专利名称：一种金属材料的电磁声发射无损检测装置的制作方法
技术领域：
本发明的技术方案涉及利用声波发射技术测试金属材料中的裂纹型缺陷，具体地说是一种金属材料的电磁声发射无损检测装置。
背景技术：
随着现代装备制造业的迅速发展，不断地提高金属构件及装备的承载应力水平，金属构件及装备的断裂失效事故则经常发生。对于航天、电力、化工、航海以及核能等重要工业领域，金属构件及装备的断裂失效事故往往会带来不可估量的严重后果。传统的设备维护方法需要对金属构件及装备做定期的停产检修，具有盲目性，给生产带来很多不便。为了预防金属构件及装备的断裂失效事故的产生，要求尽早发现金属构件及装备中的危险裂纹，声发射技术以其高灵敏性和动态监测特性成为金属构件及装备中的危险裂纹的重要检测方法。
传统声发射检测方法虽可实现对金属材料的动态损伤进行检测，但其缺点主要有二首先，检测条件苛刻，必须对被测金属施加整体机械载荷，缺陷处于活动状态时才能激发出声发射现象，进而实现检测；其次，在外加机械载荷的作用下，金属材料容易出现额外的附加损伤，使得检测过程对被测结构造成二次损伤。这些方法和装置极大地限制了声发射检测技术的应用范围，不适于实际的工业应用。在保持声发射技术检测方法优点的前提下，如何扩大其应用范围和提高其识别效率，以适于实际的工业应用，成为声发射技术一个重要发展方向。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种金属材料的电磁声发射无损检测装置，是基于脉冲大电流直接加载的方式，实现金属材料裂纹型缺陷的无损探伤，克服了现有技术在金属材料检测过程中会对待测金属材料结构造成二次损伤的缺点，扩大了声发射技术应用范围和提高其识别效率，并适于实际的工业应用。本发明解决该技术问题所采用的技术方案是一种金属材料的电磁声发射无损检测装置，其步骤是从脉冲大电流发生器的高压电容的电极引出两根导线分别用塑料夹持器将其固定于待测金属材料的两端，再将四个压电换能器Si、S2、S3和S4按菱形的四个顶点位置安放于该待测金属材料上，每个压电换能器分别通过信号线连接到前置放大器，前置放大器再用导线连接到PC机；将脉冲大电流发生器接通220V的交流电并产生脉冲大电流，该脉冲大电流被加载到待测金属材料上，若待测金属材料存在裂纹，会被激发出声发射信号，该声发射信号被四个压电传感器Sp S2, S3和S4检测并通过信号线输入前置放大器，由该前置放大器放大声发射信号并输入PC机，该PC机根据所采集到的声发射信号进行二维时差定位，从而定位检测出该待测金属材料存在的裂纹缺陷。上述一种金属材料的电磁声发射无损检测装置，所述PC机根据所采集到的声发射信号进行二维时差定位，其计算步骤是首先确定相应金属材料的波速V，以及计算压电换能器S1的探头和压电换能器S3的探头间距为a，压电换能器S2的探头和压电换能器S4的探头的间距为b，根据PC机采集到的声发射信号先后顺序，确定压电换能器S1和压电换能器S3间采集信号的时差Λ t1；以及压电换能器S2和压电换能器S4间采集信号的时差Λ t2，根据计算公式得到声发射源，即裂纹尖端位置的坐标
^ X = ^-IdtlV+ 2J(x-a/2)2+y2](I)
2a L. < _
y = At2V + 2^(y - b/2 )2+χ2λ(2)。
L 2b L.本发明的有益效果是本发明一种金属材料的电磁声发射无损检测装置的实质性特点是，将脉冲大电流加载到待测金属材料上，受到待测金属材料上的裂纹的影响，电流在裂纹尖端处形成明显的集中效应，导致裂尖附近电流密度急剧增大。在磁场的作用下，裂纹尖端处产生洛伦兹力，且洛仑兹力的方向使得裂纹两侧分别向外扩展，进而激发出声发射现象。利用压电传感器检测声发射信号并用PC机进行信号处理即可得到金属材料上裂纹信息，从而实现对金属材料裂纹型缺陷的无损检测。本发明金属材料的电磁声发射无损检测方法及其装置的显著进步是，①在待测金属材料的静态和无外加机械载荷的作用下进行检测，对待测金属材料的结构不造成二次损伤；②扩大了声发射检测方法的应用范围，不受待测金属材料的类型和形状的限制；③本发明金属材料的电磁声发射无损检测方法操作简单，其装置的组成部件结构简单和价格低廉。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图I为本发明一种金属材料的电磁声发射无损检测装置的流程示意框图。图2为本发明一种金属材料的电磁声发射无损检测装置的构成示意图。图3为本发明一种金属材料的电磁声发射无损检测装置中的二维时差定位示意图。图4为本发明一种金属材料的电磁声发射无损检测装置中的二维时差定位程序流程图。
具体实施例方式图I所示实施例表明，本发明一种金属材料的电磁声发射无损检测装置的流程是将脉冲大电流被加载到待检测金属材料上，若待检测金属材料存在裂纹，会被激发出声发射信号，检测该声发射信号，传送声发射信号，将检测到的声发射信号放大，进行数据采集与处理并得出结果。图2所示实施例表明，本发明一种金属材料的电磁声发射无损检测装置由脉冲大电流发生器、四个压电换能器、前置放大器和PC机构成。图3所示实施例表明，本发明一种金属材料的电磁声发射无损检测装置中的二维时差定位采用四个传感器Si、S2、S3和S4构成菱形阵列进行二维平面定位，由压电换能器S1和压电换能器S3采集信号的时差△ 得到双曲线1，由压电换能器S2和压电换能器S4采集信号的时差At2得到双曲线2，压电换能器S1的探头和压电换能器S3的探头间距为a，压电换能器S2的探头和压电换能器S4的探头的间距为b，波速为V，那么，声发射源，即裂纹尖端位置就位于两条双曲线的交点Q(X，y)上，其坐标的计算公式见公式(I) (2)。图4所示实施例表明，本发明一种金属材料的电磁声发射无损检测装置中的二维时差定位程序流程为分别输入相应金属材料的波速V和四个压电换能器Si、S2、S3和S4的坐标。根据四个压电换能器的坐标，计算压电换能器S1的探头和压电换能器S3的探头间的距离a，计算压电换能器S2的探头和压电换能器S4的探头间的距离b。一根据PC机采集到的声发射信号先后顺序，计算压电换能器S1和压电换能器S3间采集信号的时差At1,以及压电换能器S2和压电换能器S4间采集信号的时差At2。一根据时差定位公式计算声发射源坐标，实现对缺陷的定位。
实施例I将脉冲大电流发生器接通220v的交流电并产生脉冲大电流，脉冲大电流的峰值电流在800安培，脉冲宽度为220微秒。该脉冲大电流被加载到尺寸为500mmX 115mmX 15mm的待测铝金属材料上，该待测铝金属材料被激发出声发射信号，该信号被四个R15a型号的压电传感器检测并通过信号线输入美国PAC公司型号为2/4/6的前置放大器，由该前置放大器放大声发射信号并输入PC机，该PC机根据所采集到的声发射信号进行二维时差定位，其计算步骤是首先确定该待测铝金属材料的波速V，以及计算压电换能器S1的探头和压电换能器S3的探头间距为a，压电换能器S2的探头和压电换能器S4的探头的间距为b，根据PC机采集到的声发射信号先后顺序，确定压电换能器S1和压电换能器S3采集信号的时差At1，以及压电换能器S2和压电换能器S4间采集信号的时差At2，根据计算公式得到声发射源，即裂纹尖端位置的坐标
权利要求
1.一种金属材料的电磁声发射无损检测装置，其特征在于步骤是金属材料的电磁声发射无损检测方法，其步骤是从脉冲大电流发生器的电极引出两根导线分别用塑料夹持器将其固定于待测金属材料的两端，再将四个压电换能器Si、S2、S3和S4按菱形的四个顶点位置安放于该待测金属材料上，每个压电换能器分别通过信号线连接到前置放大器，前置放大器再用导线连接到PC机；将脉冲大电流发生器接通220V的交流电并产生脉冲大电流，该脉冲大电流被加载到待测金属材料上，若待测金属材料存在裂纹，会被激发出声发射信号，该声发射信号被四个压电传感器Sp S2, S3和S4检测并通过信号线输入前置放大器，由该前置放大器放大声发射信号并输入PC机，该PC机根据所采集到的声发射信号进行二维时差定位，从而定位检测出该待测金属材料存在的裂纹缺陷。
2.根据权利要求I所述一种金属材料的电磁声发射无损检测装置，其特征在于所用的脉冲大电流的峰值电流在800 3000安培，脉冲宽度为150 300微秒。
3.根据权利要求I所述一种金属材料的电磁声发射无损检测装置，其特征在于所述PC机根据所采集到的声发射信号进行二维时差定位，其计算步骤是首先确定相应金属材料的波速V，以及计算压电换能器S1的探头和压电换能器S3的探头间距为a，压电换能器S2的探头和压电换能器S4的探头的间距为b，根据PC机采集到的声发射信号先后顺序，确定压电换能器S1和压电换能器S3采集信号的时差△ t1;以及压电换能器S2和压电换能器S4间采集信号的时差At2，根据计算公式得到声发射源，即裂纹尖端位置的坐标
全文摘要
本发明一种金属材料的电磁声发射无损检测装置，涉及利用声波发射技术测试金属材料中的裂纹型缺陷，检测方法的步骤是将脉冲大电流发生器产生的脉冲大电流，加载到待测金属材料上，若待测金属材料存在裂纹，会被激发出声发射信号，该声发射信号被四个压电传感器检测并通过信号线输入前置放大器，由该前置放大器放大声发射信号并输入PC机，该PC机根据所采集到的声发射信号进行二维时差定位，定位检测出该待测金属材料存在的裂纹缺陷；所用装置包括脉冲大电流发生器、四个压电换能器、前置放大器和PC机。本发明克服了现有技术在金属材料检测过程中会对待测金属材料结构造成二次损伤的缺点，扩大了声发射技术应用范围和提高其识别效率，适于工业应用。
文档编号G01N27/82GK102645484SQ20121014088
公开日2012年8月22日 申请日期2012年5月9日 优先权日2012年5月9日
发明者李劲松, 金亮 申请人:天津工业大学