實(shí)驗(yàn)名稱：基于尾波干涉的含缺陷焊縫損傷發(fā)展監(jiān)測(cè)

　　研究方向：

　　焊接技術(shù)作為一種基本的工藝方法，已廣泛應(yīng)用于航空、土木等各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域［１，２］。然而，受焊接材料、工藝以及結(jié)構(gòu)形式等因素影響，在焊接結(jié)構(gòu)的焊縫處存在著裂紋、未焊透等各種缺陷。其中，未焊透缺陷是一種常見的焊縫缺陷，它能減少焊縫有效承載面積并降低焊接接頭的強(qiáng)度。在長(zhǎng)期荷載條件下，缺陷處很容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，出現(xiàn)塑性變形，甚至成為裂紋源，最終導(dǎo)致焊接結(jié)構(gòu)的失效。因此，對(duì)焊縫中的未焊透缺陷進(jìn)行有效及時(shí)的檢測(cè)以及實(shí)時(shí)的質(zhì)量監(jiān)測(cè)，排除一些潛在的危險(xiǎn)源，提前預(yù)防損傷的進(jìn)一步發(fā)展，對(duì)保證焊接結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性具有重要的工程與經(jīng)濟(jì)意義。

　　實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：

　　為了監(jiān)測(cè)焊縫處缺陷損傷的發(fā)展，需要用壓電陶瓷發(fā)射超聲波，并在焊縫另一端進(jìn)行接收。在焊縫結(jié)構(gòu)循環(huán)加載下，缺陷會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)而改變超聲波多重散射波的傳播路徑。本文應(yīng)用超聲波的尾波干涉理論對(duì)焊縫損傷進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并利用波形伸縮法對(duì)尾波的變化做量化評(píng)估。根據(jù)平均伸縮系數(shù)指標(biāo)的變化，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)焊縫缺陷在循環(huán)加載下的發(fā)展進(jìn)行監(jiān)測(cè)，焊縫監(jiān)測(cè)原理圖如圖所示。ＰＺＴ１壓電陶瓷發(fā)射超聲波，ＰＺＴ２壓電陶瓷進(jìn)行接收。在被接收前，超聲波會(huì)在試件內(nèi)部發(fā)生多重散射，形成干涉波。通過對(duì)干涉波中尾波部分的分析，可以得出焊縫處缺陷的損傷狀況。

　　測(cè)試系統(tǒng)：

　　實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括一臺(tái)ＭＴＳ疲勞加載機(jī)，一臺(tái)配有示波器和任意波形發(fā)射器的集成機(jī)箱、高壓功率放大器（ATA-2021H）以及一臺(tái)搭載ＬａｂＶＩＥＷ數(shù)據(jù)采集軟件的電腦

　　結(jié)論：

　　本文提出了一種基于壓電傳感器的尾波干涉方法，對(duì)不同循環(huán)荷載次數(shù)下由未焊透缺陷引起的微小損傷變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)。首先通過循環(huán)加載實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可得，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，在相同加載力的作用下，ＭＴＳ軸向位移在逐漸增大，表明試件出現(xiàn)微小的塑性變形并且逐漸變大。然后對(duì)尾波干涉實(shí)驗(yàn)得到的時(shí)域接收信號(hào)進(jìn)行分析，對(duì)比了每個(gè)試件不同循環(huán)次數(shù)下的整體波形、直達(dá)波波形以及尾波波形，結(jié)果表明相對(duì)于直達(dá)波，不同循環(huán)次數(shù)下的尾波信號(hào)之間具有明顯的走時(shí)偏移；接下來，使用波形伸縮法進(jìn)一步對(duì)不同尾波之間的走時(shí)偏移進(jìn)行計(jì)算，得到了每個(gè)試件不同循環(huán)次數(shù)下的互相關(guān)系數(shù)，以及互相關(guān)系數(shù)最大值所對(duì)應(yīng)的伸縮系數(shù)εｍａｘ，即尾波的相對(duì)波速變化值。根據(jù)３次重復(fù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得到了每個(gè)試件在不同循環(huán)次數(shù)下的平均伸縮系數(shù)εｍａｘ絕對(duì)值的變化趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)隨著循環(huán)次數(shù)的增加，平均伸縮系數(shù)εｍａｘ絕對(duì)值，即尾波相對(duì)波速的變化值逐漸增大，總體上具有一致的變化規(guī)律。根據(jù)循環(huán)次數(shù)與平均伸縮系數(shù)εｍａｘ絕對(duì)值的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以看出通過對(duì)尾波相對(duì)波速變化值的計(jì)算，可以很好地反映出試件不同時(shí)刻下由未焊透缺陷引起的微小變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)試件的損傷程度的量化分析。

　　圖：在不同伸縮系數(shù)下的平均值

　　ATA-2021B功率放大器參數(shù)指標(biāo)：

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　　本文實(shí)驗(yàn)案例參考自知網(wǎng)論文《基于尾波干涉的含缺陷焊縫損傷發(fā)展監(jiān)測(cè)》

 

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