金屬焊接殘余應(yīng)力的激光超聲無損檢測(cè)研究.pdf

1、本文利用精確測(cè)量多種模態(tài)的超聲波波速來測(cè)定金屬材料的二階和三階彈性常數(shù)，并從數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)兩方面研究了金屬焊接的殘余應(yīng)力分布。
　　 首先，采用有限元方法模擬金屬融化焊接和焊接接頭冷卻成型的過程。建立移動(dòng)高斯熱源對(duì)金屬板進(jìn)行焊接的三維模型，在計(jì)算焊接和冷卻過程中溫度場(chǎng)的基礎(chǔ)上，采用生死單元法模擬了熔池單元從融化到冷卻的相變過程，重點(diǎn)分析了焊接之后母材各位置的殘余應(yīng)力分布。
　　 針對(duì)金屬焊接結(jié)構(gòu)，建立了激光聲表面波波速的

2、測(cè)試系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用短脈沖激光器在被測(cè)樣品表面激發(fā)出高頻超聲表面波，利用自行研制的點(diǎn)接觸式PZT傳感器接收超聲表面波。系統(tǒng)采用激發(fā)源和被測(cè)樣品二維平移方式，實(shí)現(xiàn)樣品焊縫區(qū)的二維掃描，通過波形相關(guān)算法精確計(jì)算各位置的波速值，并得到焊縫附近區(qū)域內(nèi)的聲表面波速度分布。
　　 設(shè)計(jì)了適用于金屬材料二階彈性常數(shù)的激光超聲測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)能探測(cè)激光線源在鋁合金樣品上激發(fā)的表面波、橫波和縱波信號(hào)。利用掃描激光源法和波形相關(guān)技術(shù)精確計(jì)算聲表面波

3、的傳播速度，并用時(shí)間飛行法計(jì)算了經(jīng)樣品底面反射的橫波和縱波的傳播速度。進(jìn)而根據(jù)波速與二階彈性常數(shù)的關(guān)系計(jì)算金屬材料的二階彈性常數(shù)。
　　 針對(duì)各向同性的金屬材料，采用線性熱膨脹引起材料等效微應(yīng)變的靜水壓力法測(cè)定其三階彈性常數(shù)。通過水浴加熱法使金屬樣品處于靜水壓力下，采用上述實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)精確測(cè)量了激光在金屬上激發(fā)的縱波、橫波和表面波波速;并對(duì)材料進(jìn)行應(yīng)力-應(yīng)變測(cè)試，得到其線性熱膨脹系數(shù)。進(jìn)而根據(jù)聲表面波方程和等效彈性常數(shù)與各波速的關(guān)系