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1、 大连理工大学硕士学位论文铸造铝合金针孔缺陷的超声无损评价姓名：马庆超申请学位级别：硕士专业：材料无损检测与评价指导教师：谭家隆20090601 实 验发现 ：其能 量 损失也 越严 重。关 ， 也 与 针 孔使 超声波 在 材 料中的 能 量 衰 减 增 多 有 关 。 铸造 铝合 金针孔 缺 陷的 超声 无 损 评价， 琧 。 琧 。 ， 瑃 大 连 理工 大 学 硕 士 学 位 论文 琽 大 连 理工 大 学 学 位 论 文 独创 性声 明若有 不实之 处 ， 本人愿意 承 担 相 关 法律责任。 本人完 全了解 学 校 有 关 学 位 论 文 知 识 产权 的规定， 在 校 攻读学 位
2、 期间论 文 工 作 的知 识 产权 属于大 连 理工 大 学 ， 允许 论 文 被 查 阅和 借阅。 学 校 有权 保 留 论 文 并 向国家 有 关 部 门 或 机 构 送交 论 文 的复印 件 和 电子 版， 可 以 将本 学 位 论 文 的全 部 或 部 分 内容 编 入 有 关 数 据 库 进行检索， 可 以 采 用 影 印 、缩印 、或 扫 描 等 复制 手 段保 存 和 汇 编 本学 位 论 文 。日期：幽 年 月三日 无 损 检 测 王 匏 鸺觳 随 着现 代化 工 业 水 平 的提高 ， 电子 技术 、计 算机科 学 和 材 料 科 学 等 基 础学 科 的发展 ， 超 声
3、检 测 ”中 铸造 铝台 金针孔 等级的 标准照 片 国 内外 研究概 况及发展 趋 势 价 铸造 铝合 金中的 针孔 缺 陷，不仅 不破坏 原材 料，大 大 提 高 检 测 效率 和 检 测 精度 ，还可以实现 实时 的 百分百 检 测 。对 样品进 行超声 信 号采集信 号时 域分析总 结规律 ，实现 超声 方 法评 价 针孔 缺 陷 铸造 铝合 金针孔 缺 陷的 超声 无 损 评价人 们 生活 中 所 感 觉 到的 声 音 是 机 械波 传 到人 耳中 ， 引起 耳膜 振 动的 反 应 。 能 引起 人 声 压 ： 当 声 波 传 播使 介 质 受 到扰 动时 ， 将 产生交替 变 化的
4、 压 强 与不 受 外 力 作 用时 的 本 论文 中主 要应 用超声 纵波 与横 波 ， 因 此 对 其 他 波 型 砺恫 宀 不再作 以介绍 。 ：。 埠 。 狶铲 石 丽丽旺 铸造 铝合 金针孔 缺 陷的 超声 无 损 评价超声 波 垂 直 入 射 于 两种 异 质 界 面 处的 反射 与透射 憾 黛 去 ： 厶 局式 中 ： 厶，一 入 射 波 、 反射 波 和 透射 凵 波 的 声 强 ；墨，马 一 介 质 虢 橹 的 特 性 阻抗 。 超 声检 测 技 术按 探 头 数 目 分 类 ：单探 头 法 、 双 探 头 法 、 多探 头 法 ；按 藕 合 方式分 类 ：壹 接接触法 、
5、液 浸 法 ；壹接接触法 是将探 头 与 试件 表面 直接接触进行检 测 的 技术 ； 纛液 浸 法 是将探 头 和 试 铸造 铝合 金针孔 缺 陷的 超声 无 损 评价声 速 的 测 量 利用 的 是声 速 、 传播时 间和 传播距 离 的 关 系 ： 阂一籨 ，瘛瘛图 水 浸 法声 速 测 量 原 理 图 。 喝 齥 丛此 时， 衰 减 系 数 的 单 位 是 奈 培 毫 米 痬 。 由 于在超 声检 测 的 实 际工 作 中，可 以直接测 量 得到的 是 声压 的 比值 ， 因 此 ， 通 常 采 用分 贝 鹰米 痬 力 单 位 的 衰 减 骸 骸 骸 骸 骸 篔瘛，： 瘛 瘛 瘛 瘛
6、瘛 馹对 于垂鱼线 性 较好 的 超 声检 测 仪 器 而言 ， 仪 器 显示 屏上 显示 的 信号幅 度 与 声压 成 正根 据 章节 橹 实 奶 匦 宰 杩 刮 猵 7奖闫 鸺 宰 帜窻 代 替 。 即 材 料 的 特 一 图 密度 测 量 原 理 图 大 连 理 工 大 学 硕 士 学 位 论文一 !猳为瓜 。 铸造 铝合 金针孔 缺 陷的 超声 无 损 评价 实验 过程实 验 装置 铸造 铝合 金针孔 缺 陷的 超声 无 损 评价计 算机 软 件 的 应 用 包括 图 像处理 和数据 处理 两 方面的 内 容 。 软 件 对数据 进行 傅里 叶 变换分 析 。图 金相 制 样 的 步
7、骤 大 连 理 工 大 学 硕 士 学 位 论文 和 分 谐 觳馐毖 袢 缤贾 屑 匪 痉 较 此 方向 上 可 近似认为针孔 缺 陷程度一选取 好的 试样 需 进行 下 一步 的 金相 制 样 。 将 待检 测 面使用 砂纸 进行 磨 光 ， 使其 表面粗 糙度砖值 不 大 于 。 制 备 好 的 金相 试样 ， 腐蚀 前 使用 酒 精 蛘咂 汀 进行 目 视 比较， 即得到 针孔 的 等 级 。 每 一针无 针孔 中针 孔 部位呈 黑 色 显 示 缤 ， 而 基体 部分 颜 色 相对 较浅 。计 算 机软 件 可 分辨 出颜 色 不同深 浅 的 部位加 以区 分 统 计 ， 计 算出颜 色
8、 深度在某一 范 围内 的 区 域占 全 部区域的 百 分 比 ， 即 可 以计 算出黑 色 针 孔 部位占 全 部面 积 的 百 分 比 。的 针 孔 率 与 前 两 种 目视 比 较法 得 到 的 结果 规 律基本 相符 。 铸造 铝台 金针孔 缺 陷的 超声 无 损 评价 试样 的 声 速测 量直 接接触 法 测 量 试样 的 纵波与 横 波声 速 铸造 铝合 金针 孔 缺 陷的 超 声 无 损 评价图 直 接接触 法 测 得 的 纵波声 速薹 试 样针 孔 级 别量针 孔 率 铸造 铝合 金针孔 缺 陷的 超声 无 损 评价有 所差 别 ， 这 也 会 造 成 检 测结 果 的 不 一
9、 致 。 姜 试样 的功率 谱 测 试 铸造 铝合金针孔 缺 陷 的超 声无 损评 价 实验 结 果 分析墨图 各 组试 样的平 均密 度 铸造铝合 金 针 孔 缺陷 的超 声 无 损 评价图 各 组试 样的平 均动 态 弹性 模 量 材料 无 损 伤时： 告 着 针 孔 等 级 的提 高， 铸 铝试 样的弹性 模 量 相 应 降 低的结 论。需要 指 出的是 ， 前 文 测的针 孔 率 数 值上并 不等 于损 伤变量 。因 为 针 孔 率 是 利用 计 算机 金 相 图 像 分析 软件 ， 对 试 样的宏 观 照片 进 行 分析 而 得 到， 表 示 的是 一定 截面范 围 内，针 孔 部
10、分占 截面总 面积 的百 分比 。而 损 伤变量 则 表 示 材料 截面上受 损 的面积 与截面总 面积 的比 值。 在 一个 截面上， 针 孔 只 是 材料 总 的受 损 面积 的一部 分。 因 此 ， 在 数 值上， 针孔 率 要 小 于损 伤变量 。 铸造铝合 金 针 孔 缺陷 的超 声 无 损 评价 弧圬】图 各 组试样的弹性 模 量 与密 度 的比 值 图 各组 试样 的平 均 特 性 阻 抗从 图中 可以 发现 ， 随着针 孔 等级提 高 ， 试样 的特 性 阻 抗 值随之 下 降。 由于 特 性 阻 抗是 反映 材料 声学 性 质的一个 参数， 在研究 超 声波通 过 界 面 时
11、 的行 为 时 ， 能 决定能 量在不同 介 质中 的分 配情况 ， 因此对 研究 超 声波能 量的变 化 有重 大 意义。 从 这 一方 面 来 看 ， 针孔 的存 在改变 了 材料 的特 性 阻 抗 ， 会对 超 声 波能 量在界 面 处 的分 配产 生 着一定的影响 ，进而 造成衰减 系 数的变 化 。 箍 级越高 ， 超 声波散 射 也 相应 变 重 。 这 与 章 节 中 实验 测得 的衰减 系 数随针 孔 等级提 高而 增大 相吻 合 。实 验 中 使 用 的超 声 波探头 晶片 尺 寸 分 别 为 ：纵 波探头 直 径 ， 横波探头 晶片 变 传播 方向 。 而 当针 孔 尺 寸
12、 足 够 大 时 ， 超 声则 被完 全 反射 所示 。怒 铸造 铝合 金针孔 缺 陷的 超声 无 损 评价 腈 軱对 超声 波 的 吸 收从上式 中我 们可 以发 现 ，介质 热 传 导 吸 收 系 数除 了 与 材 料 本 身 性能 有 关 外 ，还 与 超声 波 的 频 率 和声 速 有 关 ，与 频 率 的 平方 成正 比，与 声 速 的 三 次方 成反 比。 实 验中我 们已经得 到 了 超声 波 随着 针孔 等级 提 高声 速 会下 降 的 事 实 ，并且 针孔 破 坏 了 材料 的 连 续性，会使 材 料 的 热 传 导 系 数下 降 ，因 此，公 式 可 以表明 ，对 于 频
13、率 固 定 的 超声 波 而 言 ，针孔 级 别 提 高，其 热 传 导 吸收 系 数会增 大，由机 械 能 转 变 为热 能 的 能 量 越多 。 可以发现， 粘滞 吸收系 数与 材料 的粘滞 系 数和 密度 有关 ， 还与 超 声 波的频 率和 声 速相 关 ， 与 频 率的平 方成正比 ， 与 声 速 的三次 方成反 比 。针 孔 使材料 内 部 的连 续性 下 降 ，其粘滞 系 数会增 大 ， 而 密 度 会降 低 缤 。结合 实 验 得 到的超 声 波声 速 随针 孔 级别 增 高而 下 降 的信 息 ， 不难 得 到， 随着 针 孔 级 别 的增 高， 超 声 波的粘滞 吸收系 数
14、会逐 渐增 大 ， 由 于 粘滞 吸 收造 成的能量 损 耗 也会有所 增 加 。 图 各 组 试样的平 均 声 强 反 射 系 数针 孔 率 图 各 组 试样的平 均 声 强 透射 系 数 缓 枰籏 誊 鱼 ：占丝 铸造 铝 合 金针 孔 缺陷 的 超 声 无 损 评 价对 于理想 流体 ， 其一 维 矫 娌 运 动方程 为 ：考 式 ， 有：嘞 以。 鬈 擎式中的 称为 有衰减 时的 波数 。 很显 然 ，与 理想 流体 中的 波 数 七 ： 竺不 同 ， 此 时的波 数 是 一 个 复数 。 它 可 以写 成 下 面 的 形 式 ： 对 于频率只有几兆赫某裕闾跫 秎。 由理想流 体 介
15、质 相 关 ， 衰减 系 数越 大 ， 声 速 越 低 。 实验 中的误差 分析实验中的误差 在 所难 免 ， 综 合来说 ， 主要有 以 下 几个 方 面 ： 铸造 铝合 金针孔 缺 陷的 超声 无 损 评价 芬 辔 觳 鈁 北 京 ： 机 械工 业 出版 社 ， 绺 北 京 ： 科 学 出版 社 ， 美 匏笿 未 娓 唬 獗 螅 跣 阊 逡 耄 烫 逯械某 北 京 ： 科 学 出版 社， 锶 勹 埃 炻 梁辖餥 长沙 ： 中南 大 学 出版 社 ， 奁 羧 梁辖鹑 哿 队胫 靃 广 州： 广 东 科 技 出版 社， 炻 梁辖鸲 ： ， 甃 珹 瓽 猟 铸 造 铝合 金 针 孔 缺 陷的 超声无 损 评价 铝合 金 铸 件 湎哒障 嗉 煅 檎 肟 圆形 旨 禰 硼 妒 可 畚 大 连 ： 大 连 ， ： 甊 ， 甅 攻 读 硕 士学 位 期 间 发表 学 术 论文情况