內容簡介

　　本書以激光熔覆再製造零件（包含塗層及毛坯）為研究對象，對影響其服役性能和服役壽命的缺陷和應力進行超聲檢測評價。本書介紹瞭激光熔覆再製造毛坯材料缺陷超聲檢測數值模擬，激光熔覆再製造試樣中超聲波傳播及缺陷檢測數值模擬，超聲檢測信號處理方法，激光熔覆再製造零件缺陷檢測，激光熔覆再製造塗層應力檢測等內容，著重於解決工程實際問題，實用性強。本書可供無損檢測及相關專業研究生、科研人員在學習和研究時使用，也可作為從事無損檢測的技術人員的培訓或輔助教材。

目錄

前言
第1 章　緒論 1
1. 1　超聲檢測技術的應用領域 3
1. 1. 1　缺陷檢測 3
1. 1. 2　應力檢測 5
1. 1. 3　塗層性能檢測 8
1. 2　超聲檢測技術的研究現狀 9
1. 2. 1　超聲檢測數值模擬方法 9
1. 2. 2　超聲檢測信號處理技術 12
1. 2. 3　超聲檢測儀器的研發 14
第2 章　激光熔覆再製造毛坯材料缺陷超聲檢測數值模擬 17
2. 1　固體介質的波動方程 18
2. 2　波動方程的有限元解法 19
2. 2. 1　波動方程的變分問題 20
2. 2. 2　波動方程的有限元公式 20
2. 2. 3　波動方程有限元公式的解法及其穩定性 22
2. 3　網格大小和時間步長的選取 24
2. 3. 1　網格大小 24
2. 3. 2　時間步長 24
2. 4　邊界條件 24
2. 4. 1　基於勢函數的應力人工邊界條件 25
2. 4. 2　超聲檢測數值模擬應力人工邊界條件 26
2. 4. 3　應力人工邊界條件的施加 28
2. 5　激光熔覆再製造毛坯材料中超聲波傳播的數值模擬 29
2. 5. 1　碳素鋼中超聲波傳播的數值模擬 29
2. 5. 2　碳素鋼中常見缺陷的散射聲場分析 31
2. 5. 3　碳素鋼中常見缺陷的定性分析 41
2. 5. 4　碳素鋼中缺陷的定性分析實驗 43
2. 6　主要結論 47
第3 章　激光熔覆再製造試樣中超聲波傳播及缺陷超聲檢測數值模擬 49
3. 1　Fe314 激光熔覆層顯微組織分析 50
3. 2　激光熔覆再製造試樣超聲檢測數學模型 51
3. 2. 1　理論模型 51
3. 2. 2　聲場計算模型 52
Ⅴ
3. 2. 3　缺陷遠場散射模型 56
3. 2. 4　橫通孔及裂紋缺陷迴波預測及實驗驗證 60
3. 3　激光熔覆層中的聲場分析 63
3. 3. 1　縱波直探頭輻射聲場分析 63
3. 3. 2　橫波斜探頭輻射聲場分布 68
3. 4　激光熔覆再製造試樣缺陷超聲檢測實驗 71
3. 4. 1　試樣的製備及檢測工藝參數的選擇 71
3. 4. 2　實驗結果分析 72
3. 5　主要結論 73
第4 章　超聲檢測信號處理 75
4. 1　超聲檢測信號噪聲分析 75
4. 2　超聲檢測信號處理方法 78
4. 2. 1　激光熔覆層超聲檢測信號消噪方法 79
4. 2. 2　激光熔覆再製造零件缺陷超聲診斷方法 86
4. 2. 3　超聲應力檢測聲時差分析方法 91
4. 3　主要結論 96
第5 章　激光熔覆再製造零件缺陷檢測 98
5. 1　檢測設備及方法 98
5. 2　檢測結果分析 99
5. 2. 1　橫通孔缺陷檢測結果 99
5. 2. 2　裂紋缺陷檢測結果 101
5. 2. 3　影響缺陷檢測可靠性的主要因素 101
5. 3　應用實例 105
5. 3. 1　橫通孔缺陷定量檢測 105
5. 3. 2　激光熔覆再製造齒輪缺陷檢測 106
5. 4　主要結論 108
第6 章　激光熔覆層應力檢測 110
6. 1　錶麵超聲波聲彈理論 111
6. 2　激光熔覆層聲彈係數標定實驗 112
6. 2. 1　實驗材料及設備 112
6. 2. 2　試樣的製備 116
6. 2. 3　實驗方法 116
6. 2. 4　激光熔覆層聲彈係數標定 117
6. 3　影響應力檢測可靠性的主要因素影響分析 120
6. 3. 1　激光熔覆層微觀形貌影響分析 121
6. 3. 2　錶麵超聲波傳播時差計算精度影響分析 126
6. 3. 3　加載變形影響分析 126
6. 4　應用實例 128
6. 4. 1　服役狀態下激光熔覆層應力檢測 128
Ⅵ
6. 4. 2　激光熔覆層殘餘應力檢測 129
6. 5　主要結論 131
附錄A　基於ANSYS 的超聲波傳播模擬命令流 132
附錄B　超聲檢測信號消噪及缺陷診斷程序 137
附錄C　超聲應力檢測相關計算程序 143
參考文獻 146

前言/序言

　　激光熔覆憑藉其技術優勢， 已成為廢舊産品綠色再製造的重要手段之一， 但實踐錶明， 激光熔覆再製造塗層（以下簡稱激光熔覆層） 應力及塗層、毛坯缺陷，是影響再製造零件服役性能和服役壽命的關鍵因素， 因此， 必須采用安全、可靠的方法對激光熔覆再製造零件的質量進行檢測及評價。超聲無損檢測技術是五大常規檢測技術之一， 也是目前應用最廣泛、技術最成熟的無損檢測方法。與其他無損檢測技術（如射綫檢測、渦流檢測、磁粉檢測和滲透檢測等） 相比， 具有檢測對象範圍廣、檢測深度大， 對裂紋類缺陷敏感、靈敏度高， 成本低， 使用方便， 速度快， 對人體無害， 以及便於現場使用等特點。目前， 國外每年發錶的約３０００ 篇涉及無損檢測的文獻中， 約有４５％和超聲無損檢測相關。因此， 本書將重點介紹超聲無損檢測技術在激光熔覆再製造零件質量評價中的應用。研究如何實現評價結果定量化、提高評價結果的可靠性， 為保障激光熔覆再製造産品質量提供理論與技術支持， 這將對建設資源節約型、環境友好型社會具有重要意義。
　　一門技術成熟或上升為科學， 最基本、最顯著的標誌是進入瞭誤差很小的定量化階段。要提高超聲檢測的可靠性， 必須把握聲場在零件中的傳播規律， 建立超聲聲場與零件結構、材質、應力、缺陷類型、位置、取嚮、尺寸的定量關係。超聲檢測模擬仿真的形成和應用， 極大豐富瞭超聲檢測技術的理論及應用基礎， 本書采用模擬仿真與實驗相結閤的方法， 研究激光熔覆再製造零件缺陷及應力的超聲無損評價方法； 探討影響缺陷與應力評價結果的內在及外在因素； 結閤熔覆層內部組織結構， 分析超聲檢測信號噪聲産生的原因， 探討信號消噪的原理及方法。
　　本書力求在開展超聲學理論基礎研究的同時， 側重解決工程實際問題。從理論分析的角度闡述解決實際問題的原理及方法， 以便更多的無損檢測工作者能夠掌握和應用， 成為解決更多類似工程問題的重要手段。
　　本書共分６ 章， 第１ 章為緒論， 介紹瞭超聲無損檢測技術在工業産品質量檢測中的應用和研究現狀。第２ 章介紹瞭激光熔覆再製造毛坯材料缺陷超聲檢測數值模擬， 並且利用建立的模型模擬瞭激光熔覆再製造毛坯材料中不同類型缺陷的散射聲場， 分析瞭超聲波聲場與不同類型缺陷相互作用的規律。第３ 章介紹瞭激光熔覆再製造試樣中超聲波傳播及缺陷超聲檢測數值模擬， 對於包含各嚮異性塗層及各嚮同性毛胚材料的超聲檢測建模還很少， 本章建立瞭Ｆｅ３１４ 激光熔覆再製造零件的超聲檢測數學模型， 利用該模型分析瞭各嚮異性激光熔覆層中晶粒取嚮和探頭類型兩種因素對超聲波傳播的影響； 計算瞭Ｆｅ３１４ 激光熔覆再製造零件中橫通孔、裂紋缺陷的迴波信號， 數值模擬結果為閤理設計該類零件的超聲檢測工藝提供瞭重要的理論Ⅲ依據。第４ 章介紹瞭超聲檢測信號處理方法， 結閤激光熔覆層內部組織特點， 分析瞭超聲檢測信號噪聲産生的原因， 探討瞭信號消噪處理的原理和方法。第５ 章結閤工程實例介紹瞭對激光熔覆再製造零件缺陷進行超聲無損檢測及評價的方法。第６章介紹瞭基於錶麵超聲波的激光熔覆再製造塗層應力檢測的機理及方法， 探討瞭影響應力評價結果的內在及外在因素。本書內容側重激光熔覆再製造復閤材質中的聲場分析及應用， 方法上著眼於解決工程實際問題， 列舉瞭一些激光熔覆再製造産品缺陷、應力的超聲檢測方法。
　　本書由閆曉玲博士獨立撰寫完成， 相關的研究成果得到瞭國傢自然科學基金麵上項目基於微單元形態錶徵的鈦閤金ＭＩＧ 焊增材再製造生長調控（ 編號：
　　５１３７５４９３） 的資助。中國工程院的徐濱士院士、中國人民解放軍裝甲兵工程學院的董世運教授、北京理工大學的張之敬教授自始至終關心和支持本書的創作， 仔細閱讀瞭本書的手稿並提齣瞭許多寶貴的修改意見， 在此謹嚮各位教授緻以衷心的感謝。
　　鑒於筆者水平有限， 缺點和不足之處在所難免， 歡迎廣大讀者批評、指正。
　　閆曉玲