金属焊接残余应力的激光超声无损检测研究.pdfVIP

金属焊接残余应力的激光超声无损检测研究

一、本文概述

随着工业技术的快速发展，金属焊接作为一种重要的连接工艺，

广泛应用于航空、航天、船舶、能源等领域。然而，金属焊接过程中

产生的残余应力常常导致构件的变形和失效，严重影响了结构的安全

性和使用寿命。因此，对金属焊接残余应力的无损检测研究具有重要

意义。近年来，激光超声无损检测技术以其非接触、高精度、高灵敏

度等优点，在材料缺陷和应力检测领域受到了广泛关注。本文旨在探

讨激光超声无损检测技术在金属焊接残余应力检测中的应用，为相关

领域的研究和实践提供借鉴和参考。

本文首先介绍了金属焊接残余应力的形成机制及其对结构性能

的影响，阐述了残余应力无损检测的重要性和必要性。然后，详细介

绍了激光超声无损检测技术的原理、特点和发展现状，重点分析了激

光超声在金属焊接残余应力检测中的适用性。接着，通过理论分析和

实验研究，探讨了激光超声无损检测技术在金属焊接残余应力检测中

的关键问题，包括激光参数的选择、超声信号的提取与处理、应力与

超声信号的关系等。总结了激光超声无损检测技术在金属焊接残余应

力检测中的优势和局限性，并展望了其未来的发展方向。

本文的研究不仅有助于深入理解激光超声无损检测技术在金属

焊接残余应力检测中的应用，也为该技术的进一步发展和优化提供了

有益的参考。本文的研究成果对于提高金属焊接结构的安全性和可靠

性，促进相关领域的科技进步和产业发展具有重要意义。

二、激光超声无损检测技术原理

激光超声无损检测技术是一种基于激光与物质相互作用产生的

超声波来检测材料内部缺陷的方法。其基本原理是利用高能激光脉冲

照射在金属焊接接头表面，激光能量被材料吸收后迅速转化为热能，

导致材料局部区域迅速加热并扩张，产生热弹效应。这一效应会在材

料内部激发出超声波，这些超声波在材料内部传播时会受到材料内部

应力、缺陷等因素的影响，从而发生反射、折射和散射等现象。

通过检测这些超声波的传播特性，如振幅、相位、传播速度等参

数的变化，可以推断出材料内部的应力分布和缺陷情况。激光超声无

损检测技术具有高灵敏度、高分辨率和非接触性等优点，特别适用于

金属焊接残余应力的检测。

在金属焊接过程中，由于热输入、材料变形等因素的影响，会在

焊缝及其附近区域产生残余应力。这些残余应力会对焊接结构的性能

和稳定性产生重要影响，因此对其进行准确检测具有重要意义。激光

超声无损检测技术可以通过检测焊缝及其附近区域的超声波传播特

性，来评估残余应力的大小和分布情况，从而为焊接结构的优化设计

和安全评估提供重要依据。

激光超声无损检测技术以其独特的优势和原理，为金属焊接残余

应力的检测提供了一种有效手段，对于提高焊接结构的质量和安全性

具有重要意义。

三、激光超声无损检测实验研究

为了深入研究激光超声在金属焊接残余应力无损检测中的应用，

我们设计并进行了一系列实验。这些实验的主要目的是验证激光超声

技术在检测焊接残余应力方面的有效性，并探索其在实际应用中的潜

力和限制。

实验采用了标准焊接工艺制备的试件，试件材质为低碳钢，尺寸

为100mmx50mmx5mm。在试件的中心位置进行了直线焊缝的焊接。

为了模拟实际工作环境，焊缝的质量控制在一定范围内，包括焊接速

度、电流和电压等参数均按照工业标准设定。

实验首先通过激光脉冲在试件表面产生超声波。激光脉冲的能量

和持续时间经过精心调整，以确保在试件中产生足够的超声波信号。

随后，我们使用高精度的超声波探测器来捕捉这些信号，并通过数据

处理系统进行分析。

实验过程中，我们特别注意了激光脉冲与焊缝的相对位置，以及

焊缝的残余应力对超声波传播的影响。通过调整激光脉冲的位置和角

度，我们能够获取不同位置的焊接残余应力信息。

实验结果显示，激光超声技术能够有效地检测到金属焊接残余应

力。在焊缝区域，超声波的传播速度明显受到残余应力的影响，表现

为信号幅度的变化和传播时间的延迟。这些变化为我们提供了关于焊

接残余应力的直接证据。

通过对比分析不同位置的超声波信号，我们发现焊接残余应力在

焊缝中心达到最大值，并向两侧逐渐减小。这一结果与焊接工艺的特

点和残余应力的分布情况相吻合，验证了激光超声技术在焊接残余应

力检测中的准确性。

我们还发现激光超声技术对焊缝的微观结构变化也具有一定的

敏感性。例如，焊缝中的气孔、夹杂物等缺陷会对超声波信号产生干

扰，从而