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焊接残余应力超声波检测装置的研制

作　者: 何辉
导　师: 孙金玮
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 焊接残余应力 LCR波 TDC-GP1
分类号: TH878.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

科技的发展对焊接构件的残余应力的无损在役检测提出了越来越高的要求,由此推动了应力检测技术的飞速发展。小孔法、切槽法、X射线法、磁噪声法、光弹性法等一大批残余应力测量方法被研究出来并运用于工程实际中。相较于其他方法,超声波应力测量法具有检测速度快、准确性高、操作方便、环保无污染等优点,因此被公认为是最有前途的应力无损检测手段之一。本文介绍了超声波的有关特性和临界折射纵波(LCR波)的产生机理,对声弹性理论进行了研究,经过对应力——声速相关公式的简化推导得到了工程实践中运用的超声波测量焊接残余应力的计算公式,同时对公式中的声弹性系数作了标定。在此基础上,本文设计了超声波应力测量系统的硬件电路和软件程序,详细介绍了整个系统的工作流程和总体结构。对电路中的超声波激发模块、回波预处理模块、计时测量模块等的原理和参数作了明确说明,并对其所能实现的功能进行了测试。同时还详细介绍了高精度时间数字芯片——TDC-GP1的内部结构、测量原理、工作模式等相关信息。本文利用设计出的焊接残余应力检测系统分别对LCR波在有/无应力的铝合金试件中的传播时间进行了实验测量,通过推导出的公式计算出了铝合金试件的焊接残余应力并得出了其分布趋势。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-17
  1.1 课题背景及意义  8-9
  1.2 应力检测技术发展现状  9-15
    1.2.1 有损检测  9-10
    1.2.2 无损检测  10-14
    1.2.3 应力检测方法比较  14-15
  1.3 超声波应力检测技术的发展  15-16
  1.4 本文主要研究内容  16-17
第2章超声波应力测量相关理论  17-30
  2.1 超声波特性  17
  2.2 超声波的物理参数  17-19
  2.3 超声波传播波型  19-21
  2.4 临界折射纵波  21-24
    2.4.1 LCR 波的选取  21-22
    2.4.2 LCR 波产生原理  22-24
  2.5 声弹性理论  24-29
    2.5.1 声弹性效应  24
    2.5.2 应力——声速相关公式  24-26
    2.5.3 焊接残余应力的测量公式  26-28
    2.5.4 声弹性系数的标定  28-29
  2.6 本章小结  29-30
第3章 LCR 波应力测量系统  30-47
  3.1 硬件电路总体结构  30-31
  3.2 单片机控制模块  31-32
  3.3 超声波激发模块  32-35
    3.3.1 超声波探头  33
    3.3.2 高压产生电路  33-34
    3.3.3 探头驱动电路  34-35
  3.4 回波预处理模块  35-37
    3.4.1 放大滤波设计  35-36
    3.4.2 回波整形电路  36-37
  3.5 计时测量模块  37-45
    3.5.1 TDC-GP1 的结构  38-40
    3.5.2 TDC-GP1 的工作模式  40-44
    3.5.3 计时测量电路  44-45
  3.6 结果显示模块  45
  3.7 系统软件设计  45-46
  3.8 本章小结  46-47
第4章系统实验结果及分析  47-53
  4.1 LCR 波激发电路测试  47-48
  4.2 回波预处理电路测试  48-49
  4.3 应力测量结果及分析  49-52
  4.4 本章小结  52-53
结论  53-54
参考文献  54-58
致谢  58

焊接残余应力超声波检测装置的研制

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