一种非接触无损评估材料各向异性的方法和装置与流程

技术特征：
1.一种非接触无损评估金属材料各向异性的方法，其特征在于：包括：通过在一定频带宽内进行超声横波的步进扫频，获得被检试件的谐振频谱，从所述谐振频谱中挑选出共振频率f；从接收信号的频谱中分别获取所述超声横波针对被检试件的快横波频率f
(1)
及和慢横波频率f
(2)
；所述快横波频率f
(1)
是指一定频带宽内快横波的超声横波共振频率，所述慢横波频率f
(2)
是指一定频带宽内慢横波的超声横波共振频率；根据快横波频率f
(1)
及和慢横波频率f
(2)
构造所述被检试件的各向异性参数b，b＝2*(f
(1)
‑
f
(2)
)/(f
(1)
f
(2)
)；基于所述被检试件的各向异性参数b，比较完好材料和经过不同程度退火热处理材料的各向异性参数的不同，定性和定量地评估金属材料的各向异性。2.根据权利要求1所述一种非接触无损评估金属材料各向异性的方法，其特征在于：所述的一定频带宽是针对被检试件的敏感频率区间。3.根据权力要求1所述一种非接触无损评估金属材料各向异性的方法，其特征在于：所述的超声横波是两束正交偏振波或单束偏振波。4.根据权利要求1所述一种非接触无损评估金属材料各向异性的方法，其特征在于：所述的超声横波的步进扫频是使激励的超声横波的频率以线性的方式变化改变。5.根据权利要求1所述一种非接触无损评估金属材料各向异性的方法，其特征在于：所述被检试件是经过不同轧制工艺或不同应力状态下的被检试件。6.一种非接触无损评估金属材料各向异性的装置，其特征在于：包括相互电连接的信号收发集成末端、信号生成/接收模块和信号控制/显示模块，所述信号收发集成末端包括用于信号激励和接收的信号激励/接收装置，该信号激励/接收装置包括电磁超声激励部件和电磁超声接收部件；所述信号生成/接收模块包括信号发生/接收装置，所述信号控制/显示模块由计算机和示波器实现；所述信号发生/接收装置用于向所述电磁超声激励部件发送驱动信号并接收信号，所述电磁超声激励部件用于激励出向特定方向偏振的超声横波信号；所述电磁超声接收部件用于接收沿任何方向偏振的超声横波信号；所述示波器用于显示驱动信号和接收信号的波形；所述计算机用于控制所述信号发生/接收装置经由电磁超声激励部件激励出步进频率的超声横波信号，并通过分析电磁超声接收部件每个步进频率点上的接收信号计算出被检试件的谐振频谱，从而评估评估各向异性金属板材的各向异性程度及各向异性主轴方向。7.根据权利要求6所述的一种非接触无损评估金属材料各向异性的装置，其特征在于：所述信号收发集成末端还包括将信号激励/接收装置以一定间隔距离固定的传感器固定装置、与信号激励/接收装置和传感器固定装置连接的传感器旋转装置以及控制传感器旋转装置动作的旋转模块控制装置。8.根据权利要求7所述的一种非接触无损评估金属材料各向异性的装置，其特征在于：所述传感器固定装置包括一方形支架，方形支架的两末端分别连接电磁超声激励部件和电磁超声接收部件，使电磁超声激励部件和电磁超声接收部件以一定间隔距离固定；所述电磁超声激励部件与方形支架之间设置有旋转模块，旋转模块通过信号控制线与旋转模块控制装置电连接。9.根据权利要求8所述的一种非接触无损评估金属材料各向异性的装置，其特征在于：
该装置包括如下检测步骤：1)将线性偏振型电磁超声传感器的标记方向与被检试件的轧制方向对齐，并将径向辐射型电磁超声传感器放置于对侧，保证线性偏振型电磁超声传感器和径向辐射型电磁超声传感器的中轴线对齐，并利用方形支架将线性偏振型电磁超声传感器和径向辐射型电磁超声传感器固定；2)将线性偏振型电磁超声传感器靠近被检试件，由线性偏振型电磁超声传感器激励一定频带宽的步进频率的超声横波信号，通过分析由径向辐射型电磁超声传感器接收的每个步进频率点上的信号计算出被检试件的谐振频谱；从所述谐振频谱中标记出共振频率；3)旋转模块控制装置控制旋转模块旋转线性偏振型电磁超声传感器，在分别仅出现慢横波频谱和快横波频谱向计算机回传旋转角度以做标记；4)旋转线性偏振型电磁超声传感器，在同时出现快横波和慢横波频谱时，提取谐振频谱信号，并在频谱中提取对应的快横波共振频率f
(1)
与慢横波共振频率f
(2)
；5)根据快横波频率及和慢横波频率构造所述被检试件的各向异性参数b：被检试件的各向异性参数b的计算公式为：其中f
(1)
和f
(2)
分别是快横波共振频率和慢横波共振频率；6)基于步骤3)标记的旋转角度，由轧制方向作为基准线标记出各向异性主要方向，定向的评估金属材料的各向异性方向；基于所述被检试件的各向异性参数，比较完好材料和经过不同程度退火热处理材料的各向异性参数的不同，定性和定量地评估金属材料的各向异性程度。10.根据权利要求9所述的一种非接触无损评估金属材料各向异性的装置，其特征在于：所述步骤3)和步骤4)具体包括：旋转线性偏振型电磁超声传感器直至所述径向辐射型电磁超声传感器仅可接收到快横波超声信号，也即由接收信号计算出的谐振频谱仅出现快横波共振频率，标记第一旋转角度；所述第一旋转角度是指由初始设置至谐振频谱仅出现快横波共振频率时顺时针所旋转的角度；旋转线性偏振型电磁超声传感器直至所述径向辐射型电磁超声传感器仅可接收到慢横波超声信号，也即由接收信号计算出的谐振频谱仅出现慢横波共振频率，标记第二旋转角度，所述第二旋转角度是指由初始设置至谐振频谱仅出现快横波共振频率时顺时针所旋转的角度；通过顺时针旋转线性偏振型电磁超声传感器，通过线性偏振型电磁超声传感器激励一定频带宽的步进频率的超声横波信号，通过分析上述每个步进频率点上的由径向辐射型电磁超声传感器接收的信号计算出被检试件的谐振频谱，从所述谐振频谱中标记出两个共振频率；将上述计算出被检试件的谐振频谱中标记的两个共振频率分别定义为超声横波针对被检试件的快横波频率以及慢横波频率。

技术总结
本发明公开一种非接触无损评估材料各向异性的方法和装置，该方法通过激励步进频率的电磁超声横波，并获取被检试件中特定频带宽中的超声横波共振频率，提取分别代表快横波和慢横波的超声横波共振频率，构造被检试件的各向异性参数；并基于得到的各向异性参数，比较不同轧制工艺处理材料的各向异性参数的不同；对比检测、评估金属材料的各向异性；比较不同应力状态下材料的各向异性参数的不同，对比检测、评估金属材料的应力状态。本发明基于超声横波的双折射与材料弹性各向异性直接关系，利用快横波波速与慢横波波速来构造各向异性参数；将电磁超声换能器与超声共振光谱结合，克服了电磁超声换能器传输能量低的问题，提高了电磁超声的信噪比。电磁超声的信噪比。电磁超声的信噪比。


技术研发人员：李卫彬 史天泽
受保护的技术使用者：厦门大学
技术研发日：2021.07.15
技术公布日：2021/10/23