金属疲劳损伤的线性与非线性超声联合评价方法研究

周 崎，刘莹峰，樊嘉琦，李 浩，黄嘉诚

（1.广州海关技术中心，广东 广州510623; 2.南昌航空大学 无损检测技术教育部重点实验室，江西 南昌330063）

0 引 言

金属材料被广泛应用于实际工程应用中，而在役工件在长期经受交变载荷后极易产生疲劳损伤。从位错和驻留滑移带等微缺陷的产生到宏观裂纹的形成一般占材料疲劳寿命的80%以上，故及时发现材料微观结构变化和微裂纹萌生，可有效减少因结构突然失效造成的灾难性后果[1]。现有的超声无损检测技术利用波的时程、声速和衰减等线性物理参数己经可以对构件寿命的第二和第三阶段进行有效的检测和评估[2]。而作为线性超声检测的超声波衰减系数法，具有检测材料疲劳后期产生内部空隙与微裂纹的优点。但是，线性超声技术很难发现材料早期性能退化过程中微观组织结构变化及微小缺陷[3-5]，更适用于开放式裂纹或者声阻抗差异较大的夹杂等缺陷检测[6]。而非线性超声本质上反映的是微小缺陷对材料非线性的影响，检测的特征参数并不受限于缺陷和损伤的大小[7]。超声非线性系数的变化对材料早期微观结构变化非常敏感，难以对于后期疲劳损伤进行定量评估。

近年来，国内外学者基于金属材料的超声非线性研究越来越多，并且取得了一些成果。RAO[8]通过对不同疲劳状态下铝合金的纵波传播特性进行研究，得到超声非线性参数的变化与材料疲劳状态密切相关。师小红等[9]测试不同阶段下微裂纹扩展的非线性参数，得出非线性参数与材料疲劳寿命对应关系，从而实现对金属构件剩余寿命的预测。……