明一種金屬材料的電磁聲發(fā)射無損檢測裝置中的二維時差定位程序流程圖。
具體實施例方式圖I所示實施例表明，本發(fā)明一種金屬材料的電磁聲發(fā)射無損檢測裝置的流程是將脈沖大電流被加載到待檢測金屬材料上，若待檢測金屬材料存在裂紋，會被激發(fā)出聲發(fā)射信號，檢測該聲發(fā)射信號，傳送聲發(fā)射信號，將檢測到的聲發(fā)射信號放大，進行數(shù)據(jù)采集與處理并得出結果。圖2所示實施例表明，本發(fā)明一種金屬材料的電磁聲發(fā)射無損檢測裝置由脈沖大電流發(fā)生器、四個壓電換能器、前置放大器和PC機構成。圖3所示實施例表明，本發(fā)明一種金屬材料的電磁聲發(fā)射無損檢測裝置中的二維時差定位采用四個傳感器Si、S2、S3和S4構成菱形陣列進行二維平面定位，由壓電換能器S1和壓電換能器S3采集信號的時差△ 得到雙曲線1，由壓電換能器S2和壓電換能器S4采集信號的時差At2得到雙曲線2，壓電換能器S1的探頭和壓電換能器S3的探頭間距為a，壓電換能器S2的探頭和壓電換能器S4的探頭的間距為b，波速為V，那么，聲發(fā)射源，即裂紋尖端位置就位于兩條雙曲線的交點Q(X，y)上，其坐標的計算公式見公式(I) (2)。圖4所示實施例表明，本發(fā)明一種金屬材料的電磁聲發(fā)射無損檢測裝置中的二維時差定位程序流程為分別輸入相應金屬材料的波速V和四個壓電換能器Si、S2、S3和S4的坐標。根據(jù)四個壓電換能器的坐標，計算壓電換能器S1的探頭和壓電換能器S3的探頭間的距離a，計算壓電換能器S2的探頭和壓電換能器S4的探頭間的距離b。一根據(jù)PC機采集到的聲發(fā)射信號先后順序，計算壓電換能器S1和壓電換能器S3間采集信號的時差At1,以及壓電換能器S2和壓電換能器S4間采集信號的時差At2。一根據(jù)時差定位公式計算聲發(fā)射源坐標，實現(xiàn)對缺陷的定位。
實施例I將脈沖大電流發(fā)生器接通220v的交流電并產(chǎn)生脈沖大電流，脈沖大電流的峰值電流在800安培，脈沖寬度為220微秒。該脈沖大電流被加載到尺寸為500mmX 115mmX 15mm的待測鋁金屬材料上，該待測鋁金屬材料被激發(fā)出聲發(fā)射信號，該信號被四個R15a型號的壓電傳感器檢測并通過信號線輸入美國PAC公司型號為2/4/6的前置放大器，由該前置放大器放大聲發(fā)射信號并輸入PC機，該PC機根據(jù)所采集到的聲發(fā)射信號進行二維時差定位，其計算步驟是首先確定該待測鋁金屬材料的波速V，以及計算壓電換能器S1的探頭和壓電換能器S3的探頭間距為a，壓電換能器S2的探頭和壓電換能器S4的探頭的間距為b，根據(jù)PC機采集到的聲發(fā)射信號先后順序，確定壓電換能器S1和壓電換能器S3采集信號的時差At1，以及壓電換能器S2和壓電換能器S4間采集信號的時差At2，根據(jù)計算公式得到聲發(fā)射源，即裂紋尖端位置的坐標
權利要求
1.一種金屬材料的電磁聲發(fā)射無損檢測裝置，其特征在于步驟是金屬材料的電磁聲發(fā)射無損檢測方法，其步驟是從脈沖大電流發(fā)生器的電極引出兩根導線分別用塑料夾持器將其固定于待測金屬材料的兩端，再將四個壓電換能器Si、S2、S3和S4按菱形的四個頂點位置安放于該待測金屬材料上，每個壓電換能器分別通過信號線連接到前置放大器，前置放大器再用導線連接到PC機；將脈沖大電流發(fā)生器接通220V的交流電并產(chǎn)生脈沖大電流，該脈沖大電流被加載到待測金屬材料上，若待測金屬材料存在裂紋，會被激發(fā)出聲發(fā)射信號，該聲發(fā)射信號被四個壓電傳感器Sp S2, S3和S4檢測并通過信號線輸入前置放大器，由該前置放大器放大聲發(fā)射信號并輸入PC機，該PC機根據(jù)所采集到的聲發(fā)射信號進行二維時差定位，從而定位檢測出該待測金屬材料存在的裂紋缺陷。
2.根據(jù)權利要求I所述一種金屬材料的電磁聲發(fā)射無損檢測裝置，其特征在于所用的脈沖大電流的峰值電流在800 3000安培，脈沖寬度為150 300微秒。
3.根據(jù)權利要求I所述一種金屬材料的電磁聲發(fā)射無損檢測裝置，其特征在于所述PC機根據(jù)所采集到的聲發(fā)射信號進行二維時差定位，其計算步驟是首先確定相應金屬材料的波速V，以及計算壓電換能器S1的探頭和壓電換能器S3的探頭間距為a，壓電換能器S2的探頭和壓電換能器S4的探頭的間距為b，根據(jù)PC機采集到的聲發(fā)射信號先后順序，確定壓電換能器S1和壓電換能器S3采集信號的時差△ t1;以及壓電換能器S2和壓電換能器S4間采集信號的時差At2，根據(jù)計算公式得到聲發(fā)射源，即裂紋尖端位置的坐標
全文摘要
本發(fā)明一種金屬材料的電磁聲發(fā)射無損檢測裝置，涉及利用聲波發(fā)射技術測試金屬材料中的裂紋型缺陷，檢測方法的步驟是將脈沖大電流發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖大電流，加載到待測金屬材料上，若待測金屬材料存在裂紋，會被激發(fā)出聲發(fā)射信號，該聲發(fā)射信號被四個壓電傳感器檢測并通過信號線輸入前置放大器，由該前置放大器放大聲發(fā)射信號并輸入PC機，該PC機根據(jù)所采集到的聲發(fā)射信號進行二維時差定位，定位檢測出該待測金屬材料存在的裂紋缺陷；所用裝置包括脈沖大電流發(fā)生器、四個壓電換能器、前置放大器和PC機。本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術在金屬材料檢測過程中會對待測金屬材料結構造成二次損傷的缺點，擴大了聲發(fā)射技術應用范圍和提高其識別效率，適于工業(yè)應用。
文檔編號G01N27/82GK102645484SQ20121014088
公開日2012年8月22日 申請日期2012年5月9日 優(yōu)先權日2012年5月9日
發(fā)明者李勁松, 金亮 申請人:天津工業(yè)大學