Page 39 - 2022'中国无损检测年度报告
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度变化的机理。比较不同材料磁芯和屏蔽罩对趋 无损评价方法
肤深度的影响，发现铁磁性磁芯和屏蔽罩对趋肤 超声静态分量（载波频率为零）的声衰减远
深度的影响最小，设计试验并验证了上述规律。 小于初始基频波以及高次谐波或 混频谐波，可以
2.2 沉积态金属增材制造件质量特征无损评价 实现对高衰减材料或大型构件的精准高效检测。
增材制造 AlSi10Mg 在航空航天领域得到广 但是，载波中心频率为零的静态分量无法直接通
泛应用。由于增材制造的特点，增材制造件的成 过测量振动信号的换能器测量。基于超声静态分
型较为复杂。针对 AlSi10Mg 材料的沉积态增材 量时域包络的物理实质，开发了利用低频换能器
制造件进行了涡流法电导率测量，用电导率表征 测量包含在静态分量频带范围内的准静态分量
成型质量，基于电导率测量结果评价增材制造件 （QSC）脉冲幅值，进而反映超声静态分量（SC）
的质量特征。试验结果表明，增材制造成型质量 非线性效应的振动测量方法，其测量结果如图 7
低于传统制造成型质量，且增材制造件成型质量 所示。明确给出了有效激发和接收 QSC 时，超
不均匀，打印初期的质量最好，随着打印深度增 声脉冲信号周期与频率之间的函数关系，并进一
大，成型质量下降，电导率与打印深度关系曲线 步提出了基于“群速度匹配”加“相位反转”的
如图 6 所示。基于此发现，绘制参考曲线，描述 超声导波静态分量非线性效应的测量方法。首次
打印质量与打印深度的关系。将参考曲线用于偏 实现了利用常规低频压电换能器测量低频准静态
移缺陷检测，检测出小至 37 !m 的偏移。 脉冲信号的幅值。该方法为航空航天等领域大型
构件和高衰减材料的非线性超声检测应用提供了
有效的解决方案。
图 6 电导率与打印深度关系曲线
2.3 微损伤诱发超声非线性效应的机理
重大装备核心构件在失效前一般会出现远小
于常规超声波长的微损伤（微米级尺寸缺陷）， (a) 低频换能器接收 QSC 的频谱响应
如金属结构中的微孔洞、微腐蚀坑和复合材料中
的纤维分层、断裂等。该类微损伤不会引起超声
波的反射、散射或幅度衰减等变化，无法利用线
性超声进行检测。此外，由于微损伤在介质中的
几何不连续性，现有基于接触非线性效应的物理
模型，无法解释微米级尺寸的微损伤诱发超声非
线性效应的物理机理。基于超声导波的频散特性，
考虑微损伤的存在对不同频率的超声导波相位改
变差异，进而影响超声非线性效应发生的相匹配
程度，给出了微损伤尺寸与非线性谐波幅度之间
的函数关系，并通过数值仿真和试验验证了该函
(b) 测量的 QSC 脉冲幅值和基频波幅值
数关系的有效性，从而厘清了微损伤诱发超声非
线性效应的物理机制。 图 7 基于低频超声换能器测量 QSC 脉冲幅值的超声
QSC 非线性效应激发和测量结果
2.4 基于超声静态分量非线性效应的高衰减材料
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