一种2024铝合金板老化程度脉冲涡流-超声检测方法技术

本发明专利技术公开了一种2024铝合金板老化程度脉冲涡流‑超声无损检测方法。应用斜入射式电磁声传感器单次检测产生出脉冲涡流和超声信号，提取脉冲涡流和超声信号特征参量，结合声学参量和电磁参量共同表征2024铝合金的老化程度。通过实验验证了，热处理后的2024铝合金板维氏硬度和抗拉强度变化趋势，与超声和脉冲涡流幅值变化趋势相同。通过建立超声和脉冲涡流特征参量与2024铝合金材料力学性能间的关系，实现了2024铝合金板老化程度的多参量无损检测与评估。本发明专利技术将基于电磁声传感器的脉冲涡流‑超声检测方法应用于2024铝合金板的老化程度检测中，增加了单一检测方法的可靠性，提高了2024铝合金板老化程度评估的鲁棒性，具有极大的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种2024铝合金板老化程度脉冲涡流-超声检测方法
本专利技术为一种基于电磁声传感器的铝板老化程度脉冲涡流-超声检测方法，属于无损检测领域。通过电磁声传感器产生的脉冲涡流和超声信号，实现2024铝合金板老化程度电磁-超声检测，并提高铝板老化程度评估的鲁棒性。
技术介绍
2024铝合金因具有密度低、抗氧化和导热性能好等优点，常被用作飞机蒙皮、导弹壳体和尾翼零部件母材。2024铝合金板长期服役于温差大、冷热循环和湿热等严苛环境下，由于温度作用其微观组织结构发生持续变化，引起2024铝合金材料力学性能下降，即2024铝合金老化。2024铝合金老化影响零部件的使用寿命及结构安全。航空航天是我国国防战略中的重要组成部分，通过无损检测手段对服役于湿热、冷热循环工况下的关键部件进行检测，对于降低损失及事故发生率具有重要意义。目前对于2024铝合金板性能退化的无损检测方法主要有超声检测法和电磁检测法。超声检测方面，通常使用压电传感器和电磁声传感器激励产生超声波，通过分析超声信号幅值、波速、谐波幅值比等评估材料的硬度、屈服强度和断裂韧性变化。电磁检测方面，通常使用涡流传感器产生涡流信号，提取涡流幅值与相位表征2024铝合金材料力学性能，利用材料力学性能来评估2024铝合金板老化程度。在2024铝合金板力学性能检测技术中，超声检测方法需要针对晶粒尺寸选择所激励超声信号的波长。因此，在热老化初期，微观结构变化不明显的情况下，采用超声法测量灵敏度较弱，检测能力有限。涡流检测方法只能检测2024铝合金板表面和近表面性能变化，不能完全反映内部组织结构变化信息。无论是超声检测方法，还是电磁检测方法，单一检测方法的检测能力均有限，同时获得的可用于2024铝合金板老化表征参量也同样有限。因此，需发展一种先进的电磁超声无损检测方法，将超声和脉冲涡流信号同时应用于2024铝合金板老化的检测，提高2024铝合金板老化程度评估的鲁棒性。本专利技术将电磁声传感器单次激励产生脉冲涡流和超声信号应用于2024铝合金板老化程度检测与评估，提高2024铝合金板老化程度评估的鲁棒性。2024铝合金板老化程度的脉冲涡流-超声检测方法，在国内外未见报道。
技术实现思路
本专利技术旨在发展一种2024铝合金板老化程度电磁-超声无损检测方法，解决单一检测方法评估2024铝合金板老化程度能力有限的问题。所提出的脉冲涡流-超声检测方法能够提高单一方法对2024铝合金板老化程度检测与评估的能力。为了实现上述目的，本专利技术采用如下设计方案：高频激励斜入射式电磁声传感器产生脉冲涡流和超声复合信号。对复合信号进行时域与频域信号分离，分别得到脉冲涡流信号和超声信号。依次提取脉冲涡流和超声信号特征参量，建立特征参量与2024铝合金板老化后力学性能变化间的关系，实现2024铝合金板老化程度表征。所述的斜入射式电磁声传感器产生脉冲涡流和超声复合信号，其特征在于：斜入射式电磁声传感器单次激励同时产生脉冲涡流和超声信号。所述的脉冲涡流和超声信号特征参量，其特征在于：特征参量包含脉冲涡流和超声幅值。所述的建立特征参量与2024铝合金板老化后力学性能变化间的关系，其特征在于：特征参量与力学性能，两者变化呈间接关系。本专利技术可以获得如下有益效果：1、单次激励斜入射式电磁声传感器同时得到脉冲涡流和超声信号；2、脉冲涡流信号包含材料电磁参量，超声信号包含材料声学参量。单次检测得到了两方面材料参数；3、利用电磁和声学两方面材料参数共同表征2024铝合金板老化后力学性能变化，提高单一检测方法2024铝合金板老化程度评估的鲁棒性。4、基于斜入射式电磁声传感器的脉冲涡流-超声检测方法，提高单一检测方法的检测可靠性，实现对2024铝合金板老化程度的快速、非接触无损检测。附图说明图1基于斜入射式电磁声传感器的脉冲涡流-超声检测实验系统；图2不同温度下热处理铝板的微观结构照片；图3斜入射式电磁声传感器原始检测信号；图4斜入射式电磁声传感器检测信号中分离得到的脉冲涡流信号；图5斜入射式电磁声传感器检测信号中分离得到的超声信号；图6不同温度下热处理100小时的铝板的超声波振幅，脉冲涡流振幅和抗拉强度关系曲线；图7不同温度下热处理100小时的铝板的超声波振幅，脉冲涡流振幅和维氏硬度关系曲线。图中：1、1mm厚铝板，2、斜入射式电磁声传感器，3、高能脉冲激励接收装置RPR-4000，4、数字示波器。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明，且以下实施例只是描述性的不是限定性的，不能以此来限定本专利技术的保护范围。实验系统如图1所示，包括铝板1，斜入射式电磁声传感器2，高功率脉冲激励接收装置RPR40003，数字示波器4。实验信号采集采用自激自收方式，斜入射式电磁声传感器2作为激励与接收传感器布置在铝板1上；斜入射式电磁声传感器2与高功率脉冲激励接收装置RPR40003连接，高功率脉冲激励接收装置RPR40003与数字示波器4连接。RPR40003用于产生高能激励信号和接收信号。数字示波器4用于信号的观测和存储；1)2024铝板热处理实验1mm厚2024铝合金板分别在50℃、100℃、150℃和200℃温度下加热100小时，室温下冷却。采用扫描电镜观察不同温度下热处理的2024铝合金板微观结构变化，如图2所示。随着热处理温度的增加粗大相尺寸先增加，后破裂数量增大。采用在拉伸强度试验机进行拉伸试验，四个温度热处理2024铝合金试件的抗拉强度依次为302MPa，314MPa，373MPa和405MPa。通过维氏硬度计测得四个温度热处理2024铝合金试件的硬度值分别为132HV10、133HV10、147HV10和139HV10。2)脉冲涡流-超声信号采集实验实验系统如图1所示，选用经汉宁窗调制的频率为2.25MHz的15周期正弦信号激励斜入射式电磁声传感器，采集到的原始信号如图3所示。当斜入射式电磁声传感器线圈内通入交变电流时，相应地在铝板的趋肤深度层中感应出反向的涡流和动态磁场。因此，脉冲涡流的工作时间与激励电流的工作时间相同。随着励磁电流断电，脉冲涡流逐渐接近零。去除串扰信号影响，截取得到脉冲涡流信号，如图4所示。应用电磁声传感器检测2024铝合金板，试件在洛伦兹力作用产生机械振动切割静磁场磁感线，进而在电磁声传感器接收信号对应的时间范围内采集到超声信号，如图5所示。因此，通过信号分析，斜入射式电磁声传感器单次检测得到了脉冲涡流和超声信号。3)2024铝板老化程度脉冲涡流-超声检测实验对不同温度热处理的试件进行电磁-超声检测实验，分解检测信号得到脉冲涡流信号和超声信号。提取脉冲涡流和超声信号的峰值，得到脉冲涡流和超声振幅变化曲线。相应地得到，不同温度下热处理100小时的2024铝合金板的超声波振幅，脉冲涡流振幅和抗拉强度关系曲线，如图6所示；2024铝合金板在50℃，100℃，150℃和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种2024铝合金板老化程度脉冲涡流-超声检测方法，其特征在于：斜入射式电磁声传感器单次检测并获得检测信号；在斜入射式电磁声传感器检测信号中，分离出超声信号和脉冲涡流信号；提取斜入射式电磁声传感器检测信号中的超声和脉冲涡流信号的特征参量；建立特征参量与2024铝合金板力学性能间的关系，实现2024铝合金板老化程度表征；2024铝合金板随着热处理温度的增加，抗拉强度和维氏硬度呈线性增加，超声波和脉冲涡流幅值也呈上升趋势。超声波和脉冲涡流的幅值变化规律与2024铝合金板的拉伸强度和维氏硬度变化规律相一致。/n

【技术特征摘要】
1.一种2024铝合金板老化程度脉冲涡流-超声检测方法，其特征在于：斜入射式电磁声传感器单次检测并获得检测信号；在斜入射式电磁声传感器检测信号中，分离出超声信号和脉冲涡流信号；提取斜入射式电磁声传感器检测信号中的超声和脉冲涡流信号的特征参量；建立特征参量与2024铝合金板力学性能间的关系，实现2024铝合金板老化程度表征；2024铝合金板随着热处理温度的增加，抗拉强度和维氏硬度呈线性增加，超声波和脉冲涡流幅值也呈上升趋势。超声波和脉冲涡流的幅值变化规律与2024铝合金板的拉伸强度和维氏硬度变化规律相一致。


2.根据权利要求1所述的一种2024铝合金板老化程度脉冲涡流-超声检测方法，其特征在于：斜入射式电磁声传感器单次检测产生超声信号和脉冲涡流信号。


3.根据权利要求1所述的一种2024铝合金板老化程度脉冲涡流-超声检测方法，其特征在于：在斜入射式电磁声传感器产生的时域信号中截取获得到达时间的脉冲涡流信号和超声信号，提取脉冲涡流信号和超声...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵欣，刘增华，霍之琳，陈政宇，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11