無損檢測在檢測過程中并不會對檢測對象的物理性能及化學性能造成影響。通過無損檢測可對材料危害程度、壽命、應承力及安全系數(shù)等進行綜合性研判， 以此來反映出材料的質(zhì)量。超聲無損檢測是較為常見且有效的方法之一。

    1 超聲無損檢測概述

　　在非線性超聲技術(shù)應用過程中事實上其加載方式具有多種形式，其中包括拉伸、沖擊、高溫蠕變等。對于絕大多數(shù)工程材料而言疲勞是造成構(gòu)件失效的主要方式， 材料在疲勞負荷下必然會使其力學性能有所消退從而影響其壽命。在相關(guān)研究中證實AA2024-T4 鋁合金試件于10Hz 頻率下通過加壓荷載進行循環(huán)疲勞試驗，然后利用顯微鏡對材料進行觀察，可以明顯發(fā)現(xiàn)通過上述實驗處理造成了材料表面出現(xiàn)微裂紋，但以宏觀角度去對材料進行審視并無法清晰地將材料性能變化反映出來。從非線性實驗來看非線性系數(shù)與循環(huán)處理次數(shù)存在著明顯的關(guān)系， 研究中發(fā)現(xiàn)通過非線性超聲實驗得出在疲勞載荷的作用下，于宏觀微裂紋出現(xiàn)前，當循環(huán)載荷次數(shù)逐漸上升時，材料的非線性系數(shù)也會隨之上升，但從線性聲學系數(shù)來看并不會出現(xiàn)太大變化。而通過利用非線性超聲實驗可在材料原件出現(xiàn)宏觀可見微裂紋前便可捕捉到微結(jié)構(gòu)變化及力學性能蛻變情況，由此可準確判別出材料失效過程，并可以此作為參考為材料維護提供支持。雖然非線性超聲實驗可將材料的損耗情況及性能退化情況較為清晰地反映出來， 但是實驗手段并不多，涉及范圍較小，其體系還需要進一步完善。

    2 超聲無損檢測分析

　　通常情況下非線性超聲無損檢測系統(tǒng)當中涵蓋了主機、低通濾波器、高能衰減器、示波器以及微型計算機等。在系統(tǒng)工作過程中主機會對正弦脈沖信號產(chǎn)生激發(fā)作用， 然后由低通濾波器將高頻部分過濾， 然后再通過高能衰減器將低頻部分過濾。經(jīng)過上述處理后可將其傳遞于發(fā)射換能器并通過轉(zhuǎn)換作用將電信號轉(zhuǎn)變?yōu)槌暡ā３暡ㄍ高^試件后再由接收轉(zhuǎn)換器重新轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺罱K由非線性系統(tǒng)接收。另一方面主機與示波器相連接并以其作為輸出設(shè)備， 主機與計算機連接并可通過計算機對測試參數(shù)及控制試驗數(shù)據(jù)進行有效接收及處理。在實際檢測過程中超聲無損檢測對象事實上是電信號，常用的換能器是壓電式換能器，在壓電效應的作用下可實現(xiàn)機械振動與電信號的相互轉(zhuǎn)換。當然換能器在應用時其自身也會消耗部分功率。壓電探頭主要以接觸式與液浸式最為常見，其中液浸式需要液體環(huán)境支持才可有效接收信號，該方式并不會與試件直接接觸； 接觸式探頭可直接置于試件表面來采集信號。在整個檢測過程中超聲頻率對其探測能力具有絕對性的影響。頻率上升則波長下降，此時得到的聲束收窄并可保持集中方式，對于小缺陷的探知能力將大幅度提升，但高頻超聲波在材料中會產(chǎn)生較為明顯的衰減作用， 其穿透能力有限；而低頻超聲波由于其頻率低，波長較長，因此會得到較寬的聲束帶使得能量無法集中， 因此無法對材料缺陷進行有效發(fā)掘，但它在材料中衰減程度較小，因此具備了較強的穿透力。基于上述原理一般在細小顆粒材料檢測時會將頻率設(shè)定為2.5~5MHz，而對于粗大顆粒材料或散射能力較強的材料這采用0.5~1MHz 頻率進行檢測。

    激勵波形選擇也是檢測過程中較為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)， 可選用單頻連續(xù)正弦波作為信號源， 但這種信號源產(chǎn)生的信號軸向分辨能力并不理想，在定位缺陷判定中效果也不佳；而單脈沖正弦波則可獲取高幅度的激勵波形， 因此具備了較高水平的軸向分辨力， 但在接收端并不能充分地對信號成分來源進行判斷且超聲波時間較短， 因此無法精確地作出超聲非線性響應，這使其作用受到了極大的限制。在測試信號處理過程中主要流程如下： 示波器經(jīng)過數(shù)據(jù)采集后得到時域波形， 再通過FFT 變換作用得到頻域波形， 讀取幅值后便可得到基波幅值以及倍波幅值，通過計算獲取相應的非線性系數(shù)。對于材料力學性能退化超聲無損檢測而言若要使其有效實現(xiàn)則必然要構(gòu)建出行之有效的理論模型，并建立相關(guān)的定量關(guān)系，如今此項研究已經(jīng)取得了一定的進展， 通過將材料微觀結(jié)構(gòu)來反映出超聲特性與材料宏觀力學性能的聯(lián)系。當然目前以超聲無損技術(shù)對材料力學性能退化進行測定僅限于金屬材料， 其體系還有待完善。

    3 結(jié)語

　　目前來看材料力學性能退化的超聲無損檢測相關(guān)技術(shù)體系還處于發(fā)展當中， 還需要進行不同類別的實驗才能逐漸構(gòu)建出理論模型，使材料宏觀力學特征、微觀力學特征以及超聲波非線性行為緊密結(jié)合，從而得到良好的檢出效果。

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責任編輯：龐雪潔

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