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北京理工大学检测与控制研究中心
Center for Nondestructive Testing and Control, Beijing Institute of Technology
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细管残余应力超声无损检测技术

能解决的工程问题:

航空飞行器、航天产品、石油化工行业等都在大量使用铝合金、铜合金和钛合金细管作为输油、输气管道,由于长期受到高温、高压和环境冲击振动作用,容易导致金属管道的疲劳残余应力而导致断裂,如飞机、车辆和舰船发动机的液压油管等,它们对装备的安全性能具有重要影响。因此,通过准确地测量出流体控制管道残余应力,并对其状态、应力值进行合理的评估,对提高设备安全性具有十分重要的意义。图1是细管内壁和外壁残余应力超声检测。

工作原理简介:

弹性波在有应力的固体材料中的传播速度不仅取决于材料的二阶弹性常数和密度,还与高阶弹性常数和应力有关,表现为声弹性效应。声弹性理论是研究弹性波的传播速度与应力的关系,这是超声波法应力测定的主要依据之一。其次,还可以采用体波(横波和纵波)检测原理,以及结合残余应力的非线性超声检测理论进行残余应力的检测。

细管残余应力超声无损检测系统是基于超声临界折射纵波原理的应力检测系统,采用单发单收模式,系统的基本硬件主要包括超声收发卡、数据采集卡、温度变送器、超声换能器、温度传感器组成。工控计算机(带PCI插槽)通过调用超声收发卡的控制函数,控制超声收发卡发出激励脉冲激励超声换能器。同时,超声收发卡向数据采集卡发出同步信号,使采集卡准备采集数据。超声换能器发出的纵波经过声楔块在曲面构件表面激励出临界折射纵波,接收换能器将接收到的信号进行模数转换、放大、滤波等处理之后由数据采集卡采集并送入工控计算机进行数据处理。在此过程中,温度传感器将实时的温度反馈到检测系统来消除温度对残余应力检测的影响。

主要技术指标:

  • 检测直径:≥6mm
  • 检测分辨率:±20MPa
  • 温度范围:-10°~40℃
  • 检测深度:0.2~15mm

系统特点:

  • 适用面广,可用于动力工程、化学工业、石油工业等部门用的压力细管和飞机、船舶、钻机中做重要结构材料细管等的残余应力分布检测
  • 精度高,达±20MPa;检测速度快,每个检测区域只需3~5秒
  • 携带方便,可用于细管残余应力的现场检测
  • 国外还无相关检测设备,国际首创
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