[发明专利]一种非线性电磁超声谐振评估材料热处理效果的方法和装置

说明书

本发明公开一种非线性电磁超声谐振评估材料热处理效果的方法和装置，通过扫频激励电磁超声横波并获取试件中所有的超声横波共振频率，选择合适的共振频率f及其所对应的非共振频率f/3，分别激励相应频率的信号并在接收信号的频谱中获取基频波的幅值A₁，以及三次谐波幅值A₃来构造试件的共振非线性参数基于得到的相对三次非线性声学参数的值γ_r，比较完好材料和经过不同程度退火热处理材料的非线性声学参数的不同，对比检测、评估金属材料的热处理效果。

技术领域

本发明公开一种非线性电磁超声谐振评估材料热处理效果的方法和装置，按国际专利分类表(IPC)划分属于材料测试技术领域，具体是涉及利用非线性超声波对材料性能进行非破坏性评估和表征的技术。

背景技术

电磁超声检测技术是目前发展和应用相对较为成熟的非接触式超声无损检测技术，主要原理为利用磁场作用下的金属材料中的感应涡流受洛伦兹力作用，或磁场作用下铁磁性材料受磁致伸缩作用，从而在材料中激发超声应力波进行材料的检测与评估，检测过程无需耦合剂，可实现在线快速检测。当前在超声检测与评估技术中被广泛使用的超声物理属性有声速、衰减等。但在检测厚度较小的试件时超声波的激励频率需要相当高才能得到回波无重叠的可分析信号。除此之外，非线性超声与线性超声相比具有更高的检测敏感性，利用超声波的非线性响应来评价和预测各种金属及复合材料的早期微观损伤也得到日益增长的关注。然而，限于目前电磁超声换能器的能量转换效率普遍很低，通常需要较大的设备输出功率来激发电磁超声，得到具有一定信噪比的超声检测信号。

金属及其合金是国内外各行业领域被广泛使用的材料，而疲劳、腐蚀和裂纹等是它们主要的失效形式。在一些重要的应用场合如核电站、高温生产环境等，非接触式超声拥有天然的检测优势。当利用电磁超声换能器检测材料时，在材料中传播的超声波的能量与用压电换能器激励相比低了几个数量级，物体内相应的质点振动位移也较小，从而使得超声波对于材料的早期损伤、缺陷以及微观结构变化的非线性响应也十分微弱。这种现状使得利用普通电磁超声换能器来接收检测过程中超声波传播所产生的高次谐波来分析材料的非线性响应状况从而评估材料变得相当困难，而开发较大功率的电磁超声探头又势必导致设备的体积增大和检测成本的提高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种非线性电磁超声谐振评估材料热处理效果的方法，是一种基于非线性超声方法和电磁谐振技术的金属材料检测和评估的技术。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种非线性电磁超声谐振评估材料热处理效果的方法，将经过热处理的试件，分两步导入相应的共振频率f超声信号和非共振频率f/3超声信号，从两幅接收信号的频谱中分别获取上述超声波在频谱f处的基波幅值A₁和三次谐波幅值A₃，计算出试件的共振相对三次非线性声学参数γ_r，其中γ_r＝A₃/A₁；基于得到的相对三次非线性声学参数的值γ_r，比较完好材料和经过不同程度退火热处理材料的非线性声学参数的不同，定性和定量地评估金属材料的退火热处理效果。

本发明的另一目的是提供一种非线性电磁超声谐振评估材料热处理效果的装置。

一种非线性电磁超声谐振评估材料热处理效果的装置，包括信号激励/接收器、电磁超声激励探头、电磁超声接收探头、前置放大器、示波器和计算机，信号激励/接收器激励适合试件的一定频率超声波信号，连接电磁超声激励探头，超声波信号被导入到试件中，在试件的另一端连接电磁超声接收探头检测传播的声波信号，经前置放大器后进行滤波送入到示波器中，示波器获取接收到的信号波形将其输入计算机中；由信号激励/接收器获得的数据也一并输入计算机进行信号分析。

进一步，所述电磁超声激励探头、接收探头以及被检试件在检测时固定，保证在检测中彼此之间距离不变。