Page 48 - 《应用声学》2020年第3期

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结合金相试验结果，研究非线性二次谐波参数变化
与蠕变损伤之间的联系。

(a) ᭤ጳভೝ฾́٨
图 1 非线性超声系统的搭建及其模块示意图
Fig. 1 The construction of nonlinear ultrasonic
system and its module schematic diagram
超声检测采用纵波法，发射探头与接收探头的
型号为SIUI，直径为Φ = 6 mm。测量前用超声耦合

剂对探头接触的试样表面进行耦合，耦合剂的用量
要适度。脉冲发射器的外置接口上连接一台示波器，
用于观察接收信号在时域范围内的波形 (见图 2)，
系统激发的射频脉冲信号周期根据被测工件的厚 (b) ᭤ጳভೝ฾តನԣଊ݀
度及材质进行设定。在试验中统一将脉冲发射信号 图 2 非线性超声装置示意图
的周期设置为 13，同时使用汉宁窗对一次底波信号 Fig. 2 Diagram of nonlinear ultrasonic device
进行调制。此外，当软件系统对时域信号进行快速
傅里叶变换 (Fast Fourier transformation, FFT)之
HAZ WM BM
后，在系统中即可读出基波以及二次谐波在频域内
的幅值。 1 2 3 4 5
采用加速试验方法制作 P92 钢焊接接头 (焊接 1 cm
接头由焊缝 (Weld metal, WM)、热影响区 (Heat
图 3 P92 钢焊接接头非线性超声测量位置
affected zone, HAZ)和母材金属 (Base metal, BM)
Fig. 3 Nonlinear ultrasonic measurement position
组成) 蠕变损伤试样，试验采用的温度为 650 C，施
◦
of P92 steel welded joints
加的应力为95 MPa。
为研究不同蠕变寿命 P92 钢焊接接头各区域
2 P92钢焊接接头的非线性超声检测
材料微观损伤与超声非线性二次谐波之间的相互
关系，分别对原始试样、蠕变 312 h (20% 蠕变寿 为了验证测量的非线性是否来自于材料本身，
命)、624 h (40% 蠕变寿命)、936 h (60% 蠕变寿命)、 对不同输入电压下基波和二次谐波的幅值进行了
1248 h (80% 蠕变寿命) 以及 1560 h (蠕变断裂) 的 校验 [17] 。图 4(a) 为原始 P92 钢焊接接头试样母材
P92 焊接接头进行非线性超声测量。焊接接头非线 位置 (测量点 1) 处的频谱图。图中非线性超声所测
性超声评估的位置如图3 所示。每根试样的测量部 得的频谱曲线同时包含 5 MHz 以及 10 MHz 的信
位涵盖焊接接头的所有区域 (即母材、热影响粗晶 号，它们分别对应着基波 A1 以及二次谐波 A2 频率
区、细晶区以及焊缝)，由于 P92 钢焊接接头为非均 分量，然而与基波幅度相比较(A1 ≈ 4 V)，二次谐波
匀组织，非线性超声试验的测量位置一共包含 5 个 A2 的幅值明显较小且不在一个数量级上；图 4(b)
点，其中第 1 点、第 5 点为 P92 钢母材组织；第 2 点、 为断裂试样 (即蠕变 1560 h) 母材位置 (测量点 1) 处
第4点为热影响区组织；第3 点则为焊缝组织。同时 的频谱图，可以发现，蠕变试验后P92钢母材组织的