萬小時，甚至數(shù)十萬小時。因此，為了縮短模擬待測的在役金屬構件/材料 的最終斷裂時間，在制作模擬待測的在役金屬構件/材料時選擇的加載應力比實際工況應 力高一些，在本例中選擇的模擬工況應力為280MPa。
[0047]在此溫度和應力下，先將模擬待測的在役試樣加載101小時，然后停止加載，取出 模擬待測的在役試樣后進行超聲Lamb波A4模式的測量，得到Pd/P。= 4. 17,在圖3中的 縱坐標上找到數(shù)值為4. 17的點，其對應的橫坐標蠕變剩余壽命時間分數(shù)為0. 312 (如圖3 中虛線所示）。這樣表明了該模擬待測的在役試樣在經過101小時的服役后，其損傷量為整 體壽命的0. 312,由此可以推導得出該模擬待測的在役試樣的全部壽命約為101/0. 312 = 323. 7小時。因此，該模擬待測的在役試樣的剩余壽命應該還有323. 7-101 = 222. 7小時。
[0048] 為了驗證上述試樣的最終服役壽命，可以把該中斷試樣接著進行加載，溫度為 600°C，加載應力為280MPa，直至試樣斷裂，得到試樣的后續(xù)加載時間為213小時。由此可以 得知采用該方法預測剩余壽命的誤差大約為（222. 7-213)/222. 7 = 4. 5%。實驗結果表明 利用超聲Lamb波二次諧波定量無損預測金屬構件/材料剩余壽命的方法是可行的，實驗誤 差能夠滿足工程要求。
[0049] 另外，如本領域技術人員可知，本發(fā)明中的N個蠕變損傷程度不同的試樣可以采 用連續(xù)性蠕變實驗得到的試樣：即對試樣進行連續(xù)的蠕變加載，達到相應的蠕變時間分數(shù) 時即可取出試樣進行超聲測量；或者采用中斷性蠕變實驗得到的試樣：對同一個試樣進行 蠕變加載，每得到一固定加載時間分數(shù)后就取出試樣進行超聲測量，待測量完成后再放回 蠕變試驗機繼續(xù)加載，如此重復，直至試樣蠕變斷裂。所述金屬構件/材料剩余壽命時間分 數(shù)與超聲Lamb波二次諧波歸一化值之間的關系曲線除單峰曲線外，還可以為單調遞增曲 線、單調遞減曲線、或單谷曲線。以上實施例中基頻信號發(fā)生系統(tǒng)1產生一個頻率為5. 03 兆赫茲的Lamb波A4模式，當滿足Lamb波相速度頻散曲線和Lamb波激發(fā)關系，激發(fā)形成的 其他Lamb模式也可完成本發(fā)明的技術方案。
[0050] 綜上所述，本發(fā)明能對在役板狀金屬構件/材料部件的蠕變損傷進行檢測和評 價，檢測速度快，對在役設備不會造成破壞，檢測成本低，且檢測準確度高，誤差能夠滿足工 程要求；檢測范圍覆蓋金屬構件的表面及內部，尤其適合跟蹤金屬構件/材料早期、中期的 蠕變損傷或者疲勞損傷，本發(fā)明能夠快速地、有效地檢測和評價在役部件的剩余壽命，為板 狀金屬構件/材料的安全服役提供可靠的依據。
[0051] 以上所述的，僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用以限定本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的上 述實施例還可以做出各種變化。即凡是依據本發(fā)明申請的權利要求書及說明書內容所作的 簡單、等效變化與修飾，皆落入本發(fā)明專利的權利要求保護范圍。本發(fā)明未詳盡描述的均為 常規(guī)技術內容。
【主權項】
1. 一種板狀金屬構件/材料剩余壽命的無損檢測和評價方法，其特征在于，所述方法 包括以下步驟： 步驟S1，選擇與待測板狀金屬構件/材料材質相同的原材料試樣作為未損傷試樣，利 用加速蠕變實驗制作N個蠕變損傷程度不同的試樣； 步驟S2,對所述未損傷試樣進行超聲Lamb波二次諧波的測量，包括： 步驟S21，根據所述待測板狀金屬構件/材料的厚度、密度、楊氏模量、聲速獲得所述待 測板狀金屬構件/材料的板中Lamb波頻散曲線； 步驟S22,根據所述板中Lamb波頻散曲線，基于基頻Lamb波的相速度和二倍頻Lamb波 的相速度相等的原則，選擇相應的基頻Lamb波模式作為檢測激發(fā)模式，并由該檢測激發(fā)模 式確定對應的激發(fā)頻率以及激發(fā)相速度； 步驟S23,將所述未損傷試樣的上表面分別與基頻超聲換能器以及二次諧波超聲換能 器相耦合，并根據所述激發(fā)頻率和激發(fā)相速度確定所述基頻超聲換能器以及二次諧波超聲 換能器的頻率； 步驟S24,由基頻信號發(fā)生系統(tǒng)產生一個基頻信號，并采用該基頻信號激勵所述基頻超 聲換能器在所述未損傷試樣中產生基頻Lamb波聲振動波，以通過使該基頻Lamb波聲振動 波在所述未損傷試樣中傳播而在其內部產生超聲Lamb波二次諧波，然后通過所述二次諧 波超聲換能器接收并將在所述未損傷試樣中傳播的所述基頻Lamb波聲振動波和超聲Lamb 波二次諧波轉換成電壓信號以在數(shù)字示波器上顯示，并通過快速傅立葉變換獲得基頻Lamb 波的幅值A1以及Lamb波二次諧波的幅值A 2; 步驟S25,計算所述未損傷試樣中的等效非線性參量凡=兒/< ; 步驟S3,重復執(zhí)行所述步驟S2,對所述N個蠕變損傷程度不同的試樣進行超聲Lamb波 二次諧波的測量，以得到N個相應的基頻Lamb波的幅值A1以及Lamb波二次諧波的幅值A2; 計算N個試樣中的等效非線性參量β β N;計算β i/β。，其中i = 1~N，得到超聲Lamb 波二次諧波歸一化值；根據N個試樣的所述加速蠕變實驗采用的加載時間與相應的β Υβ。 值得到金屬構件/材料剩余壽命時間分數(shù)與超聲Lamb波二次諧波歸一化值之間的關系曲 線； 步驟S4,重復執(zhí)行所述步驟S2,對所述待測板狀金屬構件/材料進行超聲Lamb波二次 諧波的測量，以得到所述待測板狀金屬構件/材料的基頻Lamb波的幅值A1以及Lamb波二 次諧波的幅值A 2;計算所述待測板狀金屬構件/材料的等效非線性參量β d并進行歸一化 處理，得到歸一化值β/β。； 步驟S5,在所述金屬構件/材料剩余壽命時間分數(shù)與超聲Lamb波二次諧波歸一化值之 間的關系曲線上獲取所述歸一化值β/β c所對應的剩余壽命分數(shù)；最后根據所述剩余壽 命分數(shù)和所述待測板狀金屬構件/材料的加載時間，預測該待測板狀金屬構件/材料的剩 余壽命時間。2. 根據權利要求1所述的板狀金屬構件/材料剩余壽命的無損檢測和評價方法，其特 征在于，N ^ 8。3. 根據權利要求1所述的板狀金屬構件/材料剩余壽命的無損檢測和評價方法，其特 征在于，所述加速蠕變實驗的溫度和所述待測板狀金屬構件/材料所處的工況溫度相同， 所述加速蠕變實驗中加載到試樣上的應力大于待測板狀金屬構件/材料所處的工況應力， 所述加速蠕變實驗中的試樣斷裂時間大于100小時。4. 根據權利要求1所述的板狀金屬構件/材料剩余壽命的無損檢測和評價方法，其特 征在于，所述N個蠕變損傷程度不同的試樣為連續(xù)性蠕變實驗得到的試樣，或者為中斷性 蠕變實驗得到的試樣。5. 根據權利要求1所述的板狀金屬構件/材料剩余壽命的無損檢測和評價方法，其特 征在于，所述基頻超聲換能器和二次諧波超聲換能器采用鈮酸鋰、石英或壓電陶瓷材料制 成，基頻< 10兆赫茲，所述二次諧波超聲換能器為寬帶，用于接收基頻信號。6. 根據權利要求1所述的板狀金屬構件/材料剩余壽命的無損檢測和評價方法，其特 征在于，所述基頻信號發(fā)生系統(tǒng)包括信號發(fā)生器、功率放大器與濾波器。7. 根據權利要求1所述的板狀金屬構件/材料剩余壽命的無損檢測和評價方法，其特 征在于，所述金屬構件/材料剩余壽命時間分數(shù)與超聲Lamb波二次諧波歸一化值之間的關 系曲線為單調遞增曲線、單調遞減曲線、單峰曲線或單谷曲線。8. 根據權利要求1所述的板狀金屬構件/材料剩余壽命的無損檢測和評價方法，其特 征在于，所述待測板狀金屬構件/材料的加載時間為已知的服役時間。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種板狀金屬構件/材料剩余壽命的無損檢測和評價方法，其包括通過對板狀金屬試樣進行非線性超聲Lamb波的測量，獲取金屬構件/材料剩余壽命時間分數(shù)與超聲Lamb波二次諧波歸一化值之間的關系曲線；對待測板狀金屬構件/材料進行非線性超聲Lamb波信號的測量，通過關系曲線獲取與測量得到的非線性超聲Lamb波歸一化值對應的剩余壽命分數(shù)；根據剩余壽命分數(shù)和待測板狀金屬構件/材料的加載時間預測該待測金屬構件/材料的剩余壽命。本發(fā)明能對在役板狀金屬構件/材料部件的蠕變損傷進行檢測和評價，快速、有效預測在役部件的剩余壽命，為板狀金屬構件/材料的安全服役提供可靠的依據。
【IPC分類】G01N29/04
【公開號】CN105067703
【申請?zhí)枴緾N201510465209
【發(fā)明人】項延訓, 軒福貞, 涂善東, 劉長軍, 王正東
【申請人】華東理工大學
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年7月31日