1。3。6 阈值法

阈值法[32]指的是当信号达到某一时间t时，即信号的幅值达到预先设定值时，就

可以认为信号到达该传感器，那么时间t的值就是信号到达时刻，如图1-1所示。

图1-1  阈值法计算信号间时间差原理图

有着同一记时的起点的两个传感器所接收到的信号的时间差就是两信号间时间 的延迟。阈值法只有在当噪声很小或者没有噪声时才能够进行时间延迟的计算。

到目前为止，超声波检测评价理论已经相对成熟，采用超声波评价材料内部应力 的方法和相关研究也相对较多，成果也很广泛。但是在超声波评价材料内部应力方面 有关材料成分对超声信号规律的影响的相关研究甚少，因此本课题采用声弹性理论来 对材料成分对超声波信号的影响进行研究。

1。4 课题主要研究内容

由于焊接过程中引起的成分偏析，焊接接头各区域的元素含量不同，而目前研 究未考虑元素含量不同对超声波评价应力的影响，即应力评价结果误差较大。针对 这一问题，本文设计如下研究内容。

（1）采用热处理方法，优化热处理工艺参数：加热速率、最高加热温度、冷却 方式，获得晶粒尺寸相近的 45 钢与 Q235 钢；

（2）通过静载拉伸试验测量 45 钢与 Q235 钢试样的力学性能，完成超声波声弹 性系数标定实验的加载程序；

（3）结合超声波声弹性理论，通过静载拉伸试验，采集不同应力时 45 钢与 Q235 钢超声波信号，借助互相关函数理论计算超声波信号间时间差，并建立超声波信号间 时间差-应力间对应关系；

（4）结合 45 钢与 Q235 钢试样静载拉伸断口形貌分析，澄清应力对 45 钢与 Q235

钢试样超声波信号间时间差的影响机理；

（5）制备 Q235 钢对接接头、Q235 与 45 钢对接接头，采集其超声波信号，计 算其焊接应力。

第二章 实验材料与实验设备

2。1 实验材料

本实验选用 45 钢和 Q235 钢为研究对象，45 钢是常用中碳调质结构钢。具有较 高的强度和较好的切削加工性，经适当的热处理以后可获得一定的韧性、塑性和耐 磨性，材料来源方便。适合于氢焊和氩弧焊。Q235 钢具有良好的塑性和焊接性能， 成型能力很好，所有很多型材（如角钢、圆钢、工字钢、槽钢等材质很多为 Q235 钢），并具有一定的强度，适合于桥梁、建筑等工程结构，实用性能好，价格相对也 很便宜，性价比高。实验材料组织如图 2-1 所示。

（a）Q235 钢 （b）45 钢

图 2-1 45 钢和 Q235 钢的金相图

2。2 实验设备论文网

2。2。1 CMT 5205 型静载拉伸实验设备

静载是构件在服役过程中承受的最为简单形式载荷之一。试样在 CMT5205 型静 载拉伸试验机上进行静载拉伸试验，如图 2-2 所示。

图 2-2 CMT5205 型静载拉伸实验设备

基于金属材料室温拉伸试验方法 GB/T 228-2002 制备 Q235 钢与 45 钢静载拉伸试 样，利用 CMT 5205 型静载拉伸试验机，测定其力学性能，试样如图 2-3 所示。

图 2-3 静载拉伸试样

2。2。2 超声波评价应力实验系统

超声波评价应力实验系统主要包括：型号为 DPO3054 的美国泰克荧光数字示波 器、型号为 5072PR 的奥林巴斯脉冲发射接收器，超声表面波探头工作方式为一发一 收模式，示波器采样率选择 2。5GHz，超声波频率为 5MHz，如图 2-4 所示。

（a）美国泰克荧光数字示波器 （b）奥林巴斯脉冲发射接收器