【儀表網(wǎng) 儀表標準】由中國材料與試驗團體標準委員會無損檢測技術及設備領域委員會(CSTM/FC94)歸口承擔的《無損檢測非線性超聲檢測》團體標準已完成征求意見稿，按照《中關村材料試驗技術聯(lián)盟團體標準管理辦法》的有關規(guī)定，現(xiàn)公開廣泛征求意見。
 

　　航空、化工、核能、電力等重大裝備服役條件呈極端化趨勢：高溫、高壓、重載、長周期，非線性超聲檢測技術能夠表征材料在服役早期的材料性能變化和微損傷積累過程，可以彌補傳統(tǒng)無損檢測技術對于微小損傷靈敏度不足的缺點，提高服役設備的安全性和可靠性。但非線性檢測技術操作復雜，專業(yè)性高，易發(fā)生由于檢測方法不合理或操作流程不規(guī)范而影響結果可靠性和一致性。對于測量過程中參數(shù)設置和操作方法國內(nèi)外尚無統(tǒng)一規(guī)定。急需統(tǒng)一非線性超聲檢測實施原則，有助于該技術更為合理地應用，確保檢測質(zhì)量的可靠性。
 

　　本文件參照GB/T 1.1—2020 《標準化工作導則 第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》，GB/T 20001.4《標準編寫規(guī)則 第4部分：試驗方法標準》給出的規(guī)則起草。參考GB/T 9445 無損檢測 人員資格鑒定與認證；GB/T 12604.1 無損檢測術語 超聲檢測規(guī)程編制。
 

　　本文件規(guī)定了非線性超聲檢測工藝規(guī)程的一般原則。本文件適用于固體金屬/復合材料結構。本文件為一般工程材料的非線性超聲檢測標準或檢測工藝規(guī)程的制定提供指導。
 

　　方法概要：
 

　　有限振幅超聲波在固體介質(zhì)中傳播時，與固體介質(zhì)之間產(chǎn)生非線性相互作用，產(chǎn)生非線性信號。這些非線性效應與固體介質(zhì)的微觀組織結構密切相關，一部分源于固體介質(zhì)中晶格的非諧性,另一部分源于晶體內(nèi)部的缺陷,如位錯、析出相、微孔洞等微結構。非線性超聲檢測方法通過測量非線性信號獲得介質(zhì)內(nèi)部的微組織變化狀態(tài)，實現(xiàn)對介質(zhì)材料性能的評估和微小缺陷的檢測。
 

　　非線性超聲檢測可以利用壓電式超聲換能器和耦合劑，以接觸的方式激勵和接收超聲基頻超聲波以及產(chǎn)生的非線性信號；也可以使用激光/激光干涉儀、電磁超聲換能器、空器耦合超聲換能器，以非接觸的方式激勵和接收超聲基頻超聲波以及產(chǎn)生的非線性信號。接觸方式的測量信號穩(wěn)定、抗干擾能力強，推薦非線性超聲檢測采用接觸方式測量。
 

　　非線性超聲二次諧波檢測方法的優(yōu)點如下：
 

　　a)基于有限振幅法的非線性超聲二次諧波檢測較為簡便，技術較為成熟，目前應用最多。b)可有效分離初始基頻波信號和二次諧波信號，進而區(qū)分非線性來源；c)可利用單個換能器激勵，利用陣列傳感器掃查接收非線性超聲體波二次諧波散射信號，實現(xiàn)對內(nèi)部微裂紋的定位檢測。
 

　　非線性超聲二次諧波檢測方法的局限性如下：
 

　　a)對激勵信號的能量有較高的要求，采集分析信號時需要前期濾波處理。b)采用接觸法測量時，接觸端接觸狀態(tài)的穩(wěn)定對非線性超聲表面波信號測量的可靠性和穩(wěn)定性有影響。非線性超聲導波的復雜性(如頻散、多模態(tài)等)和單一導波模態(tài)的可激勵性差。
 

　　疲勞損傷檢測和評價：
 

　　工程材料在一定的循環(huán)載荷作用下，會由于材料內(nèi)部產(chǎn)生晶格位錯和微裂紋等導致材料形成疲勞損傷。非線性超聲二次諧波信號的產(chǎn)生對于這類由疲勞損傷引起的材料微觀結構變化較為敏感，可通過歸一化非線性超聲參量來評估材料是否產(chǎn)生疲勞損傷，或評價材料疲勞損傷的程度。
 

　　塑性損傷檢測和評價：
 

　　材料在承受過度的拉伸或壓縮等相似類型的載荷后，會由于受載過程超過材料彈性極限而引發(fā)塑性損傷。非線性超聲縱波二次諧波信號的產(chǎn)生強度與某些材料發(fā)生塑性損傷的程度有一定的相關關系，可通過歸一化非線性超聲參量來評估材料是否產(chǎn)生塑性損傷，或評價材料發(fā)生塑性損傷的程度。
 

　　熱損傷檢測和評價：
 

　　材料在無應力或較低應力狀態(tài)下由于溫度作用導致的材料性能退化一般稱為熱損傷。材料發(fā)生熱損傷后，其中的固溶原子、析出物及位錯等會在超聲縱波傳播時引發(fā)聲非線性響應。激勵合適的超聲波進入相應的試件中，測量該超聲縱波所引發(fā)的二次諧波和基波幅值，可通過歸一化非線性超聲參量來評估對材料的熱損傷。
 

　　蠕變損傷檢測和評價：
 

　　蠕變是指材料在應力不變的情況下，應變隨時間延長而增加的現(xiàn)象。對于在高溫下服役的工程結構，蠕變損傷往往是其失效的主要機制。非線性超聲二次諧波的產(chǎn)生對于材料的早期蠕變較為敏感，可通過歸一化非線性超聲參量獲得某些材料發(fā)生蠕變損傷的相關信息，進而實現(xiàn)材料剩余壽命的評估等等。
 

　　輻照損傷檢測和評價：
 

　　在核輻射環(huán)境中長期服役的各類壓力容器和工程構件可能會產(chǎn)生輻照損傷，不同的輻照溫度、中子輻射量引起的材料輻照損傷變化會有所不同。含有輻照損傷的材料的內(nèi)部微觀結構一般與不含輻照損傷的同種材料有較大區(qū)別，其在超聲傳播中所能引起的聲非線性響應也會有所不同。使用歸一化非線性超聲參量對此類材料進行表征，可較敏感地反映出材料受輻照損傷的程度，進而對材料壽命進行評估。
 

　　黏接界面檢測和評價：
 

　　有些工程結構材料由多個工件通過特定工藝處理黏接而形成，其黏接界面可能會在服役過程中產(chǎn)生微裂紋等缺陷，進而影響整體結構的使用壽命。黏結界面中容易出現(xiàn)的微孔洞、裂紋等往往會導致超聲波的傳播產(chǎn)生非線性效應，從而導致強烈的非線性超聲二次諧波的生成。通過對超聲波在黏結界面中傳播時產(chǎn)生非線性超聲二次諧波信號的測量，可檢測和評估該黏結界面的缺陷，使用歸一化非線性超聲參量評估其性能退化程度。
 

　　腐蝕損傷檢測和評價：
 

　　一些金屬材料在服役過程中容易受到外界環(huán)境的影響而產(chǎn)生腐蝕損傷。腐蝕損傷的產(chǎn)生可以看作是一種電化學過程，在金屬材料的晶內(nèi)與晶界之間形成微小的原電池，由于存在電勢差，晶界優(yōu)先腐蝕，晶界與晶粒的腐蝕程度不同，從而在材料表面乃至內(nèi)部形成微小的腐蝕坑等。含腐蝕損傷的材料由于內(nèi)部微觀結構的不均勻性，會對超聲波的傳播產(chǎn)生非線性應，因此測量超聲波在試件中傳播時的基波和二次諧波幅值，使用歸一化非線性超聲參量可以對材料的腐蝕損傷進行檢測和評價。
 

　　熱處理工藝效果檢測和評價：
 

　　根據(jù)超聲傳播的非線性響應不同，對材料的性能變化做出判斷,并與線性超聲檢測技術的評估結果進行了對比。熱處理工藝可改變金屬材料內(nèi)部微組織結構和晶粒尺寸，超聲波與不同微組織結構相互作用會產(chǎn)生不同的非線性效應。經(jīng)過熱處理之后，材料性能顯著提高，在其中傳播的超聲非線性效應則明顯下降。材料經(jīng)過熱處理后性能提升越大，其聲學非線性效應就會變得越小。根據(jù)超聲波傳播的非線性響應定性評估不同的熱處理工藝，明確了最優(yōu)的熱處理工藝參數(shù)，實現(xiàn)對材料的熱處理效果進行無損評估，從而對熱處理工藝參數(shù)進行優(yōu)化與完善。