一种基于声发射技术的残余应力在线无损检测系统及方法与流程

本发明涉及无损检测技术领域，特指一种基于声发射技术的残余应力在线无损检测系统及方法。

技术背景

目前残余应力的检测方法主要包括：机械法和物理检测法。

(1)机械法

机械法主要包括小孔法、切条法、切槽法等。机械法检测残余应力需要释放工件的应力，这就需要对工件进行局部的分离或者分割，从而会对工件造成一定的损伤或者破坏，但是机械法理论完善，技术成熟，目前在现场检测中被广泛使用，其中尤其小孔法的破坏最小，使用最为广泛，并且美国材料与试验协会(ASTM)制定了小孔法测试残余应力的标准ASTM E 837–08，将其确定为标准的残余应力测试方法。

(2)物理检测法

物理检测法主要包括X射线法、中子衍射法、超声波法等。X射线法检测工件残余应力依据的是弹性力学以及X射线晶体学理论。当晶体材料中存在残余应力时，必然存在弹性应变与之相对应，造成材料局部区域的变形，并导致材料内部原子之间的相对位置发生变化，从而在X射线衍射图谱上有所反映，通过分析这些衍射信息，即可以确定材料内部残余应力的大小。中子衍射法检测工件残余应力的基本原理与X射线法是一致的，只是中子的穿透深度相比于X射线大的多，可以用来测试工件更深层的残余应力。超声波法检测工件残余应力的原理是建立在声弹性理论基础上的，即利用受应力材料中的声双折射现象来检测工件中残余应力的大小。这些方法都属于无损检测法，不会造成工件的损伤或者破坏。

近年来，随着现代工业技术的快速发展，也涌现了一批新的残余应力检测方法，如纳米压痕法、扫描电子声显微镜法、拉曼光谱法等。不过这些检测方法由于设备成本的高昂，条件复杂以及测试理论尚未完善，并未真正的走向实际的应用。本发明提出一种基于声发射技术的残余应力在线无损检测系统及方法，属于无损的残余应力检测方法。所谓残余应力在线无损检测指的是工件在加工制造的过程中对残余应力进行实时检测。

技术实现要素：

为了能够对工件的残余应力进行在线无损检测，本发明提出一种基于声发射技术的残余应力在线无损检测系统及方法。

基于声发射技术的残余应力在线无损检测系统，其特征在于：包括上位机系统、数据采集卡、主放大器、前置放大器、声发射传感器；声发射传感器安装在工件上，声发射传感器的输出通道与前置放大器的输入通道连接，前置放大器的输出通道与主放大器的输入通道连接，主放大器的输出通道与数据采集卡的输入通道连接，数据采集卡的输出通道与上位机系统连接。

上位机系统包括获取数据采集卡采集到的声发射信号的声发射信号获取模块，获取声发射信号的有效值电压(RMS)的有效值电压获取模块，残余应力σ_r(MPa)与RMS(V)之间相互关系设置模块。

基于声发射技术的残余应力在线无损检测方法，其特征在于：在残余应力σ_r(MPa)与RMS(V)之间相互关系设置模块中预置σ_r与RMS之间相互关系的函数表达式；上位机系统中的声发射信号获取模块获取数据采集卡采集到的声发射信号；上位机系统中的有效值电压获取模块获取声发射信号的RMS；上位机系统将获取的有效值电压代入σ_r与RMS之间相互关系的函数表达式，计算出工件的残余应力。

本发明的技术构思是：由上位机系统、数据采集卡、主放大器、前置放大器以及声发射传感器构成基于声发射技术的残余应力在线无损检测系统；在残余应力σ_r(MPa)与RMS(V)之间相互关系设置模块中预置σ_r与RMS之间相互关系的函数表达式；上位机系统将获取的有效值电压代入σ_r与RMS之间相互关系的函数表达式，计算出工件的残余应力，从而实现对残余应力进行在线无损检测。

本发明的有益效果是:

1、声发射传感器能够获取工件加工制造过程中的声发射信号，进一步获取声发射信号的有效值电压，并建立有效值电压与残余应力之间的定量化函数关系，能够实现对残余应力进行在线无损检测。

2、上位机系统能够自动获取声发射信号与声发射信号的有效值电压，实现对残余应力进行在线无损检测，无需手动操作，减少了工作量，提高了工作效率。

附图说明

图1基于声发射技术的残余应力在线无损检测系统示意图。

图2基于声发射技术的激光表面处理残余应力在线无损检测系统示意图。

图3残余应力与有效值电压之间的相互关系。

具体实施方式

参照附图，进一步说明本发明：

基于声发射技术的残余应力在线无损检测系统，其特征在于：包括上位机系统、数据采集卡、主放大器、前置放大器、声发射传感器；声发射传感器安装在工件上，声发射传感器的输出通道与前置放大器的输入通道连接，前置放大器的输出通道与主放大器的输入通道连接，主放大器的输出通道与数据采集卡的输入通道连接，数据采集卡的输出通道与上位机系统连接。

上位机系统包括获取数据采集卡采集到的声发射信号的声发射信号获取模块，获取声发射信号的有效值电压(RMS)的有效值电压获取模块，残余应力σ_r(MPa)与RMS(V)之间相互关系设置模块。

基于声发射技术的残余应力在线无损检测方法，其特征在于：在残余应力σ_r(MPa)与RMS(V)之间相互关系设置模块中预置σ_r与RMS之间相互关系的函数表达式；上位机系统中的声发射信号获取模块获取数据采集卡采集到的声发射信号；上位机系统中的有效值电压获取模块获取声发射信号的RMS；上位机系统将获取的有效值电压代入σ_r与RMS之间相互关系的函数表达式，计算出工件的残余应力。

为了获取残余应力σ_r(MPa)与RMS(V)之间的相互关系，对ASTM A36碳素结构钢进行激光表面处理，采用本发明提出的基于声发射技术的残余应力在线无损检测系统，获取ASTM A36碳素结构钢激光表面处理过程中的声发射信号，上位机系统中的有效值电压获取模块获取声发射信号的RMS。改变ASTM A36碳素结构钢激光表面处理的工艺参数可以获取相对应的声发射信号，同时可以获取相对应的声发射信号的RMS，进一步采用小孔法获取相对应的ASTM A36碳素结构钢的残余应力。采用Origin软件绘制出残余应力σ_r(MPa)与RMS(V)之间的关系(见图3)。从图3可以发现，残余应力σ_r(MPa)与RMS(V)之间具有较强的线性关系，采用Origin软件的曲线拟合功能建立的残余应力σ_r(MPa)与RMS(V)之间的函数表达式为σ_r＝2248.30-4658190×RMS，表明通过获取工件加工制造过程中的声发射信号的有效值电压(RMS)，就可以对工件加工制造过程中的残余应力进行实时检测，即实现对工件残余应力进行在线无损检测。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。