專利名稱：金屬構(gòu)件損傷無損檢測系統(tǒng)及檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及檢測系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及ー種能分別收集電、熱、聲、力多信息融合后確認(rèn)金屬構(gòu)件損傷狀態(tài)的檢測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前對裝備廢舊零部件進(jìn)行無損檢測和壽命評估以確定其是否具有再制造價(jià)值是毛坯件再制造整個(gè)過程中的第一歩，同時(shí)也是至關(guān)重要的ー環(huán)，它直 接關(guān)系到再制造產(chǎn)品的安全性、可靠性和社會對再制造產(chǎn)品的認(rèn)可程度。而目前研究較多的無損檢測技術(shù)有磁粉檢測技術(shù)、滲透檢測技術(shù)、エ業(yè)CT檢測技術(shù)、超聲檢測技木、渦流檢測技術(shù)、金屬磁記憶檢測技術(shù)等。但這些檢測技術(shù)僅適用于檢測達(dá)到一定宏觀尺寸的缺陷。在上述無損檢測技術(shù)中，磁粉檢測技術(shù)僅能檢測到鐵磁材料I 2mm深度的宏觀缺陷；滲透檢測技術(shù)僅能檢測致密性金屬的表面開ロ型宏觀缺陷；エ業(yè)CT檢測技術(shù)需要對射線進(jìn)行較好的防護(hù)，而且對于面狀缺陷，若射線方向與面平行則很難檢出；超聲檢測時(shí)需要使用耦合劑，僅對宏觀缺陷比較敏感；渦流檢測存在集膚效應(yīng)，所以只能檢測零件表層的缺陷，且易受零件表面積碳等導(dǎo)電覆蓋層凸凹度的影響；金屬磁記憶檢測技術(shù)是ー種新興的無損檢測技術(shù)，磁記憶的機(jī)理還不是非常明確，因此應(yīng)用磁記憶信號定量預(yù)測鐵磁構(gòu)件的壽命還需要其基礎(chǔ)理論的進(jìn)ー步發(fā)展。目前也用將聲發(fā)射、紅外等技術(shù)用于材料檢測的，但這些技術(shù)只能單獨(dú)收集相關(guān)數(shù)據(jù)，卻無法從多個(gè)方向?qū)ρb備的金屬構(gòu)件壽命、損傷進(jìn)行準(zhǔn)備判斷得出檢測結(jié)果。而裝備的壽命評估是目前尚未解決的世界難題，現(xiàn)有發(fā)展無損檢測技術(shù)都存在各自的局限性，因此急需發(fā)展ー種可靠的多判據(jù)裝備健康診斷系統(tǒng)，以較高的精度研判裝備損傷程度，并動態(tài)監(jiān)測構(gòu)件的損傷過程，為裝備到達(dá)壽命自動化預(yù)警提供前期技術(shù)支持。

發(fā)明內(nèi)容
基于上述現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明提供ー種金屬構(gòu)件損傷無損檢測系統(tǒng)及檢測方法，可同時(shí)收集金屬構(gòu)件性能測試中的電、熱、聲、力多信息，用于確定金屬構(gòu)件損傷程度的無損檢測結(jié)果，有效提高了檢測的可靠性和準(zhǔn)備性。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案具體如下本發(fā)明給出ー種金屬構(gòu)件損傷無損檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括主控系統(tǒng)、動態(tài)微電阻監(jiān)測系統(tǒng)、聲發(fā)射信號采集系統(tǒng)、紅外熱信號采集系統(tǒng)以及力與位移信號采集系統(tǒng)；其中，收集金屬構(gòu)件性能測試中動態(tài)微電阻信號的所述動態(tài)微電阻監(jiān)測系統(tǒng)、收集金屬構(gòu)件性能測試中聲發(fā)射信號的所述聲發(fā)射信號采集系統(tǒng)、收集金屬構(gòu)件性能測試中紅外熱信號的所述紅外熱信號采集系統(tǒng)和收集金屬構(gòu)件性能測試中力與位移信號的所述力與位移信號采集系統(tǒng)，分別與接收微電阻數(shù)據(jù)信息、聲數(shù)據(jù)信息、熱數(shù)據(jù)信息以及カ與位移數(shù)據(jù)信息并進(jìn)行匯總處理的主控系統(tǒng)連接。
其中，所述動態(tài)微電阻監(jiān)測系統(tǒng)包括微電阻測量夾頭和微電阻信號處理裝置；其中，收集動態(tài)微電阻信號的所述微電阻測量夾頭與接收并處理所收集的動態(tài)微電阻信號的所述微電阻信號處理裝置電連接。其中，所述微電阻信號處理裝置采用TH2512型直流微電阻測量儀。其中，所述聲發(fā)射信號采集系統(tǒng)包括聲發(fā)射探頭和聲信號處理裝置；其中，收集聲發(fā)射信號的所述聲發(fā)射探頭與接收并處理所收集的聲發(fā)射信號的所述聲信號處理裝置電連接。
其中，所述聲發(fā)射信號采集系統(tǒng)采用帶有聲發(fā)射探頭的18位PCI-2型聲發(fā)射信號監(jiān)測儀。其中，所述紅外熱信號采集系統(tǒng)包括紅外熱信號采集器和紅外熱信號處理裝置；其中，收集紅外熱信號的所述紅外熱信號采集器與接收并處理所收集的紅外熱信號的所述紅外熱信號處理裝置電連接。其中，所述紅外熱信號采集器采用紅外熱像儀。其中，所述主控系統(tǒng)包括第一接收裝置、第二接收裝置、第三接收裝置、第四接收裝置和數(shù)據(jù)匯總處理裝置；其中，接收所述動態(tài)微電阻監(jiān)測系統(tǒng)輸出微電阻數(shù)據(jù)信息的所述第一接收裝置、接收所述聲發(fā)射信號采集系統(tǒng)輸出聲數(shù)據(jù)信息的所述第二接收裝置所述、接收所述紅外熱信號采集系統(tǒng)輸出熱數(shù)據(jù)信息的所述第三接收裝置，以及接收所述力與位移信號采集系統(tǒng)輸出力數(shù)據(jù)信息的所述第四接收裝置，分別與接收微電阻數(shù)據(jù)信息、聲數(shù)據(jù)信息、熱數(shù)據(jù)信息及カ數(shù)據(jù)信息并進(jìn)行匯總處理的所述數(shù)據(jù)匯總處理裝置電連接。本發(fā)明還提供ー種金屬構(gòu)件損傷無損檢測方法，該方法包括采用上述的檢測系統(tǒng)；將所述系統(tǒng)中的動態(tài)微電阻監(jiān)測系統(tǒng)、聲發(fā)射信號采集系統(tǒng)、紅外熱信號采集系統(tǒng)和カ與位移信號采集系統(tǒng)分別與所檢測的金屬構(gòu)件連接；在對所檢測金屬構(gòu)件施加各種力學(xué)性能測試過程中，通過所述動態(tài)微電阻監(jiān)測系統(tǒng)、聲發(fā)射信號采集系統(tǒng)、紅外熱信號采集系統(tǒng)和カ與位移數(shù)據(jù)信息分別收集所述金屬構(gòu)件的動態(tài)微電阻信號、聲發(fā)射信號、紅外熱信號以及カ與位移信號；由所述動態(tài)微電阻監(jiān)測系統(tǒng)、聲發(fā)射信號采集系統(tǒng)和紅外熱信號采集系統(tǒng)分別對收集的所述動態(tài)微電阻信號、聲發(fā)射信號、紅外熱信號以及カ與位移信號處理后，分別得到的微電阻數(shù)據(jù)信息、聲數(shù)據(jù)信息、熱數(shù)據(jù)信息及力數(shù)據(jù)信息輸出至所述系統(tǒng)的主控系統(tǒng)；所述主控系統(tǒng)對收到的所述微電阻數(shù)據(jù)信息、聲數(shù)據(jù)信息、熱數(shù)據(jù)信息及カ數(shù)據(jù)信息進(jìn)行匯總后處理得出對所檢測金屬構(gòu)件損傷的無損檢測結(jié)果。其中，所述通過所述動態(tài)微電阻監(jiān)測系統(tǒng)、聲發(fā)射信號采集系統(tǒng)、紅外熱信號采集系統(tǒng)和カ與位移數(shù)據(jù)信息分別收集所述金屬構(gòu)件的動態(tài)微電阻信號、聲發(fā)射信號、紅外熱信號以及カ與位移信號包括
所述動態(tài)微電阻監(jiān)測系統(tǒng)的電阻量程為mQ，為高頻采集電阻信號，每秒采集10個(gè)微電阻數(shù)據(jù)點(diǎn)；所述聲發(fā)射信號采集系統(tǒng)采集的諧振頻率為140KHZ ;聲發(fā)射探頭前放增益為40dB ；所述紅外熱信號采集系統(tǒng)的溫度采集區(qū)間為0 250°C。本發(fā)明的有益效果是通過將動態(tài)微電阻監(jiān)測系統(tǒng)、聲發(fā)射信號采集系統(tǒng)、紅外熱信號采集系統(tǒng)和カ與位移信號采集系統(tǒng)分別與主控系統(tǒng)電連接，可在對金屬構(gòu)件性能測試中，同時(shí)通過動態(tài)微電阻監(jiān)測系統(tǒng)收集金屬構(gòu)件性能測試中的動態(tài)微電阻信號、聲發(fā)射信號采集系統(tǒng)收集金屬構(gòu)件性能測試中的聲發(fā)射信號、紅外熱信號采集系統(tǒng)收集金屬構(gòu)件性能測試中的紅外熱信號以及カ與位移信號采集系統(tǒng)收集金屬構(gòu)件性能測試中力與位移信號，并處理后形成微電阻數(shù)據(jù)信息、聲數(shù)據(jù)信息、熱數(shù)據(jù)信息和カ數(shù)據(jù)信號傳送至主控系統(tǒng)，經(jīng)主控系統(tǒng)匯總處理后得出對金屬構(gòu)件損傷的檢測結(jié)果。該系統(tǒng)由于可同時(shí)收集金屬構(gòu)件性能測試中的電、熱、聲、力等多信息，突破了單判據(jù)準(zhǔn)確性不夠的限制，確保了在無損 狀態(tài)下對金屬構(gòu)件損傷檢測的準(zhǔn)確性，進(jìn)而大大提升了對裝備壽命評估的可靠性和準(zhǔn)確性。


下面給出實(shí)施例描述中所需要使用的附圖。圖I為本發(fā)明實(shí)施例I提供的檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的動態(tài)微電阻監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的聲發(fā)射信號采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的紅外熱信號采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的力與位移信號采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的主控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明實(shí)施例所檢測的金屬構(gòu)件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本發(fā)明實(shí)施例提供的檢測系統(tǒng)使用狀態(tài)示意圖；圖9為本發(fā)明實(shí)施例檢測系統(tǒng)檢測得到的應(yīng)カ-應(yīng)變曲線；圖10為本發(fā)明實(shí)施例檢測系統(tǒng)檢測得到的位移-時(shí)間關(guān)系曲線；圖11為本發(fā)明實(shí)施例檢測系統(tǒng)檢測得到的金屬構(gòu)件焊縫處溫度變化規(guī)律曲線；圖12為本發(fā)明實(shí)施例檢測系統(tǒng)檢測得到的金屬構(gòu)件的微電阻動態(tài)變化規(guī)律曲線；圖13為本發(fā)明實(shí)施例檢測系統(tǒng)檢測得到的金屬構(gòu)件的聲發(fā)射幅值信號；圖14為本發(fā)明實(shí)施例檢測系統(tǒng)檢測得到的金屬構(gòu)件的聲發(fā)射能量信號；
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)ー步具體說明。第一實(shí)施例本實(shí)施例給出ー種金屬構(gòu)件損傷無損檢測系統(tǒng)，可以對各種裝備的金屬構(gòu)件進(jìn)行無損檢測，得出金屬構(gòu)件損傷狀態(tài)的準(zhǔn)確結(jié)果，提高檢測的可靠性與準(zhǔn)確性，如圖I所示，該系統(tǒng)包括主控系統(tǒng)、動態(tài)微電阻監(jiān)測系統(tǒng)、聲發(fā)射信號采集系統(tǒng)、紅外熱信號采集系統(tǒng)和力與位移信號采集系統(tǒng)；其中，動態(tài)微電阻監(jiān)測系統(tǒng)用于收集金屬構(gòu)件性能測試中動態(tài)微電阻信號，并對微電阻信號進(jìn)行處理后得到微電阻數(shù)據(jù)信息；聲發(fā)射信號采集系統(tǒng)收集金屬構(gòu)件性能測試中聲發(fā)射信號，并對聲發(fā)射信號進(jìn)行處理后得到聲數(shù)據(jù)信息；紅外熱信號采集系統(tǒng)用于收集金屬構(gòu)件性能測試中紅外熱信號，并對紅外熱信號處理后得到熱數(shù)據(jù)信息；力與位移信號采集系統(tǒng)用于收集金屬構(gòu)件性能測試中力與位移信號，并對カ與位移信號處理后得到力數(shù)據(jù)信息；動態(tài)微電阻監(jiān)測系統(tǒng)、聲發(fā)射信號采集系統(tǒng)、紅外熱信號采集系統(tǒng)和カ與位移信 號采集系統(tǒng)分別與主控系統(tǒng)電連接；可將處理后的微電阻數(shù)據(jù)信息、聲數(shù)據(jù)信息、熱數(shù)據(jù)信息及力數(shù)據(jù)信息輸出至主控系統(tǒng)，主控系統(tǒng)可對接收的微電阻數(shù)據(jù)信息、聲數(shù)據(jù)信息、熱數(shù)據(jù)信息及力數(shù)據(jù)信息進(jìn)行匯總處理，得出對金屬構(gòu)件的檢測結(jié)果。如圖2所示，上述系統(tǒng)中的動態(tài)微電阻監(jiān)測系統(tǒng)包括微電阻測量夾頭和微電阻信號處理裝置；其中，收集動態(tài)微電阻信號的微電阻測量夾頭與接收并處理所收集的動態(tài)微電阻信號的微電阻信號處理裝置電連接，微電阻信號處理裝置接收微電阻信號后進(jìn)行處理得到微電阻數(shù)據(jù)信息。實(shí)際中，上述動態(tài)微電阻監(jiān)測系統(tǒng)可采用帶有微電阻測量夾頭的TH2512型直流低電阻測量儀。如圖3所示，上述系統(tǒng)中的聲發(fā)射信號采集系統(tǒng)包括聲發(fā)射探頭和聲信號處理裝置；其中，收集聲發(fā)射信號的聲發(fā)射探頭與接收并處理所收集的聲發(fā)射信號的聲信號處理裝置電連接，聲信號處理裝置接收聲發(fā)射信號后進(jìn)行處理得到聲數(shù)據(jù)信息。實(shí)際中，上述聲發(fā)射信號采集系統(tǒng)可采用帶有聲發(fā)射探頭的18位PCI-2型聲發(fā)射信號監(jiān)測儀。如圖4所示，上述系統(tǒng)中的紅外熱信號采集系統(tǒng)包括紅外熱信號采集器和紅外熱信號處理裝置；其中，收集紅外熱信號的紅外熱信號采集器與接收并處理所收集的紅外熱信號的紅外熱信號處理裝置電連接，紅外熱信號處理裝置接收紅外熱信號后進(jìn)行處理得到熱數(shù)據(jù)信息。實(shí)際中，上述紅外熱信號采集系統(tǒng)的紅外熱信號采集器可采用紅外熱像儀，如可采用Flir紅外熱像儀。如圖5所示，上述系統(tǒng)中的力與位移信號采集系統(tǒng)包括力與位移傳感器和力與位移信號處理裝置；其中，收集カ與位移信號的力與力與位移傳感器與接收并處理所收集的力與位移信號的位移信號處理裝置電連接，位移信號處理裝置接收カ與位移信號后進(jìn)行處理得到力數(shù)據(jù)信息。
實(shí)際中，上述力與位移信號采集系統(tǒng)可采用帶有力與位移傳感器的檢測儀，也可采用類似于材料力學(xué)性能試驗(yàn)機(jī)上的力與位移檢測系統(tǒng)。如圖6所示，上述系統(tǒng)中的主控系統(tǒng)包括第一接收裝置、第二接收裝置、第三接收裝置、第四接收裝置和數(shù)據(jù)匯總處理裝置；第一接收裝置、第二接收裝置、第三接收裝置和第四接收裝置分別與數(shù)據(jù)匯總處理裝置電連接；其中，第一接收裝置接收動態(tài)微電阻監(jiān)測系統(tǒng)輸出的微電阻數(shù)據(jù)信息，并將該微電阻數(shù)據(jù)信息向數(shù)據(jù)匯總處理裝置輸出；第二接收裝置聲發(fā)射信號采集系統(tǒng)輸出的聲數(shù)據(jù)信息，并將該聲發(fā)射信息向數(shù)據(jù)匯總處理裝置輸出；第三接收裝置接收紅外熱信號采集系統(tǒng)輸出的熱數(shù)據(jù)信息，并將該熱數(shù)據(jù)信息向 數(shù)據(jù)匯總處理裝置輸出；第四接收裝置接收カ與位移信號采集系統(tǒng)輸出的力數(shù)據(jù)信息，并將該力數(shù)據(jù)信息向數(shù)據(jù)匯總處理裝置輸出；數(shù)據(jù)匯總處理裝置接收微電阻數(shù)據(jù)信息、聲數(shù)據(jù)信息、熱數(shù)據(jù)信息及力數(shù)據(jù)信息并進(jìn)行匯總處理，得出對金屬構(gòu)件損傷的最后檢測結(jié)果。本實(shí)施例的檢測系統(tǒng)，通過將動態(tài)微電阻監(jiān)測系統(tǒng)、聲發(fā)射信號采集系統(tǒng)、紅外熱信號采集系統(tǒng)和カ與位移信號采集系統(tǒng)分別與主控系統(tǒng)電連接，可在對金屬構(gòu)件性能測試中，同時(shí)通過動態(tài)微電阻監(jiān)測系統(tǒng)收集金屬構(gòu)件性能測試中的動態(tài)微電阻信號、聲發(fā)射信號采集系統(tǒng)收集金屬構(gòu)件性能測試中的聲發(fā)射信號、紅外熱信號采集系統(tǒng)收集金屬構(gòu)件性能測試中的紅外熱信號以及カ與位移信號采集系統(tǒng)收集金屬構(gòu)件性能測試中力與位移信號，并處理后形成微電阻數(shù)據(jù)信息、聲數(shù)據(jù)信息、熱數(shù)據(jù)信息和カ數(shù)據(jù)信號傳送至主控系統(tǒng)，經(jīng)主控系統(tǒng)匯總處理后得出對金屬構(gòu)件損傷的檢測結(jié)果。該系統(tǒng)由于可同時(shí)收集金屬構(gòu)件性能測試中的電、熱、聲、力等多信息，突破了單判據(jù)準(zhǔn)確性不夠的限制，確保了在無損狀態(tài)下對金屬構(gòu)件損傷檢測的準(zhǔn)確性，進(jìn)而大大提升了對裝備壽命評估的可靠性和準(zhǔn)確性。第二實(shí)施例本實(shí)施例提供ー種金屬構(gòu)件損傷無損檢測方法，是利用第一實(shí)施例給出的檢測系統(tǒng)對金屬構(gòu)件損傷進(jìn)行無損檢測的方法，該方法包括采用上述第一實(shí)施例給出的檢測系統(tǒng)；將所述系統(tǒng)中的動態(tài)微電阻監(jiān)測系統(tǒng)、聲發(fā)射信號采集系統(tǒng)、紅外熱信號采集系統(tǒng)和カ與位移信號采集系統(tǒng)分別與所檢測的金屬構(gòu)件連接；在對所檢測金屬構(gòu)件施加各種力學(xué)性能測試過程中，通過所述動態(tài)微電阻監(jiān)測系統(tǒng)、聲發(fā)射信號采集系統(tǒng)、紅外熱信號采集系統(tǒng)和カ與位移數(shù)據(jù)信息分別收集所述金屬構(gòu)件的動態(tài)微電阻信號、聲發(fā)射信號、紅外熱信號以及カ與位移信號；由所述動態(tài)微電阻監(jiān)測系統(tǒng)、聲發(fā)射信號采集系統(tǒng)和紅外熱信號采集系統(tǒng)分別對收集的所述動態(tài)微電阻信號、聲發(fā)射信號、紅外熱信號以及カ與位移信號處理后，分別得到的微電阻數(shù)據(jù)信息、聲數(shù)據(jù)信息、熱數(shù)據(jù)信息及力數(shù)據(jù)信息輸出至所述系統(tǒng)的主控系統(tǒng)；所述主控系統(tǒng)對收到的所述微電阻數(shù)據(jù)信息、聲數(shù)據(jù)信息、熱數(shù)據(jù)信息及カ數(shù)據(jù)信息進(jìn)行匯總后處理得出對所檢測金屬構(gòu)件損傷的無損檢測結(jié)果。上述方法中，通過所述動態(tài)微電阻監(jiān)測系統(tǒng)、聲發(fā)射信號采集系統(tǒng)、紅外熱信號采集系統(tǒng)和カ與位移數(shù)據(jù)信息分別收集所述金屬構(gòu)件的動態(tài)微電阻信號、聲發(fā)射信號、紅外熱信號以及カ與位移信號具體包括所述的動態(tài)微電阻監(jiān)測系統(tǒng)的電阻量程為mQ，為高頻采集電阻信號，每秒采集10個(gè)微電阻數(shù)據(jù)點(diǎn)；所述聲發(fā)射信號采集系統(tǒng)采集的諧振頻率為140KHZ ;聲發(fā)射探頭前放增益為40dB ；所述紅外熱信號采集系統(tǒng)的溫度采集區(qū)間為0 250°C。下面結(jié)合對金屬構(gòu)件的具體檢測過程，對上述檢測系統(tǒng)及檢測方法作進(jìn)ー步說
以對圖7所示的金屬構(gòu)件的檢測為例，該金屬構(gòu)件是一種圓截面標(biāo)準(zhǔn)金屬構(gòu)件，采用仿制歐II發(fā)動機(jī)排氣門實(shí)際零件制成，該金屬構(gòu)件由兩種合金材料經(jīng)摩擦焊接而成，左部分I是NiCr20TiAl合金材料，右部分2是5Cr9Si3合金材料中間由焊縫3隔開，構(gòu)件右端的圓形槽4用于固定聲發(fā)射探頭。采用5T電液伺服動靜萬能疲勞試驗(yàn)機(jī)作為檢測金屬構(gòu)件的試驗(yàn)機(jī)5，該試驗(yàn)機(jī)可進(jìn)行高周高頻疲勞試驗(yàn)和靜載拉伸試驗(yàn)等，將金屬構(gòu)件夾持在該試驗(yàn)機(jī)5的高壓夾頭上(見圖8)，可以測試金屬構(gòu)件的各項(xiàng)性能。分別采用帶有微電阻測量夾頭的TH2512型直流低電阻測量儀作為動態(tài)微電阻監(jiān)測系統(tǒng)、帶有聲發(fā)射探頭的18位PCI-2型聲發(fā)射信號監(jiān)測儀作為聲發(fā)射信號采集系統(tǒng)以及帶有紅外熱信號采集器的Flir紅外熱像儀作為紅外熱信號采集系統(tǒng)；力與位移信號采集應(yīng)用該試驗(yàn)機(jī)自帶的力與位移數(shù)據(jù)采集裝置；將各采集系統(tǒng)的微電阻測量夾頭、聲發(fā)射探頭連接到設(shè)置在試驗(yàn)機(jī)夾頭上的金屬構(gòu)件上，紅外熱信號采集器與金屬構(gòu)件位置相對應(yīng)，以對試驗(yàn)機(jī)測試金屬構(gòu)件過程中的微電阻信號、聲發(fā)射信號、紅外熱信號及力與位移信號進(jìn)行采集。對金屬構(gòu)件進(jìn)行靜載拉伸驗(yàn)證試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)機(jī)控制模式設(shè)置為“Force”控制模式，函數(shù)發(fā)生器類型定義為“Mono-Segment Wave”，加載速率定義為0. 1KN/S，試驗(yàn)機(jī)配套數(shù)據(jù)采集裝置定義為力與位移參量采集；TH2512微電阻測量儀電阻量程設(shè)為檔，電阻信號設(shè)為高頻采集，毎秒采集約10個(gè)微電阻數(shù)據(jù)點(diǎn)；考慮環(huán)境溫度和塑性變形中產(chǎn)熱導(dǎo)致的溫升等因素，設(shè)置Flir紅外熱像儀的溫度記錄區(qū)間為13.4 30°C (Flir紅外熱像儀實(shí)際檢測溫度可達(dá)0 250°C ) ;18位PCI-2聲發(fā)射信號監(jiān)測儀的探頭諧振頻率設(shè)為140KHz，探頭前放増益設(shè)為40dB，一般試驗(yàn)機(jī)噪聲信號和機(jī)械摩擦等雜質(zhì)信號幅值通常在50dB以下，因此信號門檻值設(shè)為50dB，以盡量采集能反映金屬金屬構(gòu)件內(nèi)部缺陷的實(shí)時(shí)信號。實(shí)際中，也可以根據(jù)所檢測金屬構(gòu)件的不同，對試驗(yàn)機(jī)和各信號監(jiān)測設(shè)備設(shè)置不同的參數(shù)，以采集更能反應(yīng)金屬構(gòu)件內(nèi)部實(shí)際損傷狀態(tài)的參數(shù)。結(jié)合檢測各項(xiàng)信號得到的曲線圖，對檢測結(jié)果分析如下圖9、10是收集應(yīng)カ與位移信號后得到的曲線示意圖，將拉伸過程微電阻變化規(guī)律曲線與位移-時(shí)間曲線進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，在225S前的弾性應(yīng)變階段，電阻不但沒有呈現(xiàn)增大的趨勢，反而出現(xiàn)迅速下降后趨于穩(wěn)定的變化規(guī)律，主要是多晶高合金鋼中的原子排列相對混亂，各晶粒取向更隨機(jī)，在拉伸作用下，各晶粒會產(chǎn)生擇優(yōu)取向，產(chǎn)生“織構(gòu)”，該結(jié)構(gòu)對電子的散射作用相對較弱，拉伸初始階段金屬構(gòu)件伸長量、截面收縮很小忽略不計(jì)，載荷未能達(dá)到位錯(cuò)源開動的臨界值，由聲發(fā)射信號可看出該階段沒有位錯(cuò)生成，因此電阻表現(xiàn)出迅速下降的變化趨勢；隨著應(yīng)力的不斷提高，有利取向滑移系開動，位錯(cuò)產(chǎn)生并增殖，另外金屬構(gòu)件伸長量和截面收縮對阻值的影響增大，三種因素的綜合作用使得弾性形變階段后期試樣電阻趨于穩(wěn)定；當(dāng)拉伸載荷超過彈性極限O e后，應(yīng)變速率顯著加快，電阻也對應(yīng)迅速上升，位錯(cuò)在應(yīng)力作用下大量増殖，位錯(cuò)塞積在晶界和碳化物夾雜等處產(chǎn)生應(yīng)カ集中，當(dāng)載荷増大到一定程度時(shí)，解理微裂紋產(chǎn)生并瞬間長大聚集最終導(dǎo)致試樣斷裂。這ー階段微電阻的變化規(guī)律曲線與位移-吋間曲線有良好的對應(yīng)關(guān)系，金屬構(gòu)件伸長量和截面收縮等非損傷因素對電阻的影響較大，電阻變化是損傷因素和非損傷因素綜合作用的結(jié)果。金屬塑性變形時(shí)，外力所做的功除大部分轉(zhuǎn)化為熱量之外，約有10%的變形功被保留在金屬內(nèi)部，它們以殘余應(yīng)カ和點(diǎn)陣畸變的形式儲存，在這約10%的儲存能絕大部分消耗于位錯(cuò)和空位等晶體缺陷造成的點(diǎn)陣畸變，這一部分儲存能可以通過對晶體結(jié)構(gòu)敏感的微電阻宏觀反應(yīng)出來，前面已做過論述。對于金屬構(gòu)件韌性損傷過程外力所做功轉(zhuǎn)化成的熱能則可應(yīng)用紅外熱像儀實(shí)時(shí)監(jiān)測金屬構(gòu)件溫度場的分布加以分析，圖11表示的是金屬構(gòu)件韌性損傷過程焊縫處的溫度變化規(guī)律，實(shí)際檢測中，可通過紅外熱像圖看出彈性應(yīng) 變區(qū)、應(yīng)變硬化區(qū)和金屬構(gòu)件斷裂瞬間典型時(shí)間點(diǎn)的區(qū)別，熱像圖呈現(xiàn)出顔色差異直觀的反應(yīng)了金屬構(gòu)件不同應(yīng)變區(qū)間的溫度場分布。前面已經(jīng)分析過韌性損傷過程中的溫升對金屬構(gòu)件阻值的影響很小，但對比阻值動態(tài)變化曲線和焊縫區(qū)的溫度變化規(guī)律發(fā)現(xiàn)它們之間存在良好對應(yīng)關(guān)系，溫度變化曲線也呈先下降后趨于平緩最后迅速上升的變化規(guī)律。這種現(xiàn)象可以解釋為，金屬構(gòu)件表面溫度場分布和微電阻均為其內(nèi)部能量累積效應(yīng)的外在表現(xiàn)，隨著拉伸載荷的増大，位錯(cuò)增值并運(yùn)動、滑移、微裂紋的生成以及晶粒間的摩擦都會加劇，釋放的熱能逐漸增多并累積，以致金屬構(gòu)件表面溫度場溫升速率不斷増大。圖12是金屬構(gòu)件的微電阻動態(tài)變化規(guī)律曲線圖，圖12與圖11有相似之處，但也有差異，溫度變化曲線在約270S時(shí)才出現(xiàn)明顯的溫升拐點(diǎn)，而微電阻變化拐點(diǎn)出現(xiàn)在約225S，溫升拐點(diǎn)相對滯后了約45S，這證實(shí)了微電阻的組織敏感性，說明應(yīng)用微電阻進(jìn)行壽命預(yù)警更優(yōu)越，分析溫升滯后的原因認(rèn)為滯后時(shí)間段內(nèi)由于產(chǎn)熱不夠快，環(huán)境溫度較低散熱速率較大，使得產(chǎn)散熱達(dá)到了平衡所致。金屬塑性變形通常由位錯(cuò)運(yùn)動和孿生變形引起，孿生常發(fā)生在錫、鋅、鈦等金屬中，并伴隨較高幅值的聲發(fā)射信號產(chǎn)生，實(shí)時(shí)監(jiān)測得到的聲發(fā)射信號顯示金屬構(gòu)件在斷裂之前沒有較高幅值的聲發(fā)射信號，判斷該金屬構(gòu)件的塑性變形主要由位錯(cuò)運(yùn)動引起。在金屬材料的韌性斷裂過程中聲發(fā)射信號源有晶界滑動、位錯(cuò)源開動、位錯(cuò)運(yùn)動、滑移帶形成、微裂紋萌生、擴(kuò)展及斷裂的瞬間等，聲發(fā)射信號易受到外界復(fù)雜噪聲信號干擾，通過前期金屬構(gòu)件的高周疲勞初期(在疲勞初期因?yàn)檫€沒有微觀損傷產(chǎn)生，所以試驗(yàn)過程存在且僅有跟韌性拉伸過程相似的試驗(yàn)機(jī)噪聲信號和夾頭與金屬構(gòu)件間的摩擦聲信號)聲發(fā)射信號測試可知噪聲信號幅值集中在50dB以下，因此本實(shí)施例中將濾波門檻值設(shè)為50dB，以較高精度實(shí)時(shí)監(jiān)測和反饋金屬構(gòu)件韌性損傷過程的聲發(fā)射信號。圖13、圖14分別是測得的聲發(fā)射信號幅值分布及各信號對應(yīng)的能量特征，可見75S前產(chǎn)生的都是已被過濾掉的50dB以下的噪聲干擾信號，75S后隨著拉伸載荷的增加幅值高于50dB的聲發(fā)射信號開始出現(xiàn)且有升高和增密的傾向，這與材料損傷的實(shí)際過程是相符的，即隨著載荷的増加，位錯(cuò)源開動，位錯(cuò)迅速増殖并移動，滑移帶形成，此時(shí)聲發(fā)射信號相對較弱，微裂紋的萌生和擴(kuò)展出現(xiàn)幅值和能量相對較高的信號，但從監(jiān)測結(jié)果來看，除試樣瞬間斷裂時(shí)產(chǎn)生了高能量的信號外(約2000ii V-sec，圖14中未標(biāo)出)，其它信號能量均在20 ii V-sec以下，是比較低的。分析原因，一是該種混合材料焊縫處產(chǎn)生的細(xì)微裂紋所釋放弾性波能量本身就很微弱；ニ是在高拉伸載荷作用下，裂紋擴(kuò)展的時(shí)間很短，主裂紋形成后瞬間引起了金屬構(gòu)件斷裂。通過上述檢測過程，利用電、熱、聲、力多信息融合對金屬材料韌性損傷過程進(jìn)行檢測，可以看出同步測得的動態(tài)微電阻信號、紅外熱信號、聲發(fā)射信號間存在著密切的內(nèi)在映射關(guān)系，其中微電阻變化規(guī)律曲線和焊縫處溫度的變化曲線都有先下降后趨于平緩后迅速上升的變化趨勢。該雙材料金屬構(gòu)件韌性損傷過程中的聲發(fā)射信號除斷裂點(diǎn)外其余能量較低，可確認(rèn)金屬構(gòu)件在主裂紋形成以后，在瞬間發(fā)生斷裂。并且，微電阻和紅外熱信號曲線拐點(diǎn)與金屬構(gòu)件應(yīng)力-應(yīng)變曲線的屈服極限有良好的對應(yīng)，因此通過動態(tài)微電阻和紅外熱信號可較準(zhǔn)確捕捉到金屬材料的屈服極限并實(shí)現(xiàn)預(yù)警。綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例的檢測系統(tǒng)可較詳實(shí)地研判金屬構(gòu)件損傷過程微觀缺陷 的變化特點(diǎn)，與單判據(jù)無損檢測手段相比更具優(yōu)越性，可提高裝備壽命評估的可靠性和準(zhǔn)確性，對再制造產(chǎn)品的生產(chǎn)和推廣具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。上述僅是本發(fā)明較佳實(shí)施例，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限在這些實(shí)施例，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露技術(shù)范圍內(nèi)，可以想到的變化及替換，都在本發(fā)明保護(hù)范圍內(nèi)。因此，本發(fā)明保護(hù)范圍以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種金屬構(gòu)件損傷無損檢測系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括 主控系統(tǒng)、動態(tài)微電阻監(jiān)測系統(tǒng)、聲發(fā)射信號采集系統(tǒng)、紅外熱信號采集系統(tǒng)以及力與位移信號采集系統(tǒng)； 其中，收集金屬構(gòu)件性能測試中動態(tài)微電阻信號的所述動態(tài)微電阻監(jiān)測系統(tǒng)、收集金屬構(gòu)件性能測試中聲發(fā)射信號的所述聲發(fā)射信號采集系統(tǒng)、收集金屬構(gòu)件性能測試中紅外熱信號的所述紅外熱信號采集系統(tǒng)和收集金屬構(gòu)件性能測試中力與位移信號的所述力與位移信號采集系統(tǒng)，分別與接收微電阻數(shù)據(jù)信息、聲數(shù)據(jù)信息、熱數(shù)據(jù)信息以及力與位移數(shù)據(jù)信息并進(jìn)行匯總處理的主控系統(tǒng)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的金屬構(gòu)件損傷無損檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述動態(tài)微電阻監(jiān)測系統(tǒng)包括 微電阻測量夾頭和微電阻信號處理裝置； 其中，收集動態(tài)微電阻信號的所述微電阻測量夾頭與接收并處理所收集的動態(tài)微電阻信號的所述微電阻信號處理裝置電連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬構(gòu)件損傷無損檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述微電阻信號處理裝置采用TH2512型直流微電阻測量儀。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的金屬構(gòu)件損傷無損檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述聲發(fā)射信號采集系統(tǒng)包括 聲發(fā)射探頭和聲信號處理裝置； 其中，收集聲發(fā)射信號的所述聲發(fā)射探頭與接收并處理所收集的聲發(fā)射信號的所述聲信號處理裝置電連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或4所述的金屬構(gòu)件損傷無損檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述聲發(fā)射信號采集系統(tǒng)采用帶有聲發(fā)射探頭的18位PCI-2型聲發(fā)射信號監(jiān)測儀。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的金屬構(gòu)件損傷無損檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述紅外熱信號采集系統(tǒng)包括 紅外熱信號采集器和紅外熱信號處理裝置； 其中，收集紅外熱信號的所述紅外熱信號采集器與接收并處理所收集的紅外熱信號的所述紅外熱信號處理裝置電連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的金屬構(gòu)件損傷無損檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述紅外熱信號采集器采用紅外熱像儀。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的金屬構(gòu)件損傷無損檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述主控系統(tǒng)包括 第一接收裝置、第二接收裝置、第三接收裝置、第四接收裝置和數(shù)據(jù)匯總處理裝置； 其中，接收所述動態(tài)微電阻監(jiān)測系統(tǒng)輸出微電阻數(shù)據(jù)信息的所述第一接收裝置、接收所述聲發(fā)射信號采集系統(tǒng)輸出聲數(shù)據(jù)信息的所述第二接收裝置所述、接收所述紅外熱信號采集系統(tǒng)輸出熱數(shù)據(jù)信息的所述第三接收裝置，以及接收所述力與位移信號采集系統(tǒng)輸出力數(shù)據(jù)信息的所述第四接收裝置，分別與接收微電阻數(shù)據(jù)信息、聲數(shù)據(jù)信息、熱數(shù)據(jù)信息及力數(shù)據(jù)信息并進(jìn)行匯總處理的所述數(shù)據(jù)匯總處理裝置電連接。
9.一種金屬構(gòu)件損傷無損檢測方法，其特征在于，該方法包括 采用上述權(quán)利要求I 8任一項(xiàng)所述的檢測系統(tǒng)；將所述系統(tǒng)中的動態(tài)微電阻監(jiān)測系統(tǒng)、聲發(fā)射信號采集系統(tǒng)、紅外熱信號采集系統(tǒng)和力與位移信號采集系統(tǒng)分別與所檢測的金屬構(gòu)件連接； 在對所檢測金屬構(gòu)件施加各種力學(xué)性能 測試過程中，通過所述動態(tài)微電阻監(jiān)測系統(tǒng)、聲發(fā)射信號采集系統(tǒng)、紅外熱信號采集系統(tǒng)和力與位移數(shù)據(jù)信息分別收集所述金屬構(gòu)件的動態(tài)微電阻信號、聲發(fā)射信號、紅外熱信號以及力與位移信號； 由所述動態(tài)微電阻監(jiān)測系統(tǒng)、聲發(fā)射信號采集系統(tǒng)和紅外熱信號采集系統(tǒng)分別對收集的所述動態(tài)微電阻信號、聲發(fā)射信號、紅外熱信號以及力與位移信號處理后，分別得到的微電阻數(shù)據(jù)信息、聲數(shù)據(jù)信息、熱數(shù)據(jù)信息及力數(shù)據(jù)信息輸出至所述系統(tǒng)的主控系統(tǒng)； 所述主控系統(tǒng)對收到的所述微電阻數(shù)據(jù)信息、聲數(shù)據(jù)信息、熱數(shù)據(jù)信息及力數(shù)據(jù)信息進(jìn)行匯總后處理得出對所檢測金屬構(gòu)件損傷的無損檢測結(jié)果。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的金屬構(gòu)件損傷無損檢測方法，其特征在于，所述通過所述動態(tài)微電阻監(jiān)測系統(tǒng)、聲發(fā)射信號采集系統(tǒng)、紅外熱信號采集系統(tǒng)和力與位移數(shù)據(jù)信息分別收集所述金屬構(gòu)件的動態(tài)微電阻信號、聲發(fā)射信號、紅外熱信號以及力與位移信號包括所述動態(tài)微電阻監(jiān)測系統(tǒng)的電阻量程為，為高頻采集電阻信號，每秒采集10個(gè)微電阻數(shù)據(jù)點(diǎn)； 所述聲發(fā)射信號采集系統(tǒng)采集的諧振頻率為140KHz ;聲發(fā)射探頭前放增益為40dB ； 所述紅外熱信號采集系統(tǒng)的溫度采集區(qū)間為0 250°C。
全文摘要
本發(fā)明公開一種金屬構(gòu)件損傷無損檢測系統(tǒng)及檢測方法，屬金屬構(gòu)件無損檢測領(lǐng)域。該系統(tǒng)包括動態(tài)微電阻監(jiān)測系統(tǒng)、聲發(fā)射信號采集系統(tǒng)、紅外熱信號采集系統(tǒng)以及力與位移信號采集系統(tǒng)；其中，動態(tài)微電阻監(jiān)測系統(tǒng)、聲發(fā)射信號采集系統(tǒng)、紅外熱信號采集系統(tǒng)和力與位移信號采集系統(tǒng)分別與接收微電阻數(shù)據(jù)信息、聲數(shù)據(jù)信息、熱數(shù)據(jù)信息以及力與位移數(shù)據(jù)信息并進(jìn)行匯總處理的主控系統(tǒng)電連接。該系統(tǒng)由于可同時(shí)收集金屬構(gòu)件性能測試中的電、熱、聲、力等多信息，突破了單判據(jù)準(zhǔn)確性不夠的限制，確保了在無損狀態(tài)下對金屬構(gòu)件損傷檢測的準(zhǔn)確性，進(jìn)而大大提升了裝備壽命評估的可靠性和準(zhǔn)確性。
文檔編號G01N27/20GK102809611SQ20111014727
公開日2012年12月5日 申請日期2011年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月2日
發(fā)明者王海斗, 楊大祥, 張玉波, 徐濱士, 樸鐘宇, 宋亞南 申請人:中國人民解放軍裝甲兵工程學(xué)院