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1、标准分享网www.bzfxw.com免费下载第22卷第5期无损检测Vol.22No.52000年5月NDTMay2000摩擦焊接头残余应力及组织对超声频谱的影响杨思乾 刘艳华 李京龙(西北工业大学,西安 710072)摘 要 用频率为15MHz的超声水浸透射法对45钢摩擦焊接头进行了检测试验。通过对消除应力退火前后的超声信号进行谐波分析,发现了焊缝和热影响区残余应力及显微组织对超声频谱的影响规律。主题词 摩擦焊焊缝 残余应力 显微组织 超声检验 频谱分析INFLUENCEOFRESIDUALSTRESSANDMICROSCOPICSTRUCTUREOFFRICTIONWELDEDJOINTS
2、ONULTRASONICSPECTRUMYangSiqianLiuYanhuaLiJinglong(NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xipan)AbstractFrictionweldedjointsofmediumcarbonsteel(45steel)weretestedbyultrasonicimmersionmethod(f=15MHz).Theregularityoftheinfluenceofmicroscopicstructureandresidualstressofweldmetalzoneandheat2affectedzoneonu
3、ltrasonicspectrumwasfoundbyfrequencyanalysisofultrasonicwaveformsbeforeandafterstressrelieving.KeywordsFrictionweldedjointResidualstressMicroscopicstructureUltrasonictestingSpectrumanalysis 摩擦焊工艺决定了在焊缝及热影响区必然产生一定程度的残余应力,并造成显微组织的明显变化。因此,当用超声波对焊接接头进行检测时,如何区分残余应力及组织对超声信号的影响,就成为重要的研究课题。本文用频率为15MHz的超声水
4、浸透射法,对消除应力退火前后的45钢摩擦焊接头进行了检测试验。超声波穿过试件,被接收探头接收后直接进行宽频带放大,并将波形的特征点输入计算机,对超声信号进行快速傅里叶变换,从中发现了残余应力及组织对超声频谱的一些影响规律。1 试验方法图1 超声检测试验系统示意图试验系统如图1所示。直径<38mm的摩擦焊试1.电路系统 2.纵向导轨 3,14.紧固螺钉件垂直悬置在水箱中,两个直径<12mm的探头分别4,11.横向导轨 5,13.滑块 6,12.探头握杆位于试件两侧7.定位套 8.限位片 9.螺钉 10.调节垫片,其轴线与试件中心线垂直,发射探头15.试件 16.接收探头 17.水箱距试件表面2
5、7mm(焦距为26mm),接收探头紧贴18.焊缝 19.发射探头 20.示波器试件表面,与试件成线接触,这样能够有效接收试件21.交流电压表 22.自耦调压器径向的超声信号。·203·©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.标准分享网www.bzfxw.com免费下载杨思乾等:摩擦焊接头残余应力及组织对超声频谱的影响 发射电路发射电脉冲,激励探头产生超声波,超声波穿过试件,被接收探头接收后,直接输入高频示波器显示放大。由于示波器具有直流～100MHz的频带宽度,对超声信号可进行无失真放大,故可从中发现极为
6、丰富的检测信息。示波器的触发扫描与超声发射电路均受同步电路的控制,因此超声信号可以稳定地显示在示波器上。在每个检测层面上,工件每旋转30°检测记录一次超声波形。这样在每个扫查面上可得到12组波形。将这些波形进行数据处理,可有效地消除系统误差带来的影响,然后运用人工采集法,将图2所示最具代表性的超声信号的零值及峰值点输入计算机,并调用Matlab软件,对超声检测信号进行频谱分析,可以得到超声信号的离散频谱图。图2 超声信号最大幅值及采样点试件的原始热处理状态为退火状态,试件形状如图3所示。采用中等焊接规范参数焊接了两个试件,一个用来进行显微组织分析,一个用作检测试验。检测结束后,再对试件进行3
7、00℃、保温22h的长时间低温退火。在充分消除焊接接头残余应力后,图4 消除应力退火再对试件进行第二次检测,最后进行解剖验证及显前焊缝及热影响区的频谱图微组织分析。谱与母材相比已发生了明显的变化。幅值最大的谱线P1位于23MHz处,随着z值的增大,P1逐渐向低频段移动。当z=4mm时,P1已位于4MHz处。该图345钢摩擦焊试件频率与图4g所示母材的P1值对应频率基本相同,但其幅值比母材约低6dB(约40mV
