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焊接裂纹声发射监测技术的研究

作　者: 袁少波
导　师: 童彦刚
学　校: 重庆大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 焊接裂纹声发射检测系统虚拟仪器
分类号: TG441.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 461次
引　用: 2次
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内容摘要

声发射(AE)检测技术正在被越来越广泛地用于材料的变形和断裂行为实时动态监测和分析。对于焊接过程中可能出现的焊接接头裂纹而言,采用先进的声发射技术进行裂纹检测和分析,不仅有助于评价焊接结构的完整性和可服役性,同时也有助于深入研究裂纹的形成和扩展机理。为此,本文在广泛查阅国内外大量的科技文献资料的基础上,归纳总结了声发射技术基本原理和应用现状,重点讨论了影响AE应用的各种因素;针对焊接过程的特殊性,结合目前流行的现代虚拟仪器技术,研制开发出一套适合于铁碳合金材料焊接裂纹监测分析的声发射检测系统,并利用该系统对不同材质和不同焊接工艺条件下的焊接接头的AE信号进行了采集、显示和分析,初步发现/证实了一些对深入研究焊接裂纹形成机理具有重要意义的现象和规律。本测试系统的硬件部分由声发射传感器、A/D数据采集卡、信号放大与滤波电路和微型计算机等部件组成。软件部分则以美国国家仪器实验室最新推出高效图形化编程软件LabVIEW7.0为开发平台进行编程,整个系统具有分析功能强大、操作方便、兼容性好、扩展性强等优点。本系统的重点和特点之一是通过对AE信号检测过程中的噪声来源进行深入研究,采用了硬件滤波+软件滤波的方法进行去噪处理。基于小波分析理论的变换滤波技术能同时利用信号与噪声在时域和频域内的差别,实现有效的信噪分离,从而获得较为理想的除噪效果,提高和改进AE信号分析能力,较好地克服了焊接环境下声发射信号通常受到强噪声干扰这一难题。通过对铸铁件和45号钢在不同拘束条件下焊接时焊接接头的声发射数据进行采集和对比分析后发现,所测得的焊接裂纹声发射信号频率在110k～200k之间,裂纹声发射波形密集程度与裂纹的尺寸大小没有直接关系,而与裂纹源的形成有密切关系。此外,铸铁焊接裂纹与氢致焊接裂纹在声发射信号波形形状和波形分布上存在着明显的不同:前者为突发型信号,后者为持续型信号;前者具有峰值信号分散、峰值信号持续时间较短、平均幅值较低的特征,而后者则具有峰值信号相对集中、峰值信号持续时间较长和平均幅值较高的特点。本研究还发现,焊接拘束度越大,则氢致焊接裂纹的声发射信号峰值越集中,峰值信号的持续时间也越长,这与剖样检查后所观察到的焊接拘束度越大则裂纹率也越大的现象和规律基本相符。本研究结果支持了国内外断裂力学研究学说中关于“应力作用下的氢致裂纹扩展具有非连续性特征”这一重要假说。

全文目录

中文摘要  4-5
英文摘要  5-8
1 绪论  8-17
  1.1 声发射技术概述  8-10
  1.2 声发射技术发展及现状  10-12
  1.3 声发射检测系统的发展与现状  12-14
    1.3.1 声发射检测系统的硬件集成  12-14
    1.3.2 声发射检测系统的软件功能  14
  1.4 本课题的主要研究内容及其意义  14-17
    1.4.1 主要研究内容  14-16
    1.4.2 研究的意义  16-17
2 声发射机制探讨  17-21
  2.1 引言  17
  2.2 声发射现象的本质  17-18
  2.3 声发射与声发射源  18-20
  2.4 金属材料的声发射  20-21
3 系统组成原理与功能  21-28
  3.1 序言  21
  3.2 测试及分析系统的整体组成  21-23
    3.2.1 系统特点  22
    3.2.2 系统功能  22-23
  3.3 测试及分析系统主要组成部分的原理  23-28
    3.3.1 数据采集原理  23-24
    3.3.2 数据滤波  24-28
4 系统硬件组成  28-34
  4.1 数据采集卡概况  28-29
  4.2 LABVIEW~(TM)驱动程序接口  29
  4.3 传感器  29-31
  4.4 信号调理电路  31-34
5 系统软件设计  34-45
  5.1 序言  34
  5.2 虚拟仪器技术  34-41
    5.2.1 虚拟仪器的基本概念  34
    5.2.2 虚拟仪器的构成及其分类  34-39
    5.2.3 虚拟仪器的特点及优势  39-40
    5.2.4 虚拟仪器的发展方向  40-41
  5.3 软件开发  41-42
    5.3.1 系统软件的总体结构及特点  41
    5.3.2 软件的总体构成  41
    5.3.3 软件特点  41-42
  5.4 数据采集模块  42-45
    5.4.1 数据采集程序设计  42-44
    5.4.2 数据采集界面  44-45
6 声发射信号处理与分析  45-55
  6.1 声发射信号处理的特点  45-46
  6.2 噪声来源分析  46
  6.3 声发射信号的分析方法  46-54
    6.3.1 声发射信号参数分析  47-48
    6.3.2 声发射信号波形分析  48-54
    6.3.3 声发射信号时频能量模式分析技术  54
  6.4 本文的分析方法  54-55
7 系统测定试验及结果分析  55-68
  7.1 试验过程及分析  55-66
    7.1.1 铸铁声发射试验  57-61
    7.1.2 拘束状态下的焊接裂纹试验  61-63
    7.1.3 斜Y 坡口试验  63-66
  7.2 声发射试验小结  66-68
8 结论与展望  68-70
  8.1 结论  68-69
  8.2 研究展望  69-70
致谢  70-71
参考文献  71-77
附录  77-78
独创性声明  78
学位论文版权使用授权书  78

焊接裂纹声发射监测技术的研究

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