超声应力检测与校准系统

基于Snell定律，采用一发一收模式，利用第一临界角加工出有机玻璃透声楔，激励出的超声临界折射纵波可检测工件表面以下一定深度的残余应力值，渗透深度是其频率的函数，如图1所示。通常情况下频率太低，在较薄构件中容易激发出导波[8]，同时对应力敏感度降低;频率太高，渗透深度太浅，表面粗糙度对测试结果影响增大，同时波形衰减很严重。

在残余应力检测过程中，环境温度造成的检测误差不可忽视，尤其是在户外长期作业时。研究表明，对于普通钢材，1℃的温度变化平均可以引起75MPa左右的应力变化[9]。因此，必须在检测系统中引入温度补偿。系统通过理论分析和温度时差试验，得到温度与声时的关系表达式，然后编入系统软件，由系统软件根据采集的温度数值自动消除温度造成的误差。

为了确保检测值准确(精度始终维持在其误差范围之内)，需要定期对残余应力超声检测系统进行校准。图2是利用微机控制拉伸机进行绝对校准的流程图，图3是对685钢拉伸试样进行校准时的声时-应力曲线图，从图中看出，校准后的曲线更接近实际加载应力曲线，满足检测精度在-20～20MPa范围之内。

系统适用材料范围为金属、玻璃、陶瓷等，适用工件类别为平板、轴类、盘类、管道、螺栓、涂覆层下等;检测范围(σs为被测材料屈服强度)为-σs～σsMPa;检测误差为-20～20MPa;温度范围为0～30 ℃;检测深度为0.5～150mm;每个检测点的时间为0.5～2min。