[发明专利]非线性超声评估优化热处理工艺的方法和装置

说明书

技术领域

本发明公开一种非线性超声评估优化热处理工艺的方法和装置，按国际专利分类表(IPC)划分属于材料测试技术领域，具体是涉及利用对材料性能进行非破坏评估和表征的技术。

背景技术

关键工程结构件所用材料，在正式投入应用前，通常需要经过热处理工艺提高其机械性能，满足工程结构承载的需求。热处理之所以能提高材料性能主要是因为它改变了材料的微观结构(即平行于界面的均质化滑移和局部塑性变形限制)。热处理工艺参数直接影响热处理工艺的效果，进而对材料性能有关键性的影响。通常评估热处理工艺效果的方法的是破坏性的测试材料热处理后的性能变化，这种方法不仅耗时较长，且浪费严重，过程复杂。而热处理工艺参数也是在实践中不断改进和完善的。如何非破坏、快速、有效地评估热处理工艺效果，优化、完善热处理参数非常重要。

材料显微组织和力学性能直接影响着声音在材料中传播的特性，超声评估和表征材料组织结构及力学性能的变化是一种被广泛应用的方法。常用的超声评估与检测方法是通过利用超声线性物理参数(如声速、幅度、衰减系数)表征材料组织结构和力学性能，但目前广泛使用的线性超声评估方法对材料的微观结构变化不敏感，因此在应用于热处理工艺参数优化评估时达不到理想的效果，比如当几种热处理参数差别较小时线性超声方法无法将它们的优劣明确的区分。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种非线性超声评估优化热处理工艺的方法，该方法是基于传播介质中微小的组织结构变化能导致明显的声波非线性响应不同，是一种基于非线性超声方法的热处理工艺效果评估和优化技术。

本发明的另一目的是提供一种非线性超声评估优化热处理工艺的装置。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种非线性超声评估优化热处理工艺的方法，将经过热处理工艺的试件固定并导入与适合频率的超声波，分别获取上述超声波的基频信号A₁和二次谐波的波幅A₂，计算出试件的相对非线性声学参数β′，其中基于得到的相对非线性声学参数的值β′，比较未处理材料和经过不同热处理过程的非线性声学参数的不同，选择非线性声学参数最低的一组试件，该组试件采用的处理工艺作为最优化的热处理工艺。

一种非线性超声评估优化热处理工艺的方法，其检测步骤如下：

1)将经过不同热处理工艺的试件固定；

2)根据试件的材质选择适合的超声波频率，由信号激励器产生超声信号；

3)由激励探头将信号导入试料，再由接收探头接收并返回至接收单元；

4)接收单元将接收的信号滤波，并将信号在示波器上经过100～2000次平均后存储；

5)将存储的信号经过Hanning窗户处理，选择其中稳定的部分进行时-频变换，有效获得基频导波的幅度A1和双倍频二阶谐波的信号幅度A₂，计算数值；

6)计算相对非线性声学参数：

非线性声学参数β的值与基频波和二阶谐波的波幅相关，其计算公式为

β=8A2A12k2x]]>

其中A₁和A₂分别是基频波波和二阶谐波的振幅，k是波数，x是波传播的距离；试验中只需要得到相对的非线性声学系数β′即可，表达式如下：

β′=A2A12∝β;]]>