【儀表網(wǎng) 儀表標(biāo)準(zhǔn)】由中國材料與試驗團體標(biāo)準(zhǔn)委員會無損檢測技術(shù)及設(shè)備領(lǐng)域委員會(CSTM/FC94)歸口承擔(dān)的《無損檢測非線性超聲檢測》團體標(biāo)準(zhǔn)已完成征求意見稿，按照《中關(guān)村材料試驗技術(shù)聯(lián)盟團體標(biāo)準(zhǔn)管理辦法》的有關(guān)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(shù)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(shù)對于微小損傷靈敏度不足的缺點，提高服役設(shè)備的安全性和可靠性。但非線性檢測技術(shù)操作復(fù)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(jié)果可靠性和一致性。對于測量過程中參數(shù)設(shè)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(shù)更為合理地應(yīng)用，確保檢測質(zhì)量的可靠性。
 

　　本文件參照GB/T 1.1—2020 《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則 第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》，GB/T 20001.4《標(biāo)準(zhǔn)編寫規(guī)則 第4部分：試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》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(rèn)證；GB/T 12604.1 無損檢測術(shù)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(fù)合材料結(jié)構(gòu)。本文件為一般工程材料的非線性超聲檢測標(biāo)準(zhǔn)或檢測工藝規(guī)程的制定提供指導(dǎo)。
 

　　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(yīng)與固體介質(zhì)的微觀組織結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，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(jié)構(gòu)。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(shù)較為成熟，目前應(yīng)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(dǎo)波的復(fù)雜性(如頻散、多模態(tài)等)和單一導(dǎo)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(dǎo)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(jié)構(gòu)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(guān)關(guān)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(yīng)力或較低應(yīng)力狀態(tài)下由于溫度作用導(dǎo)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(yīng)。激勵合適的超聲波進入相應(yīng)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(yīng)力不變的情況下，應(yīng)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(jié)構(gòu)，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(guān)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(gòu)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(jié)構(gòu)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(yīng)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的使用壽命。黏結(jié)界面中容易出現(xiàn)的微孔洞、裂紋等往往會導(dǎo)致超聲波的傳播產(chǎn)生非線性效應(yīng)，從而導(dǎo)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(jié)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(jié)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(xué)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(jié)構(gòu)的不均勻性，會對超聲波的傳播產(chǎn)生非線性應(yīng)，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(yīng)不同，對材料的性能變化做出判斷,并與線性超聲檢測技術(shù)的評估結(jié)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(jié)構(gòu)和晶粒尺寸，超聲波與不同微組織結(jié)構(gòu)相互作用會產(chǎn)生不同的非線性效應(yīng)。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(yīng)則明顯下降。材料經(jīng)過熱處理后性能提升越大，其聲學(xué)非線性效應(yīng)就會變得越小。根據(jù)超聲波傳播的非線性響應(yīng)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。