激光快速成型TC4超声衰减系数测量-开题报告.doc

1、XX大学毕业设计（论文）开题报告 题 目 激光快速成型TC4超声衰减系数 测量专 业 名 称 测控技术与仪器班 级 学 号 学 生 姓 名 指 导 教 师 填 表 日 期 20xx 年 4 月 9 日一选题背景及研究的目的和意义 钛及钛合金因其比强度高、抗疲劳性能优异，高温和低温性能优良，且其密度（纯钛密度为 4.54g/cm3）是钢密度的 60%，是镍基高温合金密度的一半左右，被称作“太空金属”，同时，因其在腐蚀介质中，特别是在中性或氧化性介质和海水中均具有良好的耐腐蚀性，钛合金又被赋予了“海洋金属”的称号。近年来，钛合金被广泛用于先进飞机、飞船、高推重比航空发动机、卫星、火箭、船舶等国防装

2、备中，被用作具有决定性作用的重要结构件，例如美国第四代战机 F-22 中钛合金结构件用量高达 41%，高推重比航空发动机中钛合金用量达到了 25%40%，大型整体钛合金关键结构件用量的高低，已成为衡量现代飞机和航空发动机等国防装备先进性的重要标志之一。TC4 钛合金是目前最实用，应用最广泛的钛合金，占钛合金总产量的 50%左右。TC4 钛合金因其具有良好的力学性能和工艺性能，包括热变性能、焊接性、切削加工型和抗蚀性，被广泛地加工成棒材、型材、板材、锻件等半成品12。随着科学技术的进步，新的加工工艺的出现，激光快速成型TC4的检测越来越受到人们的重视 ，目前，TC4 钛合金评价方法主要有超声、射

3、线、磁粉、渗透和涡流五大常规检测，其中应用最广泛的是超声检测，与其他检测方法相比，超声检测具有很多优势，超声检测法的优点是：穿透能力较大，例如在钢中的有效探测深度可达1米以上;对平面型缺陷如裂纹、夹层等，探伤灵敏度较高，并可测定缺陷的深度和相对大小；设备轻便，操作安全，易于实现自动化检验。研究超声检测的衰减特征有利于激光快速成型TC4钛合金的无损检测。本文基于超声评价技术，通过分析超声衰减可以有效地了解激光快速成型TC4的超声检测特性，对激光快速成型TC4的超声检测工艺和检测方法能更有效的了解，更好的对激光快速成型TC4进行无损评价，进而可以指导激光快速成型TC4的工艺改进35。二国内外发展及

4、研究概况超声检测作为无损检测的五大常规检测（超声、射线、磁粉、渗透和涡流）方法之一，是目前国内外使用最广泛、使用频率最高、发展也最快的一种检测技术。利用超声波检测材料内部结构和缺陷的设想早在 1929 年就已提出。随着各种新型材料的研制与应用，超声检测技术与力学、材料科学的联系更加深入密切，使得超声检测技术和超声评价技术有了更大的进步。目前，超声无损检测及超声评价正随着科学技术的进步和社会生产的需要而变得日益重要，已被普遍应用到航空航天、海洋、化工、医疗等多个领域。随着技术的发展，新的检测方法和检测工艺不断推出，脉冲反射法和仪器的出现给了超声检测新的生命力，随着电子技术的进步，以前制约电子仪器

5、性能的指标取得了突破性的进展，从此脉冲反射法得到了大量的工业应用，这道目前仍然是通用性最好、使用最广泛的检测方法之一。1)国内现状国内TC4超声检测的设备研发。在设备研发方面主要为数字化超声波探伤仪、TOFD超声检测系统、超声成像系统和磁致伸缩超声导波检测系统；在检测方法和技术方面，主要为自动超声检测技术、超声成像检测技术、人工智能技术、TOFD超声检测技术和超声导波检测技术。2000年以来，国内研究机构和高校主要侧重于超声相控阵技术。例如清华大学的施克仁教授和鲍晓宇博士、电子测试技术国防科技重点实验室利用数字波形相位延时技术，设计实现了多通道相控阵超声检测实验系统，达到了很高的发射延时分辨率

6、。中国石油天然气管道科学院联合上海电气自动化设计研究所等单位，通过对超声波相位控制和电子方法，实现了超声波声束聚焦、偏转。与国外同类产品相比，增加了横向裂纹的扫描检测、三维动态缺陷显示功能。近年来，国内科研机构开始侧重于研究数字化多通道超声检测技术，并结合自动化控制技术，用于中小型管道类、曲面类构件的无损检测。例如，南京航空航天大学的芮华、徐大专把传统的超声波无损检测技术和先进的虚拟仪器、数字信号处理、嵌入式操作系统等技术相结合，研制了一种新型满足了自动化探伤中高重复频率(1kbps)和实时报警等关键性能的要求的数字化超声波自动探伤系统。国内研究的总体现状是，大多局限于声场理论的探讨和国外已有

7、产品的仿制，缺少新的检测技术、检测方法以及检测系统设计方面的研究。换能器的研制上没有创新，为了达到聚焦和偏转的目的通常只考虑数字延时，几乎都未考虑强度控制。国内外超声相控阵的检测仪器价格昂贵，无法实现可控强度聚焦和偏转。2)国外现状国内外对超声检测技术的研究已经十分深入，特别是近年来国外对相控阵超声检测技术的研究日趋活跃，例如在造船工业、核工业、航空工业等质量要求高的行业，开始引入超声相控阵技术进行缺陷检测6。3)超声检测技术国内外发展趋势TC4超声无损检测诊断技术正向快速化、标准化、数字化、程序化和规范化地方向发展，其中包括高灵敏度、高可靠性、高效率的检测诊断仪器和检测诊断方法，检测诊断和验

8、收标准的指定，检测诊断操作步骤的程序化、实施方法的规范化等78。目前国内外已经诞生了多种数字化便携式探伤仪，然而自动化超声波探伤系统仍以多通道模拟方式为主。这类仪器可靠性差，检测精度不高，操作不便，存在的问题有模拟闸门报警方法的虚警和漏检概率很大，检测性能达不到实际使用要求，各通道之间参数的离散性大，不便于采用工业探伤标准；对波形的处理、存储困难，不利于探伤结果的保存和分析，因此采用数字化检测技术是必然的趋势。现代超声无损检测技术正在向着数字化、自动化、智能化和系统化方向发展，材料缺陷检测中定位、定性、定量的可靠性将不断得到提高。世界无损检测技术发展趋势是广泛采用计算机和信号处理技术来提高无损

9、检测技术的可靠性。超声无损检测技术逐步从NDI和NDT向NDE过渡910。超声波无损探伤是初级阶段，它的作用仅仅是在不损害零部件的前提下，发现其人眼不可见的内部缺陷。以满足工业设计中的强度要求。而超声无损评价是超声检测发展的最高境界，不但要检测缺陷的有无，还要给出材质的定量评价，也包括对材料和缺陷的物理和力学性能的检测及其评价。近年来，国内外在TC4超声探伤技术方面的研究与应用有如下趋向：1)由定性探伤向定量探伤和直接显示缺陷的图像发展。经过上个世纪的科研积累，以及计算机图像科学的发展，现在由定性地判断缺陷的有无发展为对缺陷的位置、大小、形状、性质进行定量判断，并且利用各种成像技术直接显示缺陷

10、的二维、准三维图像1112。2)把信号处理领域的新成果引入到超声信号的处理中，如各种快速计算技术，分离谱处理，小波分析等方法，使得超声探伤的准确性和快速性大大提高。三研究内容及实验方案超声波在介质中传播，声波衰减与介质的特性和状态有关系，试用超声声速测定仪研究超声波在TC4中的衰减系数，并研究超声波的频率与激励电信号波型对超声波在TC4的衰减系数的影响【13】。选取需要测量的激光快速成型TC4作为样品；选用超声波检测仪器，利用需要测量固态材料对超声波检测仪器进行调校；使用调整好的超声波仪器，采用常规超声波检测方法对需要测量的固态材料进行超声波检测，至少记录次超声波回波的声压幅值及声程值；对于厚

11、度较小，上下底面互相平行，表面光洁的薄板工件或试块，按记录的超声波回波的声压幅值、声程值，衰减系数按下面公式进行计算14：（1）式中： m、n 底波反射次数 、 第m、n次底波高度 反射损失，每次反射损失约为（0.51.0）dB x 薄板的厚度 对于厚度大于200mm的板材或者轴类零件，课根据第一、第二次底波、高度来测定衰减系数，按下式计算（2）式中 ：、 第 一、二次底波高度 6 扩散衰减引起的分贝差 反射损失，每次反射损失约为（0.51.0）dBx 工件的厚度 四目标、主要特色及工作进度目标:用超声检测仪测量出底波高度，并计算出衰减系数。特色:通过研究衰减系数可以有效改进TC4超声检测方法

12、。工作进度：1. 查阅激光快速成型TC4合金超声检测工艺的相关资料并撰写开题报告,翻译文献； 02.2403.302. 研究激光快速成型TC4合金特征及检测方法； 03.2104.153. 研究激光快速成型TC4合金超声检测方法； 04.1604.304. 研究该工件的超声检测工艺； 04.2005.105. 数据处理； 05.1105.256. 总结并撰写论文，答辩。 05.2606.20五 参考文献1于漫漫.TC4钛合金组织超声信号特征研究D.南昌： 南昌航空大学硕士论文 2014.06:122高士友,张永忠,石力开等. 激光快速成型TC4钛合金的力学性能J. 稀有金属, 2014,1:4

13、549.3 范鹏翔. 超声振动下钛合金激光快速成形试验研究D. 沈阳：沈阳航空航天大学，2012:21224阮雪茜,林鑫, 黄春平, 弋楠, 孟永乐, 黄卫东.TC4激光立体成形显微组织对超声参量的影响J.中国激光 , 2015,1:1381425娄军. 快速凝固钛合金的组织与性能研究D.沈阳 ：沈阳大学, 2012:356 Hayashi T, Endoh S. Calculation and visualization of Lamb wave motion. Ultrasonics.J. 2000, 38(1): 770773.7 杨健,黄卫东,陈静等. TC4钛合金激光快速成型力学性能

14、J. 航空制造技术, 2007,5:7376.8 张霜银. 激光快速成型TC4钛合金的组织和力学性能研究D. 西安：西北工业大学， 2006:35379 Shivprakash R. Iyer, Sunil K. Sinha, Andrea J. SchokkerComputerAided Civil and Infrastructure Engineering, 2005, 20 (2) 37838210 Wei Wang, Xiaofeng Shang.1School of Mechanical and Electrical Engineering, Shenyang Institute of Aeronautical Engineering, Shenyang 110136, China,Tsinghua Science & Technology, 2009, 14 , 192-19911汤和忠,姚志忠.钢锻件超声衰减系数测量误差对缺陷定量的影响J. 无损探伤期刊 2009,33(3): 434512贺西平,田彦平,张宏普.超声无损评价金属材料晶粒尺寸的研究J. 声学技术 ，2013,6:445451