非线性超声评估优化热处理工艺的方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明公开一种非线性超声评估优化热处理工艺的方法和装置，通过获取试件中传播的超声波基频信号A1和二次谐波的波幅A2，计算出试件的非线性声学参数β′，其中基于得到的相对非线性声学参数的值β′，比较未处理材料和经过不同热处理过程的非线性声学参数的不同。热处理的工艺越好，经过热处理后的材料内部结构越均匀，性能提高的越到，而超声传播的声学非线性响应则越小。本发明基于热处理可以改变材料的微观结构，而超声传播的非线性响应和材料的微观结构有直接的关系，本发明可以非破坏、快速、有效地评估热处理工艺效果，进行优化、完善热处理工艺相关参数。
【专利说明】非线性超声评估优化热处理工艺的方法和装置
【技术领域】
[0001]本发明公开一种非线性超声评估优化热处理工艺的方法和装置，按国际专利分类表(IPC)划分属于材料测试【技术领域】，具体是涉及利用对材料性能进行非破坏评估和表征的技术。
【背景技术】
[0002]关键工程结构件所用材料，在正式投入应用前，通常需要经过热处理工艺提高其机械性能，满足工程结构承载的需求。热处理之所以能提高材料性能主要是因为它改变了材料的微观结构(即平行于界面的均质化滑移和局部塑性变形限制)。热处理工艺参数直接影响热处理工艺的效果，进而对材料性能有关键性的影响。通常评估热处理工艺效果的方法的是破坏性的测试材料热处理后的性能变化，这种方法不仅耗时较长，且浪费严重，过程复杂。而热处理工艺参数也是在实践中不断改进和完善的。如何非破坏、快速、有效地评估热处理工艺效果，优化、完善热处理参数非常重要。
[0003]材料显微组织和力学性能直接影响着声音在材料中传播的特性，超声评估和表征材料组织结构及力学性能的变化是一种被广泛应用的方法。常用的超声评估与检测方法是通过利用超声线性物理参数(如声速、幅度、衰减系数)表征材料组织结构和力学性能，但目前广泛使用的线性超声评估方法对材料的微观结构变化不敏感，因此在应用于热处理工艺参数优化评估时达不到理想的效果，比如当几种热处理参数差别较小时线性超声方法无法将它们的优劣明确的区分。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的不足，本发明提供了一种非线性超声评估优化热处理工艺的方法，该方法是基于传播介质中微小的组织结构变化能导致明显的声波非线性响应不同，是一种基于非线性超声方法的热处理工艺效果评估和优化技术。
[0005]本发明的另一目的是提供一种非线性超声评估优化热处理工艺的装置。
[0006]为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的:
[0007]—种非线性超声评估优化热处理工艺的方法，将经过热处理工艺的试件固定并导入与适合频率的超声波，分别获取上述超声波的基频信号A1和二次谐波的波幅A2,计算出
试件的相对非线性声学参数β '，其中基于得到的相对非线性声学参数的值
β ；，比较未处理材料和经过不同热处理过程的非线性声学参数的不同，选择非线性声学参数最低的一组试件，该组试件采用的处理工艺作为最优化的热处理工艺。
[0008]一种非线性超声评估优化热处理工艺的方法，其检测步骤如下:
[0009]I)将经过不同热处理工艺的试件固定；
[0010]2)根据试件的材质选择适合的超声波频率，由信号激励器产生超声信号；
[0011]3)由激励探头将信号导入试料，再由接收探头接收并返回至接收单元；
[0012]4)接收单元将接收的信号滤波，并将信号在示波器上经过100?2000次平均后存储；
[0013]5)将存储的信号经过Hanning窗户处理，选择其中稳定的部分进行时-频变换，有效获得基频导波的幅度Al和双倍频二阶谐波的信号幅度A2，计算為/為2数值；
[0014]6)计算相对非线性声学参数:
[0015]非线性声学参数β的值与基频波和二阶谐波的波幅相关，其计算公式为
【权利要求】
1.一种非线性超声评估优化热处理工艺的方法，其特征在于:将经过热处理工艺的试件固定并导入与适合频率的超声波，分别获取上述超声波的基频信号A1和二次谐波的波幅A2，计算出试件的相对非线性声学参数β '，其中/?'=為/42;基于得到的相对非线性声学参数的值β '，比较未处理材料和经过不同热处理过程的非线性声学参数的不同，选择非线性声学参数最低的一组试件，该组试件采用的处理工艺作为最优化的热处理工艺。
2.根据权利要求1所述的一种非线性超声评估优化热处理工艺的方法，其检测步骤如下: 1)将经过不同热处理工艺的试件固定； 2)根据试件的材质选择适合的超声波频率，由信号激励器产生超声信号； 3)由激励探头将信号导入试料，再由接收探头接收并返回至接收单元； 4)接收单元将接收的信号滤波，并将信号在示波器上经过100~2000次平均后存储； 5)将存储的信号经过Hanning窗户处理，选择其中稳定的部分进行时_频变换，有效获得基频导波的幅度A1和双倍频二阶谐波的信号幅度A2,计算為/為2数值； 6)计算相对非线性声学参数: 非线性声学参数β的值与基频波和二阶谐波的波幅相关，其计算公式为 β=1Α_
A^k'X 其中A1和A2分别是基频波波和二阶谐波的振幅，k是波数，X是波传播的距离；试验中只需要得到相对的非线性声学系数β ,即可，表达式如下: β' =^rQC β； 7)基于得到的相对非线性声学参数的值，比较未处理材料和经过不同热处理过程的非线性物理参数的不同，选择非线性参数最低的一组作为最优化的热处理工艺。
3.根据权利要求2所述的一种非线性超声评估优化热处理工艺的方法，其特征在于:步骤I)中，将试件固定在夹具中进行超声信号导入及接收。
4.根据权利要求2所述的一种非线性超声评估优化热处理工艺的方法，其特征在于:步骤2)中信号激励器产生超声信号通过衰减器以提高信噪比，然后由激励探头导入试件。
5.根据权利要求2所述的一种非线性超声评估优化热处理工艺的方法，其特征在于:步骤3)中，为保证统一的耦合状态，在激励探头和接收探头上固定装置以保证换能器与试件接触耦合状态稳定，其中接收探头接收超声信号经前置放大器放大后回到接收器中。
6.根据权利要求2所述的一种非线性超声评估优化热处理工艺的方法，其特征在于:步骤4)中，接收单元将接收的信号通过功率放大器后滤波，利用示波器获取接收到的信号波形，将其输入计算机中；由信号接收器获得的数据也一并输入计算机。
7.根据权利要求1至6之一所述的一种非线性超声评估优化热处理工艺的方法所采用的装置，其特征在于:包括信号激励/接收器、衰减器、激励探头、接收探头、前置放大器、示波器和计算机，信号激励/接收器激励适合试件的一定频率超声波信号，经过衰减器以提高信噪比并连接激励探头，超声波信号被导入到试件中，在试件的另一端连接接收探头检测传播的声波信号，经前置放大器后进行滤波送入到示波器中，示波器获取接收到的信号波形将其输入计算机中；由信号激励/接收器获得的数据也一并输入计算机进行信号分析。
8.根据权利要求7所述的一种非线性超声评估优化热处理工艺的方法所采用的装置，其特征在于:所述激励探头和接收探头之间设有固定夹具以夹持经过不同热处理工艺的试件。
【文档编号】G01N29/07GK103940910SQ201410205243
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年5月15日 优先权日:2014年5月15日
【发明者】李卫彬, 秦晓旭, 胡诗诚 申请人:厦门大学