本發(fā)明涉及無損檢測技術(shù)領(lǐng)域，特指一種基于聲發(fā)射技術(shù)的殘余應(yīng)力在線無損檢測系統(tǒng)及方法。

技術(shù)背景

目前殘余應(yīng)力的檢測方法主要包括：機械法和物理檢測法。

(1)機械法

機械法主要包括小孔法、切條法、切槽法等。機械法檢測殘余應(yīng)力需要釋放工件的應(yīng)力，這就需要對工件進行局部的分離或者分割，從而會對工件造成一定的損傷或者破壞，但是機械法理論完善，技術(shù)成熟，目前在現(xiàn)場檢測中被廣泛使用，其中尤其小孔法的破壞最小，使用最為廣泛，并且美國材料與試驗協(xié)會(ASTM)制定了小孔法測試殘余應(yīng)力的標準ASTM E 837–08，將其確定為標準的殘余應(yīng)力測試方法。

(2)物理檢測法

物理檢測法主要包括X射線法、中子衍射法、超聲波法等。X射線法檢測工件殘余應(yīng)力依據(jù)的是彈性力學(xué)以及X射線晶體學(xué)理論。當(dāng)晶體材料中存在殘余應(yīng)力時，必然存在彈性應(yīng)變與之相對應(yīng)，造成材料局部區(qū)域的變形，并導(dǎo)致材料內(nèi)部原子之間的相對位置發(fā)生變化，從而在X射線衍射圖譜上有所反映，通過分析這些衍射信息，即可以確定材料內(nèi)部殘余應(yīng)力的大小。中子衍射法檢測工件殘余應(yīng)力的基本原理與X射線法是一致的，只是中子的穿透深度相比于X射線大的多，可以用來測試工件更深層的殘余應(yīng)力。超聲波法檢測工件殘余應(yīng)力的原理是建立在聲彈性理論基礎(chǔ)上的，即利用受應(yīng)力材料中的聲雙折射現(xiàn)象來檢測工件中殘余應(yīng)力的大小。這些方法都屬于無損檢測法，不會造成工件的損傷或者破壞。

近年來，隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，也涌現(xiàn)了一批新的殘余應(yīng)力檢測方法，如納米壓痕法、掃描電子聲顯微鏡法、拉曼光譜法等。不過這些檢測方法由于設(shè)備成本的高昂，條件復(fù)雜以及測試理論尚未完善，并未真正的走向?qū)嶋H的應(yīng)用。本發(fā)明提出一種基于聲發(fā)射技術(shù)的殘余應(yīng)力在線無損檢測系統(tǒng)及方法，屬于無損的殘余應(yīng)力檢測方法。所謂殘余應(yīng)力在線無損檢測指的是工件在加工制造的過程中對殘余應(yīng)力進行實時檢測。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了能夠?qū)ぜ臍堄鄳?yīng)力進行在線無損檢測，本發(fā)明提出一種基于聲發(fā)射技術(shù)的殘余應(yīng)力在線無損檢測系統(tǒng)及方法。

基于聲發(fā)射技術(shù)的殘余應(yīng)力在線無損檢測系統(tǒng)，其特征在于：包括上位機系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集卡、主放大器、前置放大器、聲發(fā)射傳感器；聲發(fā)射傳感器安裝在工件上，聲發(fā)射傳感器的輸出通道與前置放大器的輸入通道連接，前置放大器的輸出通道與主放大器的輸入通道連接，主放大器的輸出通道與數(shù)據(jù)采集卡的輸入通道連接，數(shù)據(jù)采集卡的輸出通道與上位機系統(tǒng)連接。

上位機系統(tǒng)包括獲取數(shù)據(jù)采集卡采集到的聲發(fā)射信號的聲發(fā)射信號獲取模塊，獲取聲發(fā)射信號的有效值電壓(RMS)的有效值電壓獲取模塊，殘余應(yīng)力σ_r(MPa)與RMS(V)之間相互關(guān)系設(shè)置模塊。

基于聲發(fā)射技術(shù)的殘余應(yīng)力在線無損檢測方法，其特征在于：在殘余應(yīng)力σ_r(MPa)與RMS(V)之間相互關(guān)系設(shè)置模塊中預(yù)置σ_r與RMS之間相互關(guān)系的函數(shù)表達式；上位機系統(tǒng)中的聲發(fā)射信號獲取模塊獲取數(shù)據(jù)采集卡采集到的聲發(fā)射信號；上位機系統(tǒng)中的有效值電壓獲取模塊獲取聲發(fā)射信號的RMS；上位機系統(tǒng)將獲取的有效值電壓代入σ_r與RMS之間相互關(guān)系的函數(shù)表達式，計算出工件的殘余應(yīng)力。

本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思是：由上位機系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集卡、主放大器、前置放大器以及聲發(fā)射傳感器構(gòu)成基于聲發(fā)射技術(shù)的殘余應(yīng)力在線無損檢測系統(tǒng)；在殘余應(yīng)力σ_r(MPa)與RMS(V)之間相互關(guān)系設(shè)置模塊中預(yù)置σ_r與RMS之間相互關(guān)系的函數(shù)表達式；上位機系統(tǒng)將獲取的有效值電壓代入σ_r與RMS之間相互關(guān)系的函數(shù)表達式，計算出工件的殘余應(yīng)力，從而實現(xiàn)對殘余應(yīng)力進行在線無損檢測。

本發(fā)明的有益效果是:

1、聲發(fā)射傳感器能夠獲取工件加工制造過程中的聲發(fā)射信號，進一步獲取聲發(fā)射信號的有效值電壓，并建立有效值電壓與殘余應(yīng)力之間的定量化函數(shù)關(guān)系，能夠?qū)崿F(xiàn)對殘余應(yīng)力進行在線無損檢測。

2、上位機系統(tǒng)能夠自動獲取聲發(fā)射信號與聲發(fā)射信號的有效值電壓，實現(xiàn)對殘余應(yīng)力進行在線無損檢測，無需手動操作，減少了工作量，提高了工作效率。

附圖說明

圖1基于聲發(fā)射技術(shù)的殘余應(yīng)力在線無損檢測系統(tǒng)示意圖。

圖2基于聲發(fā)射技術(shù)的激光表面處理殘余應(yīng)力在線無損檢測系統(tǒng)示意圖。

圖3殘余應(yīng)力與有效值電壓之間的相互關(guān)系。

具體實施方式

參照附圖，進一步說明本發(fā)明：

基于聲發(fā)射技術(shù)的殘余應(yīng)力在線無損檢測系統(tǒng)，其特征在于：包括上位機系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集卡、主放大器、前置放大器、聲發(fā)射傳感器；聲發(fā)射傳感器安裝在工件上，聲發(fā)射傳感器的輸出通道與前置放大器的輸入通道連接，前置放大器的輸出通道與主放大器的輸入通道連接，主放大器的輸出通道與數(shù)據(jù)采集卡的輸入通道連接，數(shù)據(jù)采集卡的輸出通道與上位機系統(tǒng)連接。

上位機系統(tǒng)包括獲取數(shù)據(jù)采集卡采集到的聲發(fā)射信號的聲發(fā)射信號獲取模塊，獲取聲發(fā)射信號的有效值電壓(RMS)的有效值電壓獲取模塊，殘余應(yīng)力σ_r(MPa)與RMS(V)之間相互關(guān)系設(shè)置模塊。

基于聲發(fā)射技術(shù)的殘余應(yīng)力在線無損檢測方法，其特征在于：在殘余應(yīng)力σ_r(MPa)與RMS(V)之間相互關(guān)系設(shè)置模塊中預(yù)置σ_r與RMS之間相互關(guān)系的函數(shù)表達式；上位機系統(tǒng)中的聲發(fā)射信號獲取模塊獲取數(shù)據(jù)采集卡采集到的聲發(fā)射信號；上位機系統(tǒng)中的有效值電壓獲取模塊獲取聲發(fā)射信號的RMS；上位機系統(tǒng)將獲取的有效值電壓代入σ_r與RMS之間相互關(guān)系的函數(shù)表達式，計算出工件的殘余應(yīng)力。

為了獲取殘余應(yīng)力σ_r(MPa)與RMS(V)之間的相互關(guān)系，對ASTM A36碳素結(jié)構(gòu)鋼進行激光表面處理，采用本發(fā)明提出的基于聲發(fā)射技術(shù)的殘余應(yīng)力在線無損檢測系統(tǒng)，獲取ASTM A36碳素結(jié)構(gòu)鋼激光表面處理過程中的聲發(fā)射信號，上位機系統(tǒng)中的有效值電壓獲取模塊獲取聲發(fā)射信號的RMS。改變ASTM A36碳素結(jié)構(gòu)鋼激光表面處理的工藝參數(shù)可以獲取相對應(yīng)的聲發(fā)射信號，同時可以獲取相對應(yīng)的聲發(fā)射信號的RMS，進一步采用小孔法獲取相對應(yīng)的ASTM A36碳素結(jié)構(gòu)鋼的殘余應(yīng)力。采用Origin軟件繪制出殘余應(yīng)力σ_r(MPa)與RMS(V)之間的關(guān)系(見圖3)。從圖3可以發(fā)現(xiàn)，殘余應(yīng)力σ_r(MPa)與RMS(V)之間具有較強的線性關(guān)系，采用Origin軟件的曲線擬合功能建立的殘余應(yīng)力σ_r(MPa)與RMS(V)之間的函數(shù)表達式為σ_r＝2248.30-4658190×RMS，表明通過獲取工件加工制造過程中的聲發(fā)射信號的有效值電壓(RMS)，就可以對工件加工制造過程中的殘余應(yīng)力進行實時檢測，即實現(xiàn)對工件殘余應(yīng)力進行在線無損檢測。

本說明書實施例所述的內(nèi)容僅僅是對發(fā)明構(gòu)思的實現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護范圍也及于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。